基于TCS3200颜色识别的自动分拣系统_毕业设计论文.docx

《基于TCS3200颜色识别的自动分拣系统_毕业设计论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于TCS3200颜色识别的自动分拣系统_毕业设计论文.docx（21页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、基于TCS3200颜色识别的自动分拣系统_毕业设计论文基于TCS3200颜色识别的自动分拣系统目录摘要(2)关键词(2)一、前言(2)二、系统硬件构造(3)一、步进电机(3)1定义(3)2特点(3)3原理(4)4实物(4)二、颜色传感器TCS3200(4)1构造框图(4)2原理(5)3应用中需要注意的问题(6)4引脚功能(6)三、单片机STC89C52(7)1功能概述(7)2引脚功能及其分布图(7)四、液晶显示1602(9)1简介(9)2管脚功能(9)3操作控制(10)4实物(10)五、语音播报WT588D(10)1功能概述(10)2引脚分布及实物(11)六、霍尔开关传感器(11)1原理(11

2、)2电磁特性(12)3产品特点及应用(13)4实物(13)七、红外线(13)1工作原理(13)2主要应用及实物(13)八、其它(2)三、系统软件示意(2)1系统示意图(2)2软件流程图(3)3算法流程图(3)4编程软件(4)5原理图及PCB(4)6核心原理(5)四、实验结论(5)五、致谢(6)六、附录(6)参考文献(10)基于TCS3200颜色识别的自动分拣系统电子信息工程专业091梁启涛摘要：本系统主要是利用自然界的三基色原理，利用颜色传感器收集小球的RGB，进而利用步进电机的角度旋转对物体进行自动分拣。是以STC89C52为主处理器，以TCS3200作为颜色传感器，以WT588D-16为语

3、音播报模块，用1602液晶显示器来显示小球的RGB给人以视觉上的辨别，以及霍尔传感器监测步进电机回位与红外线检测能否有小球组成的系统是将电流信号先转换为脉冲频率信号，在转换为数字信号的系统。在人眼的视察能力的基础上，步进能知足工业中准确测量和控制颜色的需要，而且快速方便，能够准确的获得物体的颜色信息。在工业颜色检测上，拥有广泛的前景。关键词：颜色传感器TCS3200；RGB；STC89C52；步进电机；脉冲频率信号一、前言世界上任何物体的颜色都是自然界的三基色红绿蓝根据不同比例构成的，也就是RGB不同造成的。而在这些颜色中，很多颜色看上去相近，而人眼的直觉又无法识别就很容易造成失误，而且人眼假

4、如长期跟颜色打交道，很容易伤害眼睛，这就需要一套装置设备来代替人工劳动，同时也减小人工操作的失误。根据我们的调查，颜色识别自动分拣在各行各业都有应用：如工厂利用此系统对货物进行划分，药品厂对不同颜色的药品进行归类，生物上利用它对细胞进行检测，生活上利用它检测番茄的成熟度等。这些应用讲明此系统有市场前景，所以我们来研究颜色识别自动分拣系统是很有必要的，进而更进一步挖掘它更深层次的应用，市场前景将更为可观。二、系统硬件构造一、步进电机1定义步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机

5、加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只要周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。2特点1一般步进电机的精度为步进角的3%-5%，且不累积。2步进电机外表允许的最高温度。3步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，进而导致力矩下降乃于失步，因而电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点;一般来讲，磁性材料的退磁点都在130C以上，有的甚至高达200C以上，所以步进电机外表温度80C-90C完全正常。4步进电机的力矩会随转速的升高而下降。5当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将构成一个反向电动势;频率

6、越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率(或速度)的增大而相电流减小，进而导致力矩下降。6步进电机低速时能够正常运转，但若高于一定速度就无法启动，并伴有啸叫声。介绍步进电机的一个技术参数:空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，假如脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。假如要使电机到达高速转动，脉冲频率应该有加速经过，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频(电机转速从低速升到高速)。7步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用处。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机

7、将会在更多的领域得到应用。3原理步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，它的用处是将电脉冲转化为角位移，它的的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，控制换相顺序，即通电控制脉冲必须严格根据一定顺序分别控制各相的通断。通过控制脉冲个数即能够控制角位移量，进而到达准确定位的目的。控制步进电机的转向，即给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，若按反序通电换相，则电机就反转。控制步进电机的速度，即给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步，两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。同时通过控制

8、脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，进而到达调速的目的。4实物二、颜色传感器TCS32001构造框图从图1可知：当入射光投射到TCS230上时，通过光电二极管控制引脚S2、S3的不同组合，能够选择不同的滤波器；经过电流到频率转换器后输出不同频率的方波(占空比是50%)，不同的颜色和光强对应不同频率的方波；还能够通过输出定标控制引脚S0、S1，选择不同的输出比例因子，对输出频率范围进行调整，以适应不同的需求。图1TCS230的引脚和功能框图表1S0、S1及S2、S3的组合选项下面扼要介绍TCS230芯片各个引脚的功能及它的一些组合选项。S0、S1用于选择输出比例因子或电源关断形式；S2、S3用

9、于选择滤波器的类型；OE是频率输出使能引脚，能够控制输出的状态，当有多个芯片引脚共用微处理器的输入引脚时，可以以作为片选信号；OUT是频率输出引脚，GND是芯片的接地引脚，VCC为芯片提供工作电压。表1是S0、S1及S2、S3的可用组合。2原理由上面的介绍可知，这种可编程的彩色光到频率转换器合适于色度计测量应用领域，如彩色打印、医疗诊断、计算机彩色监视器校准以及油漆、纺织品、化装品和印刷材料的经过控制和色彩配合。下面以TCS230在液体颜色识别中的应用为例，介绍它的详细使用。首先了解一些光与颜色的知识。1三原色的感应原理通常所看到的物体颜色，实际上是物体外表吸收了照射到它上面的白光(日光)中的

10、一部分有色成分，而反射出的另一部分有色光在人眼中的反响。白色是由各种频率的可见光混合在一起构成的，也就是讲白光中包含着各种颜色的色光(如红R、黄Y、绿G、青V、蓝B、紫P)。根据德国物理学家赫姆霍兹(Helinholtz)的三原色理论可知，各种颜色是由不同比例的三原色(红、绿、蓝)混合而成的。2TCS3200识别颜色的原理由三原色感应原理可知，假如知道构成各种颜色的三原色的值，就能够知道所测试物体的颜色。对于TCS230来讲，中选定一个颜色滤波器时，它只允许某种特定的原色通过，阻止其他原色的通过。例如：中选择红色滤波器时，入射光中只要红色能够通过，蓝色和绿色都被阻止，这样就能够得到红色光的光强

11、；同理，选择其他的滤波器，就能够得到蓝色光和绿色光的光强。通过这三个值，就能够分析投射到TCS230传感器上的光的颜色。3白平衡和颜色识别原理白平衡就是告诉系统什么是白色。从理论上讲，白色是由等量的红色、绿色和蓝色混合而成的；但实际上，白色中的三原色并不完全相等，并且对于TCS230的光传感器来讲，它对这三种基本色的敏感性是不一样的，导致TCS230的RGB输出并不相等，因而在测试前必须进行白平衡调整，使得TCS230对所检测的“白色中的三原色是相等的。进行白平衡调整是为后续的颜色识别作准备。在本装置中，白平衡调整的详细步骤和方法如下：将空的试管放置在传感器的上方，试管的上方放置一个白色的光源

12、，使入射光能够穿过试管照射到TCS230上；根据前面所介绍的方法，依次选通红色、绿色和蓝色滤波器，分别测得红色、绿色和蓝色的值，然后就可计算出需要的3个调整参数。当用TCS230识别颜色时，就用这3个参数对所测颜色的R、G和B进行调整。这里有两种方法来计算调整参数：依次选通三种颜色的滤波器，然后对TCS230的输出脉冲依次进行计数。当计数到255时停止计数，分别计算每个通道所用的时间。这些时间对应于实际测试时TCS230每种滤波器所采用的时间基准，在这段时间内所测得的脉冲数就是所对应的R、G和B的值。设置定时器为一固定时间(例如10ms)，然后选通三种颜色的滤波器，计算这段时间内TCS230的

13、输出脉冲数，计算出一个比例因子，通过这个比例因子能够把这些脉冲数变为255。在实际测试时，使用同样的时间进行计数，把测得的脉冲数再乘以求得的比例因子，然后就能够得到所对应的R、G和B的值。3应用中需要注意的问题1颜色识别时要避免外界光线的干扰，否则会影响颜色识别的结果。最好把传感器、光源等放置在一个密闭、无反射的箱子中进行测试。2对光源没有特殊的要求，但是光源发出的光要尽量集中，否则会造成传感器之间的互相干扰。3当第1次使用TCS230时，或TCS230识别模块重启、更换光源等情况时，都需要进行白平衡调整。4引脚功能TCS3200的引脚排列如图所示，各管脚的功能描绘见表所列。表1TCS230管

14、脚功能引脚号符号类型功能讲明1S0I输出频率分频系数选择输入端2S1I3OEI输入频率使能端。低电平有效4GND电源地5VDD电影电压6OUTO输出频率fo7S2I光电二极管类型选择输入端8S3I三、单片机STC89C521功能概述AT89C52提供下面标准功能：4K字节FLASH闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个向量两级中断构造，一个全双工串行通讯口，内置一个精细比拟器，片内振荡器及时钟电路，同时AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的工作形式，空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时计数器，串行通信及中断系统继续工作。

15、掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作，并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。2引脚功能及其分布图VCC：电源电压；GND：地；P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写1可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址低8位和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在FLASH编程时，P0口接受指令字节，而在程序效验时，输出指令字节，效验时，要求外接上拉电阻。P1口：P1口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1的输出缓冲级可驱动吸收或输出电流

16、4个TTL逻辑门电路。对端口写1，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，由于内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉底时会输出一个电流。FLASH编程和程序效验期间，P1接收低8位地址。P2口：P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2的输出缓冲级可驱动吸收或输出电流4个TTL逻辑们电路。对端口写1，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，由于内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉底时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器例如执行MOVXDPTR指令时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据

17、存储器如执行MOVXRI时，P2口线上的内容也即特殊功能寄存器SFR区中R2寄存器的内容，在整个访问期间不改变。FLASH编程或效验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号。P3口：P3口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P3的输出缓冲级可驱动吸收或输出电流4个TTL逻辑们电路。对端口写1，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，由于内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉底时会输出一个电流。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用处是他的第二个功能，如下表所示：表1P3口AT89C2051特殊功能端口引脚功能特性P3.0RXD串行口输入P3.1TXD并行口输

18、入P3.2INT0外部中断0P3.3INT1外部中断1P3.4T0定时计数外部输入0P3.5T1定时计数外部输入0P3.6(外部数据存储器写选通)P3.7(外部数据存储器读选通)P3口还接收一些用于FLASH闪速存储器编程和程序效验的控制信号。RST：复位输入。其引脚一旦变成两个机器周期以上的高电平，所有的I/O口都将复位到1状态，当振荡器正在工作时，持续两个机器周期以上高电平便可完成复位，每个机器周期为12个振荡时钟周期。EA/VPP：外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器0000HFFFFH，EA端必须保持低电平接地，需注意的是：假如加密位LB1被编程，复位是内部会锁存EA端状态。如

19、EA端为高电平接VCC端，CPU则执行内部程序存储器中的指令。FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源VPP，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP。XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器输出端四、液晶显示16021简介工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。16列2行注：为了表示的方便，后文皆以1表示高电平，0表示第电平。2管脚功能第1脚：VSS为地电源第2脚：VDD接5V正电源第3脚：V0为液晶显示器比照度调整端，接正电源时比照度最弱，接地电源时比照度最高，比照度过高时会产生“鬼影，使用时能够通过一个10K的电

20、位器调整比照度第4脚：RS为寄存器选择，高电平常选择数据寄存器、低电平常选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平常进行读操作，低电平常进行写操作。当RS和RW共同为低电平常能够写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平常能够读忙信号，当RS为高电平RW为低电平常能够写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平常，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光电源正极第16脚：背光电源负极3操作控制操作控制表操作读状态写指令读数据写数据输入RS=0，RW=1，E=1RS=0，RW=0，D07=指令码，E=H脉冲RS=1，RW=1，E=1RS=

21、1，RW=0，D07=数据，E=H脉冲4实物五、语音播报WT588D1功能概述WT588D语音芯片是一款功能强大的可重复擦除烧写的语音单片机芯片。WT588D让语音芯片不再为控制方式而寻找适宜的外围单片机电路，高度集成的单片机技术足于取代复杂的外围控制电路。配套WT588DVoiceChip上位机操作软件可随意更换WT588D语音单片机芯片的任何一种控制形式，把信息下载到SPI-Flash上即可。软件操作方式简洁易懂，撮合了语音组合技术，大大减少了语音编辑的时间。完全支持在线下载，即使是WT588D通电的情况下，一样能够通过下载器给关联的SPI-Flash下载信息，给WT588D语音芯片电路复位一下，就能更新到刚下载进来的控制形式。当前位置：文档视界基于TCS3200颜色识别的自动分拣系统_毕业设计论文基于TCS3200颜色识别的自动分拣系统_毕业设计论文