毕业论文《颜色传感器的设计》》Word文档格式.doc

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学生姓名：

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指导教师：

2012年6月19日

摘要

随着时代的进步和发展，传感器技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术。

传感器是将感受的物理量、化学量等信息，按一定规律转换成便于测量和传输的信号的装置。

设计了一种以STC89C51单片机和TCS230传感器为核心的颜色检测系统，其利用TCS230颜色传感器将彩色光转换成频率信号，然后经单片机进行处理和判别，获取某一颜色中所含三基色的亮度值，分析被测光中的颜色成分和亮度，即可有效地得出相应的被测颜色，同时将检测结果数字化的显示到LCD屏上。

文中简述了利用软件对TCS230的实际颜色测量值进行校正的处理办法，给出了相应的硬件设计电路、软件流程图和测试程序清单。

该传感器电路具有成本低、测量速度快、精确高、便携等特点，可广泛应用于各种需要对光色成分进行测量、分析与识别的行业。

关键词：

传感器；

颜色检测；

TCS230；

STC89C51单片机

Abstract

Alongwiththetimeprogressandthedevelopment,thesensortechnologyalreadypopularizedtouslives,thework,thescientificresearch,eachdomain,alreadybecameonekindofquitematuretechnology.Thesensorisinformationandsoonphysicalquantitywhich,chemistryquantityfeels,transformsaccordingtocertainruleisadvantageousforthesurveyandthetransmissionsignalinstallment.

ThisarticlehasdesignedonekindtaketheSTC89C51monolithicintegratedcircuitandtheTCS230sensorasthecorecolorexaminationsystem,ittransformsusingtheTCS230colorsensorthecoloredlightthefrequencycode,thencarriesonprocessingandthedistinctionafterthemonolithicintegratedcircuit,gainsinsomecolortocontainthreeprimarycolorluminancevalues,analyzesbythelightmeasuringinthecolorcomponentandbrightness,theneffectivelyobtainscorrespondinglyismeasuredthecolor,simultaneouslytestresultdigitizationdemonstrationLCDonscreen.InthearticlesummarizedhascarriedontheadjustmentusingthesoftwaretotheTCS230actualcolorobservedvaluethemeasure,hasgiventhecorrespondinghardwaredesignelectriccircuit,thesoftwareflowchartandthetestorderdetailedlist.Theelectriccircuithasthecosttobelow,surveyspeedquick,precisehigh,portableandsooncharacteristics,butwidelyappliesineachkindneedstocarryonthesurvey,theanalysisandtherecognitionprofessiontothelightcoloringredient.

keyword:

Sensor;

Colorexamination;

TCS230;

STC89C51monolithicintegratedcircuit

目录

引言 2

1概述 3

1.1颜色识别与检测原理 3

1.2方案论证 3

2.TCS230颜色传感器的介绍 3

2.1TCS230芯片的结构框图与特点 3

2.2TCS230识别颜色原理 5

3．系统硬件设计 6

3.1硬件系统设计框图 6

3.2硬件电路各功能模块及其说明 7

4．系统软件设计 9

4.1程序流程图 10

4.2白平衡测试子程序及解析 11

4.3获取颜色频率测试子程序及解析 11

4.4综合测试 12

4.5TCS230测试中需要注意的问题 12

5总结 14

谢辞 16

参考文献 15

引言

随着现代工业生产向高速化、自动化方向的发展，颜色检测系统被越来越广泛地应用于颜色测量、颜色变化的识别、打印控制、颜色校正和机器人安全监控等领域。

颜色的测量准确度实际受多种因素影响，与光源的光谱特性、光源方位、物体反射特性、观测位置、以及传感器光谱响应性能等有关，测量过程中的环境因素变化也会造成测量误差。

然而在很多实际应用中，往往并不需要精确分析颜色的光谱组成，而只需对不同的颜色加以区别。

现有的亮度或色度计，都是通过电流的强弱来标定被测物的亮度大小。

通常无颜色选择功能，如果需要测量某种颜色的光强（常指三基色红、绿、蓝），则电路复杂，且精度不高。

在遇到同时需要对多种颜色光强进行测量的场合，误差会更大，严重影响了识别的效果。

目前，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、蓝滤光片，然后对输出信号进行相应处理，才能识别颜色信号。

其输出为模拟信号，需要一个A／D电路进行采样，再对该信号进一步处理，才能进行识别，因此增加了电路的复杂性，并且存在较大的识别误差，影响了识别效果。

美TAOS（TexasAdvancedOptoe．1ectronicSolutions）公司最新推出的颜色传感器TCS230，不仅能实现颜色的识别与检测，与传统的颜色传感器相比，还具有许多优良特性。

TCS230的反应速度快，可用软件设置改变对颜色的选择，输出为数字信号，使用方便，有较强的抗干扰能力。

1概述

1.1颜色识别与检测原理

颜色是物体表面吸收了白光（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。

由三基色感应原理可知，如果知道构成各种颜色的三基色的值，就能够知道所测试物体的颜色。

对于TCS230来说，当选定一个颜色滤波器时，它只允许某种特定原色通过，阻止其他原色通过，即可分别测出R＼G＼B的值，从而能分析出投射到TCS230传感器上的光颜色。

TCS230对光源要求很高，同一种颜色在不同的实测距离、不同的光源环境中所测出的频率可能不一样。

同时实际中我们所见到的光，其三基色并非是理论值。

如白色的理论值是由等量的红色、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，所以我们必须利用白平衡进行调节与补偿，使TCS230对所检测的“白色”中的三原色相等。

应适应各种不同场合，系统应有自主学习功能，即在区别颜色之前，让系统对对周围环境进行学习，得到一组表示白光的频率基准值，然后计算出3个调整参数即基色的比例因子。

再把检测目标测得的三基色脉冲数再乘以其相应的比例因子，得到所对应的R、G和B频率值，还原出目标物体颜色。

以此作为颜色辨别的标准，从而提高系统的可靠性。

1.2方案论证

本次设计的要求包括硬件电路设计和软件编程的设计。

由颜色识别与检测原理可知，设计硬件电路可包括单片机控制电路、TCS230颜色采集、LED显示和按键控制四个部分，进而实现颜色的检测识别模式及RGB值。

软件编程设计方面，通过C语言设定不同的I/O口驱动显示，在基本R、G、B三基色的基础上设定不同的频率范围来鉴别不同的颜色，可采用定时器1的工作方式1和计数器1的计数方式1进行定时计数特定时间内的脉冲数目来实现。

通过设计三个按键来分别实现系统复位，切换显示RGB的值和检测颜色的模式。

这样就可完成了颜色检测系统的设计。

2.TCS230颜色传感器的介绍

2.1TCS230芯片的结构框图与特点

TCS230的引脚和功能框图如图2.1所示：

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2Hz~500kHz，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。

图1TCS230的引脚和功能框图//图名置中，序号从1到n

TCS230芯片引脚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；

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。

TCS230输出为占空比5O％的方波，且输出频率与光强度成线性关系。

工作时，通过程序控制S2、S3来动态选择所需要的滤波器，通过控制sO和s1来选择电源关断模式或输出比例因子（100％、20％或2％），详见表1。

传感器的典