毕业论文《颜色传感器的设计》》Word文档格式.doc

1、学生姓名： 学 号： 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

2、，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 Along with the time progress and the development, the sensor technology already popularized to us lives, the work, the scientific research, each domain, already became one kind

3、 of quite mature technology. The sensor is information and so on physical quantity which, chemistry quantity feels, transforms according to certain rule is advantageous for the survey and the transmission signal installment. This article has designed one kind take the STC89C51 monolithic integrated

4、circuit and the TCS230 sensor as the core color examination system, it transforms using the TCS230 color sensor the colored light the frequency code, then carries on processing and the distinction after the monolithic integrated circuit, gains in some color to contain three primary color luminance v

5、alues, analyzes by the light measuring in the color component and brightness, then effectively obtains correspondingly is measured the color, simultaneously test result digitization demonstration LCD on screen. In the article summarized has carried on the adjustment using the software to the TCS230

6、actual color observed value the measure, has given the corresponding hardware design electric circuit, the software flow chart and the test order detailed list. The electric circuit has the cost to be low, survey speed quick, precise high, portable and so on characteristics, but widely applies in ea

7、ch kind needs to carry on the survey, the analysis and the recognition profession to the light color ingredient. key word: Sensor; Color examination; TCS230; STC89C51 monolithic integrated circuit 目 录引言21 概述31.1颜色识别与检测原理31.2 方案论证32.TCS230 颜色传感器的介绍32.1 TCS230芯片的结构框图与特点32.2 TCS230识别颜色原理53系统硬件设计63.1硬件系

8、统设计框图63.2 硬件电路各功能模块及其说明74系统软件设计94.1 程序流程图104.2 白平衡测试子程序及解析114.3 获取颜色频率测试子程序及解析114.4 综合测试124.5 TCS230测试中需要注意的问题125 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

9、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AD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（Texas Advanced Opt

10、oe1ectronic Solutions）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RGB的值，从而能分析出投射到T

11、CS230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

12、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

13、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2.1 TCS230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

14、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1 TCS230的引脚和功能框图/图名置中，序号从1到nTCS230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