2022年TCS颜色传感器说明颜色检测色谱检测 .pdf

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1、TCS3200 颜色传感器测试实验 TCS3200 颜色传感器是一款全彩的颜色检测器，包括了一块TAOS TCS3200RGB感应芯片和 4 个白光 LED 灯，TCS3200 能在一定的范围内检测和测量几乎所有的可见光。 它适合于色度计测量应用领域。比如彩色打印、 医疗诊断、计算机彩色监视器校准以及油漆、纺织品、化妆品和印刷材料的过程控制。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

2、 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。由上面的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TCS3200D 来说，当选定一个颜色滤波器时，它只允许某种特定的原色通过，阻止其它原色的通过。 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，选择其它的滤波器，就可以得到蓝色光和绿色光的光强。通过这三个光强值，就可以分析出反射到TCS3200D 传感器上的光的颜色。 TCS3200D 传感器有红绿蓝和清除4 种

3、滤光器，可以通过其引脚S2和 S3 的高低电平来选择滤波器模式，如下图。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 10 页 - - - - - - - - - TCS3200D 有可编程的彩色光到电信号频率的转换器，当被测物体反射光的红、绿、蓝三色光线分别透过相应滤波器到达TAOS TCS3200RGB感应芯片时，其内置的振荡器会输出方波，方波频率与所感应的光强成比例关系，光线越强，内置的振荡器方波频率越高。TCS3200 传感器有一个 OUT 引脚，它输出信号的频

4、率与内置振荡器的频率也成比例关系，它们的比率因子可以靠其引脚S0 和 S1的高低电平来选择，如下图。这个测试实验， 我把 TCS3200 传感器 OUT 引脚输出信号频率与其内置振荡器频率比率因子设为2% ，有了输出频率比例因子，但是如何通过OUT 引脚输出信号频率来换算出被测物体由三原色光强组成的RGB颜色值呢？这还需进行白平衡校正来得到RGB比例因子才行！白平衡校正方法是：把一个白色物体放置在TCS3200 颜色传感器之下，两者相距 10mm 左右，点亮传感器上的4 个白光 LED 灯，用 Arduino 控制器的定时器设置一固定时间1s，然后选通三原色的滤波器，让被测物体反射光中红、绿、

5、蓝三色光分别通过滤波器，计算1s 时间内三色光对应的TCS3200 传感器OUT 输出信号脉冲数（单位时间的脉冲数包含了输出信号的频率信息），再通过正比算式得到白色物体RGB值 255 与三色光脉冲数的比例因子。有了白平衡校正得到的 RGB比例因子，则其它颜色物体反射光中红、绿、蓝三色光对应的TCS3200 输出信号 1s 内脉冲数乘以 R、G、B 比例因子， 就可换算出了被测物体的 RGB标准值了。现在谈谈，如何进行TCS3200 各控制引脚与 Arduino 控制器的硬件连线问题，下图分别是 TCS3200 传感器和其连线图。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - -

6、 - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 10 页 - - - - - - - - - 上图中 TCS3200 传感器各控制引脚与Arduino 控制器数字端口连线的对应关系，我设置为：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 10 页 - - - - - - - - - #define S0 6 #define S1 5 #define S2 4 #define S3 3#define OUT 2

7、#define LED 7当被测物体为不发光物体时，应该把TCS3200 的 LED引脚设置为高电平，以点亮 TCS3200 传感器电路板上的四个白光LED 灯。下文展示了一个带有白平衡的测试程序，把这个程序下载到Arduino 控制器中，同时把一个白色物体放置在TCS3200 颜色传感器之下，点亮传感器上的4个白光 LED灯，再打开 Arduino IDE 的串口监视器， 会出现下图监视画面， 可以在该画面中找到白色物体RGB值 255 以及 RGB比例因子。（可通过 QQ 截图来锁定画面，以便观察。）（双击图片，可以放大看！）把白平衡时放置在TCS3200 颜色传感器之下白色物体拿走，放上

8、另一个黄色物体，在 Arduino IDE 串口监视器看到的这个黄色物体RGB值为 233、157、56，如下图所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 10 页 - - - - - - - - - 打开电脑 Windows 操作系统自带的画图板，点击菜单栏“ 颜色” -“ 编辑颜色” -“ 规定自定义颜色 ” - 右下角输入 RGB值，查看对应的颜色与实际测试的颜色是否相符。 实际测试结果是测得的物体颜色与实际颜色有些偏色，但并不影响区分出被测物体是哪种颜色

9、的物体。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 10 页 - - - - - - - - - 介绍完 TCS3200 传感器颜色识别原理和其与Arduino 控制器的硬件连线， 以及如何利用串口监视器找到白平衡后的比例因子和被测物体的RGB值。下面展示的是 Arduino 测试程序。 注意： 下面的#include TimerOne.h 要改为单括号形式。 Arduino程序：#include TimerOne.h /申明库文件/ 把 TCS3200颜色传感器各控

10、制引脚连到Arduino数字端口#define S0 6 / 物体表面的反射光越强，TCS3002D内置振荡器产生的方波频率越高，#define S1 5 /S0和 S1 的组合决定输出信号频率比例因子，比例因子为2%/ 比率因子为TCS3200传感器 OUT 引脚输出信号频率与其内置振荡器频率之比#define S2 4 /S2和 S3 的组合决定让红、绿、蓝，哪种光线通过滤波器#define S3 3#define OUT 2 /TCS3200颜色传感器输出信号连接到Arduino中断 0 引脚，并引发脉冲信号中断/ 在中断函数中记录TCS3200输出信号的脉冲个数#define LED

11、7 / 控制 TCS3200颜色传感器是否点亮LED 灯float g_SF3; / 从 TCS3200输出信号的脉冲数转换为RGB 标准值的RGB 比例因子int g_count = 0; / 计算与反射光强相对应TCS3200颜色传感器输出信号的脉冲数/ 数组用于存储在1s 内 TCS3200输出信号的脉冲数，它乘以RGB 比例因子就是RGB标准值int g_array3; int g_flag = 0; / 滤波器模式选择顺序标志名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第

12、6 页，共 10 页 - - - - - - - - - / 初始化 TSC3200各控制引脚的输入输出模式/ 设置 TCS3002D的内置振荡器方波频率与其输出信号频率的比例因子为2%void TSC_Init()pinMode(S0, OUTPUT);pinMode(S1, OUTPUT);pinMode(S2, OUTPUT);pinMode(S3, OUTPUT);pinMode(OUT, INPUT);pinMode(LED, OUTPUT);digitalWrite(S0, LOW); digitalWrite(S1, HIGH);/ 选择滤波器模式，决定让红、绿、蓝，哪种光线通过

13、滤波器void TSC_FilterColor(int Level01, int Level02)if(Level01 != 0)Level01 = HIGH;if(Level02 != 0)Level02 = HIGH;digitalWrite(S2, Level01);digitalWrite(S3, Level02);/ 中断函数，计算TCS3200输出信号的脉冲数void TSC_Count()g_count + ;/ 定时器中断函数，每1s 中断后，把该时间内的红、绿、蓝三种光线通过滤波器时，/TCS3200输出信号脉冲个数分别存储到数组g_array3的相应元素变量中void TS

14、C_Callback()名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 10 页 - - - - - - - - - switch(g_flag)case 0:Serial.println(-WB Start);TSC_WB(LOW, LOW); / 选择让红色光线通过滤波器的模式break;case 1:Serial.print(-Frequency R=);Serial.println(g_count); / 打印 1s 内的红光通过滤波器时，TCS3200输出的脉冲

15、个数g_array0 = g_count; / 存储 1s 内的红光通过滤波器时，TCS3200输出的脉冲个数TSC_WB(HIGH, HIGH); / 选择让绿色光线通过滤波器的模式break;case 2:Serial.print(-Frequency G=);Serial.println(g_count); /打印 1s 内的绿光通过滤波器时，TCS3200输出的脉冲个数g_array1 = g_count; / 存储 1s 内的绿光通过滤波器时，TCS3200输出的脉冲个数TSC_WB(LOW, HIGH); / 选择让蓝色光线通过滤波器的模式break;case 3:Serial.p

16、rint(-Frequency B=);Serial.println(g_count); / 打印 1s 内的蓝光通过滤波器时，TCS3200输出的脉冲个数Serial.println(-WB End);g_array2 = g_count; / 存储 1s 内的蓝光通过滤波器时，TCS3200输出的脉冲个数TSC_WB(HIGH, LOW); / 选择无滤波器的模式break;default:g_count = 0; / 计数值清零 break;名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - -

17、- - 第 8 页，共 10 页 - - - - - - - - - / 设置反射光中红、绿、蓝三色光分别通过滤波器时如何处理数据的标志/ 该函数被TSC_Callback( )调用void TSC_WB(int Level0, int Level1) g_count = 0; / 计数值清零g_flag +; / 输出信号计数标志TSC_FilterColor(Level0, Level1); /滤波器模式Timer1.setPeriod(1000000); / 设置输出信号脉冲计数时长1s/ 初始化void setup()TSC_Init();Serial.begin(9600); /启动

18、串行通信Timer1.initialize(); / defaulte is 1sTimer1.attachInterrupt(TSC_Callback); /设置定时器1 的中断，中断调用函数为TSC_Callback()/ 设置 TCS3200输出信号的上跳沿触发中断，中断调用函数为TSC_Count()attachInterrupt(0, TSC_Count, RISING);digitalWrite(LED, HIGH);/点亮 LED 灯delay(4000); /延时 4s ，以等待被测物体红、绿、蓝三色在1s 内的 TCS3200输出信号脉冲计数/ 通过白平衡测试，计算得到白色物

19、体RGB 值 255 与 1s 内三色光脉冲数的RGB 比例因子 g_SF0 = 255.0/ g_array0; / 红色光比例因子g_SF1 = 255.0/ g_array1 ; / 绿色光比例因子g_SF2 = 255.0/ g_array2 ; / 蓝色光比例因子/ 打印白平衡后的红、绿、蓝三色的RGB 比例因子Serial.println(g_SF0,5);Serial.println(g_SF1,5);Serial.println(g_SF2,5);/ 红、绿、蓝三色光分别对应的1s 内 TCS3200输出脉冲数乘以相应的比例因子就是RGB 标准值/ 打印被测物体的RGB 值fo

20、r(int i=0; i3; i+)Serial.println(int(g_arrayi * g_SFi); 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 10 页 - - - - - - - - - / 主程序void loop()g_flag = 0;/ 每获得一次被测物体RGB 颜色值需时4sdelay(4000);/ 打印出被测物体RGB 颜色值for(int i=0; i3; i+) Serial.println(int(g_arrayi * g_SFi);

21、 程序中的头文件 TimerOne.h 文件请下载：http:/ TCS3200 传感器与被测物体的检测距离以及周围环境光线没有发生大的变化，进行一次白平衡校正后，RGB比例因子就可以确定下来了。于是您一定要把得到的 RGB比例因子直接替代掉红色字体标识程序段中的数组g_array3 各元素变量。另外绿色字体标识的程序段也可以注释掉。在具体项目中，您所检测的是某种特定颜色的物体，可能就像文章的第一张图片展示的 5 个色块类似， 绝不会有连续变化颜色的物体。于是，应该以上述程序获得的被测物体颜色R、 G、 B 值为中心，设置一个距离中心值 20 的范围值，在任何环境光条件下，再次检测被测物体的RGB值，只要 RGB值落在范围内，就可以认为被测物体是那种特定颜色的物体。这样设定颜色值范围的方法， 可以有效提高物体颜色的识别率。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 10 页 - - - - - - - - -