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1、基于TCS230颜色传感器的色彩识别器的设计摘 要随着现代工业生产向着自动化、智能化方向的发展，生产过程中长期由人眼占据主导地位的颜色识别工作即将被效率和精确度更高的颜色传感器所替代，颜色传感器在未来生活与生产中扮演的作用将会越来越大。颜色识别器的应用十分广泛，现阶段其主要应作为彩色打印机和绘图仪的主要构成部分。并在化妆品、纺织品和涂料制造过程中颜色的调配以及医疗等方面都起着重要的作用。因此对颜色识别器的研究对未来检测行业的发展有着重要的意义。本文将研究TCS230颜色传感器识别颜色的原理，并结合单片机和液晶显示模块来实现颜色识别功能。首先，需要了解一定程度的光与颜色的知识以及深入研究TCS2
2、30颜色传感器对颜色的识别原理并实现其识别颜色的功能。其次，利用ST89C52单片机对颜色传感器输出数据进行处理，转换成相应的RGB三原色颜色值。最后，通过LCD1602将RGB三原色颜色值显示出来并通过RGB颜色对应表对比和分析所测数据。本设计具有设备成本低、体积小、易于操作、灵敏度和精确度高等特点。关键字：颜色识别 颜色传感器 单片机 TCS230 RGBTHE COLOR RECOGNITION DESIGN BASED ON TCS230 COLOR SENSORABSTRACTAt present industrial manufacture is developing to the
3、 direction of automation and intelligence. The production process by the human eye to color identification work is replaced by a color sensor. The part that the colour sensor are playing a more and more important role in peoples life and production. Color recognizer plays a major role in colour prin
4、ter , plotter,cosmetics,textile, paint manufacturers and medical and so on. Therefore, it is of great significance for the development of testing industry to study the colour sensor.In this article, we will introduce how to identify colour by using the TCS230 colour sensor. First of all ,it is neces
5、sary to know the basic knowledge of colour and light,it is also important to have a further study of the indentification theory of TCS230 to the colour and the colour indentification function of the TCS230.secondly,we need to analysis the data collected with SCM and convert the data to the RGB trico
6、lor value .at last,the RGB tricolor value will be showed by LCD1602.The desigh has many features ,such as simple operating,low lost,small size,high sensitivity and so on .KEY WORDS Color-Recognition Color-Sensor Single-Chip Microcomputer TCS230 RGBII目 录中文摘要I英文摘要II1绪论11.1 研究背景11.2颜色识别技术的现状及未来发展趋势11.2
7、.1颜色传感器的几种设计方案11.3主要工作及意义22颜色识别技术介绍42.1 色彩识别42.2 色彩识别算法42.2.1颜色识别与检测原理43 基于TCS230的设计63.1 STC89C52型单片机功能简介63.2 颜色传感器63.2.1 TCS230芯片的结构框图与特点63.2.2 TCS230识别颜色的原理83.2.3TCS230与STC89C52单片机连接93.3 LCD1602与51单片机的连接103.31 液晶显示器LCD1602的简介103.32 LCD1602显示器与单片机的连接144颜色识别系统的设计与实验154.1 系统结构框图154.2 TCS230颜色采集模块的设计1
8、64.2.1 TCS230颜色采集模块与51单片机连接电路设计164.2.2 四个白色LED补光电路的设计174.3液晶显示模块LCD1602D的软件设计184.4 颜色识别器的实验测试204.4.1 实验测试204.4.2 实验数据及分析215 结论与展望235.1 结论235.2 展望23致 谢24参考文献25附 录（一）26程序代码26附录（二）36系统电路总图36附录（三）37TCS3200模块PCB371绪论1.1 研究背景随着工业生产中自动化、高速化程度的不断提升，颜色识别在各种工业控制和检测领域的应用更加广泛，颜色传感器在终生活与生产中的作用将会越来越大，颜色传感器在终端设备中的
9、作用将会越来越大。例如颜色识别器在图书馆图书的分类和包装行业的应用已经十分普遍；现阶段其主要应作为彩色打印机和绘图仪的主要构成部分。并在化妆品、纺织品和涂料制造过程中颜色的调配以及医疗等方面都起着重要的作用。1.2颜色识别技术的现状及未来发展趋势 颜色识别技术是新兴检测技术，在彩色打印、商标识别和材料分拣等方面已在我国拥有广泛应用。虽然我国在机器人视觉系统领域已取得举世瞩目的成就，但是在高分辨的颜色识别方面仍然缺乏自主研发能力。高精度的颜色识别技术仍然由少数发达国家掌控，我国高分辨率颜色传感器的研究工作任重而道远。颜色识别系统提出的时间较晚，出现在自动控制系统之后。其作为一种新兴的检测技术也是
10、控制理论的简单应用，经过几十年的发展，在工业控制中逐渐开始大范围的应用。颜色传感器在实时检测系统以及自动控制方面有着重要的意义，伴随着单片机等处理器技术的发展，颜色识别系统的效率也大大的增加。颜色识别在现代生产中的应用愈加广泛，特别是在遥感技术、工业过程控制、材料分拣、图像处理、机器人视觉系统等方面的起着重要的作用，颜色传感器的快速发展为上述生产应用自动化的实现提供了可能。随着颜色传感器的广泛应用，颜色识别技术已成为工业自动化必不可少的部分，发展前景十分广阔。1.2.1颜色传感器的几种设计方案颜色别传感器又称作色彩传感器色。目前通用的颜色测量方法是采用通过测量待测颜色的三个基本颜色的频率输入到
11、单片机等处理器中进行数据处理，得到三基色的值，通过仿真软件或RGB颜色对应表将三基色按所测数据合，从而成得到样品的颜色。目前市面上常见的色颜色传感器大致有两种类型：一种是RGB(红、绿、蓝)三基色型颜色传感器，通过检测带测光的红、绿、蓝三基色刺激值来识别颜色； 另一种为色差传感器，主要通过测量待测物体颜色与基准颜色之间的色差来识别颜色。下边简要介绍三种常见的颜色传感器的设计方案：1. 带滤色器和跨阻抗放大器的分立型光电二极管本方案是传统颜色识别器的设计方案，具体方法是将表面分别带有红、蓝、绿三种滤色器的光电二极管排列在同一芯片上测取带测光的频率，(通常将两个蓝滤色器组合在一起以补偿硅片对于蓝光
12、的低灵敏度)。然后通过独立的跨阻抗放大器将光电二极管的输出的方波输送至A/D 转换器中转化为数字信号输送给单片机或其他数字处理器中。这种方法能按个人需要调节放大器的增益和A/D 转换器的分辨率，使系统具有更高的灵活度。但是这种设计却为增加了设计难度，元器件的增多也对电路板的排版要求变得苛刻。此实际方案因其能调节放大器增益和A/D转换器频率而适用于那些工业控制中的短时间响应的过程检测。2. 集成光-电压转换器集成光-电压转换器相对于分立型光电二极管将跨阻抗放大器也集成在同一块芯片上，提高了系统的集成度。测量时也是将三个光电二极管的输出传送至外部A/D 转换器中转化为数字信号再输出至处理器中进行数
13、据处理。这种方法去除了独立的跨阻抗放大器，降低了所需的元件数，由于集成度较高，因此芯片质小量轻，便于安装，并且简化了电路板的布局，更易于设计。但是该方法也存在着部分缺点。例如不能随意的改变是颜色传感器的灵敏度和放大增益。该方法主要应用于那些对空间要求较小或具有明确光照条件的系统。3. 集成光-频率转换器第三种方法直接将待测光通过电流-频率转换器转换为其对应频率输出一个脉冲序列。因输出为其为数字输出且输出能驱动一个TTL负载，故无需增设A/D转化器可直接将传感器输出给单片机等微处理器。如此简化了电路设计的难度。美国陶氏公司（TAOS ）推出的TCS230 颜色传感器便是采用此设计方法。该方案取消
14、了A/D转换器和跨阻抗放大器是电路排版更加简洁，数字输出相较于模拟量输出提高了系统抗噪声干扰能力，使颜色传感器的远程测量的误差大大减小。1.3主要工作及意义本文主要研究色彩识别系统，并实现其功能，设计采用STC89C52型单片机，利用TCS230颜色传感器采集颜色频率经单片机处理后输出至LCD1602将处理后的数据显示出来。测试需在在密闭隔光的条件下，测出被测物体的RGB三基色的值并利用LCD1602将RGB值和其对应十六进制显示出来，通过仿真软件或RGB颜色对照表合成出实验数据对应的颜色与实际颜色进行对照。虽然色彩识别兴起的时间比较晚，但却在工业自动化与智能化方面有着极其中亚的作用，单片机及
15、微控制器的引入极大的提高了色彩识别的速度和智能化程度。如何提高系统识别的精度与快速性、扩大其颜色识别范围成为本设计主要技术难题。所以颜色识别系统的研究仍需深入进行，对国外先进的颜色识别仪器技术及其发展都要进行必要的了解，这可以在一定程度上给我们启示，使我们跟上当今颜色传感器的发展方向，帮助我们早日解决这些技术难题。研究的色彩识别系统的意义在于研究颜色传感器识别颜色的原理并实现其颜色识别功能，简化颜色识别难度，且确保检测结果能准确可信。2颜色识别技术介绍2.1 色彩识别实际上，颜色就是白光（日光）在物体上所反射色光在人眼中的反应。而色光是频率连续的电磁波，故理论上的色彩是无限的，但常见色光如红橙黄绿青蓝紫实物波长在380780nm之间，波长在此范围之外的电磁波不会会引起人的色彩感觉。人们能分辨出的色彩种类十分有限，不同的人对颜色有着不同的区别能力且差异明显。从事颜色设计相关行业的人在颜色设计时能以5%或更小的区别调整色彩。当这些大致相同的颜色并排在一块时，绝大多数人都能够看出它们之间的区别。但是当这些颜色单独呈现的时候，普通人是无法看出这相差5%的颜色有和区别
