2022年颜色传感器 .pdf

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1、颜色传感器 TCS230及颜色识别电路更新时间： 2009 年 01 月 10 日 浏览次数： 1 作者：来源：引言随着现代工业生产向高速化、自动化方向的发展，生产过程中长期以来由人眼起主导作用的颜色识别工作将越来越多地被相应的颜色传感器所替代。例如：图书馆使用颜色区分对文献进行分类，能够极大地提高排架管理和统计等工作；在包装行业，产品包装利用不同的颜色或装潢来表示其不同的性质或用途。目前的颜色传感器通常是在独立的光电二极管上覆盖经过修正的红、绿、篮滤光片，然后对输出信号进行相应的处理，才能将颜色信号识别出来；有的将两者集合起来，但是输出模拟信号，需要一个A/D 电路进行采样，对该信号进一步处

2、理，才能进行识别，增加了电路的复杂性，并且存在较大的识别误差，影响了识别的效果。TAOS(Texas Advanced Optoelectronic Solutions)公司最新推出的颜色传感器TCS230 ，不仅能够实现颜色的识别与检测，与以前的颜色传感器相比，还具有许多优良的新特性。 1 TCS230 芯片的结构框图与特点TCS230是 TAOS公司推出的可编程彩色光到频率的转换器。它把可配置的硅光电二极管与电流频率转换器集成在一个单一的CMOS 电路上，同时在单一芯片上集成了红绿蓝(RGB)三种滤光器，是业界第一个有数字兼容接口的RGB彩色传感器。TCS230的输出信号是数字量，可以驱动

3、标准的TTL或 CMOS逻辑输入，因此可直接与微处理器或其他逻辑电路相连接。由于输出的是数字量，并且能够实现每个彩色信道10 位以上的转换精度，因而不再需要A/D 转换电路，使电路变得更简单。图1是 TCS230的引脚和功能框图。图 1TCS230的引脚和功能框图图 1 中， TCS230采用 8 引脚的 SOIC表面贴装式封装，在单一芯片上集成有64 个光电二极管。这些二极管共分为四种类型。其中16 个光电二极管带有红色滤波器；16 个光电二极管带有绿色滤波器；16 个光电二极管带有蓝色滤波器；其余16 个不带有任何滤波器，可以透过全名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - -

4、- - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - 部的光信息。这些光电二极管在芯片内是交叉排列的，能够最大限度地减少入射光辐射的不均匀性，从而增加颜色识别的精确度；另一方面，相同颜色的16 个光电二极管是并联连接的，均匀分布在二极管阵列中，可以消除颜色的位置误差。工作时，通过两个可编程的引脚来动态选择所需要的滤波器。该传感器的典型输出频率范围从2 Hz500 kHz ，用户还可以通过两个可编程引脚来选择100% 、20% 或 2% 的输出比例因子，或电源关断模式。输出比例因子使传感器的输

5、出能够适应不同的测量范围，提高了它的适应能力。例如，当使用低速的频率计数器时，就可以选择小的定标值，使TCS230的输出频率和计数器相匹配。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，可以选择不同的滤波器；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；还可以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。下面简要介绍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模式；S2、S3用于选择滤波器的类型；

6、OE是频率输出使能引脚，可以控制输出的状态，当有多个芯片引脚共用微处理器的输入引脚时，也可以作为片选信号；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。表 1S0、S1 及 S2、S3的组合选项颜色传感器TCS230及颜色识别电路2008 年 03 月 02 日 星期日 21:01 作者：胡建民插播广告欢迎大家加入qq 群 19097943一起讨论名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共

7、5 页 - - - - - - - - - (1) 颜色的感应原理通常所看到的物体颜色，实际上是物体表面吸收了照射到它上面的白光( 日光) 中的一部分有色成分，而反射出的另一部分有色光在人眼中的反应。白色是由各种频率的可见光混合在一起构成的，也就是说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。（2） TCS230识别颜色的原理由三原色感应原理可知，如果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

8、说，当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：当选择红色滤波器时，入射光中只有红色可以通过，蓝色和绿色都被阻止，这样就可以得到红色光的光强；同理，选择其他的滤波器，就可以得到蓝色光和绿色光的光强。通过这三个值，就可以分析投射到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的光传感器来说，它对这三种基本色的敏感性是不相同的，导致 TCS230 的 RGB 输出并不相等，因此在测试前必须进行白平衡调整，使得

9、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， 白平衡调整的具体步骤和方法如下：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，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

10、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 10 ms)，然后选通三种颜色的滤波器，计算这段时间内TCS230的输出脉冲数，计算出一个比例因子，通过这个比例因子可以把这些脉冲数变为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，然后就可以得到所对应的R、G和 B的值。3 TCS230的应用颜色识别电路基于上述分析，采用89C51和 TCS230设计一个医用液体颜色识别装置。该装置具有结构简单、识别精度和效率高的特点，并且能够和上位机通信，以将识别的结果实

11、时传送给上位机。由于是说明TCS230 的使用情况，下面仅给出其中的TCS230识别电路，如图 2所示。图 2 中用 89C51的 P1口的几图 3 软件流程个引脚来控制TCS230的各个控制引脚，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - 而 TCS230的输出引脚连接到89C51的定时器 / 计数器 1 的输入端 (P35) 。设置 89C51定时器/ 计数器为相应的工作方式，初始化89C51定时器为一个定值，再选择TC

12、S230的输出比例因子，并使能输出引脚。实际使用中，通过读取89C51计数器的值，就可以分别计算出TCS230的 3 种输出频率，进而确定R、G 、B值及颜色。相应的软件流程如图3 所示。图 2 TCS230颜色识别接口电路在程序流程中：系统初始化负责设置89C51的定时器 / 计数器的工作方式，选择TCS230的输出比例因子，使能输出引脚以及通信参数的设置。初始化完成后，检测是否需要进行白平衡调整。如有，调整白平衡子程序；否则，转到下一步，检测是否需要进行颜色识别。如不需要颜色识别，返回；如需要颜色识别，调用颜色识别子程序，直到颜色识别完毕。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - -

13、- - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - 图 3 软件流程4 应用中需要注意的问题 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。 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相互干扰。 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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -