[121020版本]颜色传感器TCS230在单片机平台上的的应用实现

颜色传感器 TCS230 在单片机平台上的的应用实现 孔宪青 威海职业学院 山东 威海 264200 摘要 摘要 TCS230 是 RGB 彩色光 频率转换器 本文通过其滤光选择功能 借助单片机设计出 对于三基色测量的步骤和方法 并阐述了以 AT89S52 为核心的 能测量出颜色的具体算法 本文进一步给出了相应的硬件设计电路 软件流程图和测试程序清单 最后给出的实现 HSC 模型算法的程序 具有通用行 能广泛应用于颜色测量和相关的三维数据的处理 关键词 关键词 TCS230 AT89S52 HSV 模型 中图分类号中图分类号 TP212 9 Abstract TCS230 is a RGB color light frequency converter This article through the filter selected test function by means of single chip design express for three primary colors of the steps and method of measurement and elaborated with AT89S52 as the core which can measure the color of the specific algorithm This paper gives the corresponding hardware circuit design software flow chart and the testing program list Finally the realization of HSC model algorithm procedures with the general line can be widely used in color measurement and related data processing Keywords TCS230 AT89S52 HSV Model 0 引言 引言 颜色检测和调色日益受到广泛重视 比较传统的依据经验的调色和检色方法 现代新 型传感器可以把颜色转变为数值量输出 直接给上位机进行数值处理 具有多种优势 而 TCS230 3200 传感器就是这些器件中比较典型的 本文就给出的通过 TCS230 检色在单片 机 AT89S52 平台上具体的实现方法 1 TCS230 芯片简介芯片简介 TCS230 是 TAOS 公司最新推出的带数字兼容接口的 RGB 彩色光 频率转换器 该芯 片外形见图 1 左的中间部分 芯片大小为 6x6mm 的八个脚的芯片 其八个引脚排列见图 1 右上所示 其原理是通过外部的 S2 和 S3 引脚选通阵列中分布排列的红绿蓝三种的硅光 电二极管阵列中的一种 当相应的光投射进来时 通过透光部分照射到的某种光电二极管 阵列 就会有转换的频率输出 外部投射的相应光的强度与频率的输出数量呈线性关系 图 1 TCS230 模块极管脚图 TCS230 的引脚 OUT 端输出转换后的频率脉冲 范围为 2 500 kHz 用户可通过两个 可编程引脚 S0 S1 来选择 100 20 或 2 的输出比例因子 输出频率的改变以适用不 同的外设器件 其选择方法见表 1 所示 OUT 输出为 TTL 电平 可直接与微处理器或其 他逻辑电路连接 输出使能端 OE 可将输出置于高阻状态 从而使多个器件共享一条微处 理器输入线 2 TCS230 与单片机与单片机 AT89S52 的连接的连接 通常使用时候 尽量在 TCS230 旁边加 4 6 个白光 LED 这样在检测时候可以使入射 光变强 增大相应光的频率输出 上图中 厂商的 TCS230 已经在器件周围加了四个白光 LED TCS230 与 AT89S52 连接时 管脚 S0 S1 选择输出 100 频率 OUT 管脚链接 AT89S52 的计数端 T1 计数端最高接收 500Khz 的信号 因此 S0 S1 管脚和电源的 5V 端相连即可 如果只需要一个 TCS230 器件 那么 OE 端可直接与 GND 相连 因此测量一 组颜色信息时 TCS230 和 AT89S52 只需要连接三个管脚 OUT S2 和 S3 如下图 2 表 1 S0 S1 和 S2 S3 的组合 图 2 TCS230 与 AT89S52 连接图 3 程序设计和注意事项 程序设计和注意事项 程序设计的目标是通过 TCS230 得到检测色中的红 绿 蓝三基色的组成比例 思路 是白平衡基准后 根据白平衡得到的时间再测待测颜色的三基色的频率数 白平衡的原因 是 TCS230 接收三基色光的灵敏度不同 而且白光中三基色不均衡 简单的白平衡方法 如下 在带有白光 LED 的 TCS230 前面放一个白板 距离根据实际测量的颜色的距离而定 通过单片机连接 S2 S3 端口 依次选通红色 绿色和蓝色滤波器 选通某滤波器后 打 开单片机外部计数端 T1 分别测得白光下的某色固定的频率值 例如 200 再计量频率数 的同时 打开 AT89S52 的定时器 经过三次测量 就得到三个不同的定时器值 这三个时 间值就是实际测量时的时间基准 注意这三个时间基准是不相同的 实际测量时 依次通过 S2 S3 再依次选通三色滤波器 TCS230 的 OUT 仍然输出 AT89S52 的相应的频率数 但测量时间是之前白平衡时保存的三个时间基准 在三个不同 的时间下测量 如果还是同样的白光 测量得到的三个值还是 200 如果待测颜色是不平 衡三基色 那么返回的频率值也会不同 见下图 3 即 R G 和 B 三个频率值发生偏差 再根据 HSV 模型的算法 就可得到颜色种类 S0 S1 选项S2 S3 选项 S0S1 输出频率 S2S3滤波器类型 00电源关00红色 R 012 01蓝色 B 1020 10无 11100 11绿色 G 设设置置T1为为计计数数器器T0为为定定时时器器 三三次次基基准准时时间间测测量量是是否否完完成成 开开计计数数中中断断T1 定定时时器器T0 清清零零并并开开始始计计时时 F0 1 while F0 将将TH0和和TL0中中某某基基色色的的 基基准准时时间间保保存存 白白平平衡衡流流程程图图 关关定定时时器器T0 F0 0 中中断断返返回回 计计数数器器T1中中 断断函函数数 设设置置T1为为计计数数器器T0为为定定时时器器 三三基基色色的的频频率率数数测测量量是是否否完完成成 清清零零T1并并开开计计数数器器 导导入入 基基准准时时间间并并开开定定时时中中断断T0 F0 1 while F0 将将TL1中中的的计计数数值值保保存存 颜颜色色测测量量流流程程图图 关关计计数数器器T1 F0 0 中中断断返返回回 定定时时器器T0中中 断断函函数数 图 3 通过 AT89S52 测量 RGB 三个值的 NS 流程图 4 颜色算法 颜色算法 通过单片机的定时和计数器 得到三基色在某一白平衡下的实际测量的三个返回值 分别是 R G 和 B 的值 三个数无法判断所测是哪种某种颜色 需要引入 HSV 六棱锥颜 色模型 见下图 4 这个模型把三个值转换为一个值来进行颜色判断 图中的 H 参数表示 色彩信息 即所处的光谱颜色的位置 该参数用一角度量来表示 红 绿 蓝分别相隔 120 度 纯度 S 为一比例值 范围从 0 到 1 它表示成所选颜色的纯度和该颜色最大的纯 度之间的比率 S 0 时 即为白光 只有灰度 通过这个模型可以看出 通过 RGB 计算出 S 值 可以判断颜色的均衡值 这个均衡 值的大小根据实际而定 可进一步判断灰度 如果判断为不均衡 就把 RGB 转换角度 通过图 4 可以看出 红绿蓝分别间隔 120 度 在他们的混合区段分别是黄青紫 下面就是 依据此模型生成的可直接调用的判读六种颜色的 KeilC51 函数 uchar HSV float R float G float B uchar f uchar x float max min V S H max R if max G max G if maxG min G if min B min B if max R H G B max min 这里开始计算色角 H if max G H 2 B R max min if max B H 4 R G max min H H 60 if H 0 H H 360 RGB 色差 120 度 分 6 个区域 S max min max 100 V max f 100 f 是白平衡时采用的计数脉冲 if max 130 x 0 灰度太低 就趋近黑色 else if S0 红 return x 返回颜色值 图 4 HSV 六棱锥颜色模型 以上颜色判断只有三种基本色和三种混合色 可先用鲁大师屏幕坏点检测工具点亮 LCD 显示屏幕来确定标准色的角度范围 再根据实际测量颜色的环境来调整单色的范围 如果要检测更多的颜色 需要调整范围同时提高传感器的抗干扰性都是必要的 5 注意事项和结束语 注意事项和结束语 TCS230 检测颜色时要注意干扰 尽量将传感器和待检颜色密闭 有些 TCS230 传感器 上不带白光 LED 建议在传感器周围加一圈 以提高可靠性和抗扰能力 白平衡是检测颜 色前必须的 当改变环境时要重新进行 在 AT89S52 上驱动 TCS230 时 需要两个定时器 而且还有中断 因此建议用 AT89S2052 专门驱动 TCS230 本文从TCS230硬件出发 介绍了颜色处理的相关知识 其中要点是HSV数学模型把三 维数据处理成一维进行判断 为类似的数据处理提供了参考 参考文献 参考文献 1 张松灿 肖本贤 高分辨率颜色传感器TCS230的原理和应用 J 单片机