基于TCS3200颜色识别的自动分拣系统毕业设计论文Word格式文档下载.docx
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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，它的用途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按照一定顺序分别控制各相的通断。
通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的。
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。
同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
4．实物
（二）、颜色传感器TCS3200
1．结构框图
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，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。
图1TCS230的引脚和功能框图表1S0、S1及S2、S3的组合选项
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；
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。
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适合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、化妆品和印刷材料的过程控制和色彩配合。
下面以TCS230在液体颜色识别中的应用为例，介绍它的具体使用。
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）TCS3200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：
①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。
②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．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相互干扰。
（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２所示，各管脚的功能描述见表１所列。
表1TCS230管脚功能
引脚号
符号
类型
功能说明
1
S0
I
输出频率分频系数选择输入端
2
S1
3
OE
输入频率使能端。
低电平有效
4
GND
电源地
5
VDD
电影电压
6
OUT
O
输出频率（fo）
7
S2
光电二极管类型选择输入端
8
S3
（三）、单片机STC89C52
1．功能概述
AT89C52提供以下标准功能：
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，一个向量两级中断结构，一个全双工串行通讯口，内置一个精密比较器，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模式，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。
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）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，因为内部存在上拉电阻，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。
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MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。
在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@RI）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。
P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是他的第二个功能，如下表所示：
表1P3口AT89C2051特殊功能
端口引脚
功能特性
P3.0
RXD（串行口输入）
P3.1
TXD（并行口输入）
P3.2
INT0（外部中断0）
P3.3
INT1（外部中断1）
P3.4
T0（定时计数外部输入0）
P3.5
T1（定时计数外部输入0）
P3.6
（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（0000H—FFFFH），EA端必须保持低电平接地，需注意的是：
如果加密位LB1被编程，复位是内部会锁存EA端状态。
如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1602
1．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为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度
第4脚：
RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。
第5脚：
R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。
当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。
第6脚：
E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。
第7～14脚：
D0～D7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=1
RS=0，RW=0，
D0~7=指令码，E=H脉冲
RS=1，RW=1，E=1
RS=1，RW=0，
D0~7=数据，E=H脉冲
4．实物
（五）、语音播报WT588D
1．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合适的外围单片机电路，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模式，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，即便是WT588D通电的情况下，一样可以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模式。
2．引脚分布及实物
（六）、霍尔开关传感器
1．原理
霍尔开关集成电路应用霍尔效应原理，采用半导体集成技术制造的磁敏电路，它是由电压调整器、霍尔电压发生器、差分放大器、史密特触发器，温度补偿电路和集电极开路的输出级组成的磁敏传感电路，其输入为磁感应强度，输出是一个数字电压讯号。
2．电磁特性
3．产品特点及应用
产品特点
.体积小
.灵敏度高
.响应速度快
.温度性能好
.精确度高
.可靠性高
典型应用
.无触点开关
.汽车点火器
.刹车电路
.位置、转速检测与控制
.安全报警装置
.纺织控制系统
4．实物
（七）、红外线
1．工作原理
利用红外线的物理性质来进行测量的传感器。
红外线又称红外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。
任何物质，只要它本身具有一定的温度（高于绝对零度），都能辐射红外线。
红外线传感器测量时不与被测物体直接接触，因而不存在摩擦，并且有灵敏度高，反应快等优点。
2．主要应用及实物
红外线传感器常用于无接触温度测量，气体成分分析和无损探伤，在医学、军事、空间技术和环境工程等领域得到广泛应用。
例如采用红外线传感器远距离测量人体表面温度的热像图，可以发现温度异常的部位，及时对疾病进行诊断治疗（见热像仪）；
利用人造卫星上的红外线传感器对地球云层进行监视，可实现大范围的天气预报；
采用红外线传感器可检测飞机上正在运行的发动机的过热情况等。
（八）、其它
固定支架、红绿蓝白三种小球、电源线、串口转接线、简易装置
三、系统软件示意
1．系统示意图
2．软件流程图
3．算法流程图
4．编程软件
使用KeiluVision2、STC_ISP_V479等，程序如见“附录”。
5．原理图及PCB
6．核心原理
TCS3200扫描控制模块，频率测量模块，按键扫描模块、显示控制模块和电机控制模块，其中核心模块为频率测量模块。
根据原理部分的分析本设计采用了测周期法完成频率测量的目的，即在固定数量的被测信号周期内对标准时钟计数的方式测量频率，公式如下：
f=（N/counter）*F。
其中，N:
被测信号计数脉冲数；
f：
被测信号频率；
counter：
标准时钟计数值；
F。
：
标准时钟频率
四、实验结论
硬件、软件测试分析
1、步进电机没有回到原点：
霍尔传感器出现错误
2、红外线没有检测到小球：
传感器位子没有对准
3、小球语音报错:
采样出错，识别出错
4、分拣位子送错：
步进电机脉冲选择有误
5、软件程序没有输入到单片机里
6、如无上述现象，在工作台上放置本装置，实现
功能，即本设计调试正确
五、致谢
从学校中的理论知识到实训中的实践操作，我们将有更充分的实践去挑战我们的工作，虽然短暂，锻炼了我们动手的能力，同时也锻炼了我们的团队合作精神。
我要感谢我们的学校给予我这样一个锻炼的机会，感恩在我成长路上帮助过我的所有老师！
感谢我的导师侯秀丽，她严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；
她循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。
感谢我的实训老师，这片论文的每个实验细节和每个数据，都离不开你的细心指导。
而你开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很快的融入我们这个新的实验室
六、附录
#include"
reg52.h"
comdef.h"
TCS3200.h"
step.h"
key.h"
LCD1602.h"
voice.c"
/*系统中断说明：
外部中断0：
步进电机回原点触发霍尔传感器：
输出接P32颜色识别的OUT接P35.
定时器0、1：
定时器0产生1ms的计数周期，定时器1外部计数模式，配合完成计算频率
外部中断1：
独立按键*/
externuint8STEPDELAY;
externuint16RGB[3][3];
uint8Mode=0;
//初始化采样标准值时，用于选择当前对哪种颜色进行采样1：
Red2：
Green3：
Blue
sbitBallExit=P3^3;
voidDelay（uint16m）
{uint8base=120;
while（m--）
for（base=120;
base;
base--）;
}
main（）
{uint8Ball=0,Count=10;
uint16R=0,G=0,B=0;
EX0=1;
/*外部中断0允许*/
PX0=0;
/*外部中断0优先级低*/
IT0=1;
/*边沿触发方式中断*/
EX1=0;
/*外部中断1允许*/
PX1=0;
/*外部中断1优先级低*/
IT1=1;
TCS3200_Init（）;
LCD_Init（）;
EA=1;
Step_Init（）;
//回原点
Delay（1000）;
//while
（1）Step（STEPBACKWARD,FULLSTEP,29000/18）;
//电机测试
LCD_Disp_String（0,0,"
Normal"
）;
while（Mode<
4）{
if（KEY1==Key_Scan（））{
while（KEY1==Key_Scan（））;
Mode++;
switch（Mode）{
case1:
LCD_Disp_String（0,0,"
RedBall"
Read_Voice（7）;
Read_Voice
（1）;
Delay（1000）;
break;
//请放入红球
case2:
GreenBall"
Read_Voice
（2）;
//请放入绿球
case3:
BlueBall"
Read_Voice（7）;
Read_Voice（3）;
//请放入篮球
}
}
if（KEY2==Key_Scan（））{Read_Voice（6）;
//系统正在为你采样
while（KEY2==Key_Scan（））;
if（Mode）{
//每个球采样10次，求平均值
while（Count--）{
Prameter_Calibration（Mode-1）;
R+=RGB[Mode-1][0];
G+=RGB[Mode-1][1];
B+=RGB[Mode-1][2];
Delay（10）;
}
RGB[Mode-1][0]=R/10;
RGB[Mode-1][1]=G/10;
RGB[Mode-1][2]=B/10;
R=0;
G=0;
B=0;
Count=10;
LCD_Disp_Byte_Dec（1,1,RGB[Mode-1][0]）;
LCD_Disp_Byte_Dec（4,1,RGB[Mode-1][1]）;
LCD_Disp_Byte_Dec（7,1,RGB[Mode-1][2]）;
}
LCD_Clear（）;
InitOk"
Read_Voice（8）;
//采样结束
//UART_Send_String（"
SystemstartupOk\r\n"
19）;
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