基于TCS230传感器的颜色检测系统
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颜色识别是模式识别领域的一个重要研究方向,利用颜色识别技术能使传统依靠人眼进行颜色判别的方法发生根本变革。
这种新型技术采用颜色传感器获取外界的颜色信息,进而通过基于计算机的信号处理技术实现颜色的精确识别。
颜色识别技术经历了传统模拟识别方法和现代数字化识别两个阶段。
传统的颜色识别方法采用模拟颜色探测器件来进行外界颜色获取,这种探测器件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,经过光电转换产生对应的模拟信号;如果用微控制器对这些模拟信号进行处理,就必须采用额外的AD转换电路才能实现和微控制器的接口,而AD转换电路的引入增加了信号的处理时间,对整个系统的速度有很大的影响;此外,由于一般的AD转换存在量化误差,系统的精度受到很大的限制,这些使得传统的颜色识别方法逐渐被现在的数字式化的颜色识别技术所替代。
随着半导体技术的发展,数字式的颜色传感器逐步取代了传统的光电二极管传感器,这种技术把颜色传感器所需的光学、机械、电子等信号处理集成在很小的芯片上极大地缩小了颜色传感器的体积。
由于这种传感器输出的是数字量,因此可以通过数字处理技术来提高探测速度并保持检测器输出信号的精度。
例如采用改进的动态检测方法来提高颜色探测的速度,采用数字电路来处理颜色数据等。
虽然数字传感器已经取得了一些成功,但其应用于市场的技术还不够成熟,随着美国TAOS(Texas Advanced Optoelectronic Solutions)公司最新推出的颜色传感器TCS230的面世,数字传感器才真正被工程师们采用。
这种颜色传感器具有分辨率高、可编程的颜色选择、数字输出等特点。
本文采用TCS230来作为系统的探测部分,基于该器件设计的颜色识别系统可以应用于军事领域,也可以应用于电致变色材料的变色研究以便获得材料的变色参数。
1 TCS230简介1.1 主要特性TCS230是美国TAOS公司推出的可编程光到频率的转换器。
它把可配置的硅光电二极管与电流频率转换器集成在一个单一的CMOS(Comple-mentary Metal Oxide Semiconductor)电路上,同时在单一芯片上还集成了红、绿、蓝(RGB)3种滤光器,是业界第一个有数字兼容接口的RGB颜色传感器。
TCS230D SOP8 颜色传感器1概述TCS230是TAOS公司最新推出的业界首款带数字兼容接口的RGB彩色光/频率转换器,它内部集成了可配置的硅光电二极管阵列和一个电流/频率转换器,其结构框图如图1所示。
TCS230输出为占空比50%的方波,且输出频率与光强度成线性关系。
该转换器对光响应范围为250 000~1,典型输出频率范围为2Hz~500kHz,用户可通过两个可编程引脚来选择100%、20%或2%的输出比例因子。
TCS230的输入输出引脚可直接与微处理器或其他逻辑电路连接。
通过输出使能端OE将输出置于高阻状态可使多个器件共享一条微处理器输入线。
TCS230可编程彩色光/频率转换器将红、绿和蓝滤波器集成在单芯片上,因此无需ADC就可实现每彩色信道10位以上的分辨率。
芯片内含一个交叉连接的8×8光电二极管阵列,其中每16个二极管提供一种色彩类型,共有红、蓝、绿和清除全部光信息四种类型,可最大限度地降低入射光幅射的不均匀性。
所有同颜色的16个光电二极管都是并联连接,工作时通过可编程的引脚来动态选择色彩,以此来增加精确度和简化光学电路。
该芯片采用8引脚SOIC表面贴封装,适用于色度计的测量应用。
TCS230的主要特点如下:●可完成高分辨率的光照度/频率转换;●色彩和满度输出频率可编程调整;●可直接与微处理器通讯;●单电源工作,工作电压范围:2.7V~5.5V;●具备掉电恢复功能;●50kHz时非线性误差的典型值为0.2%;●稳定的200ppm/℃的温度系数。
2TCS230的引脚功能TCS230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1S0I输出频率分频系数选择输入端2S1I3OE I输入频率使能端。
低电平有效4GND电源地5VDD电源电压6OUT O输出频率(fo)7S2I光电二极管类型选择输入端8S3I3TCS230的主要参数3.1电学特性参数TCS230在TA=25℃ VDD=5V条件下的电学特性如表2所列。
一.课设概要:1.利用TCS230D颜色传感器进行颜色检测2.利用单片机(STC52)进行控制3.利用1602液晶显示出RGB值(10进制和16进制)二.课设原理:1.TCS230D(1)参数:1)电源范围2.7V~5.5V2)出错率0.2%每50KHz3)采用soic封装(用DXP进行PCB设计时用到)(2)颜色检测的原理:基本原理:不同的颜色经白光照射后,反射回的光中,RGB的值是不同的。
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。
TCS230 的输出信号是数字量, 可以驱动标准的T T L 或CMOS 逻辑输入, 因此可直接与微处理器或其他逻辑电路相连接。
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2 H z~500 kH z, 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。
基于TCS230便携式颜色测量系统设计季峰【期刊名称】《电子质量》【年(卷),期】2015(0)10【摘要】介绍了TCS230可编程颜色测量芯片的工作原理。
基于TCS230的工作原理,以89c51单片机为控制单元,设计出便携式颜色测量系统。
系统采用24c02存储器存放TCS230的白平衡调整因子,避免了每次开机时的白平衡调试,颜色测量结果通过LCD1602显示。
所设计的系统具有使用元器件少、体积小、成本低等优点。
%The working principle of TCS230 programmable color measuring chip is introduced.Based on the working principle,a design of portable color measurement system is proposed by using 89c51 single-chip mi-crocomputer as control unit.The system uses the 24c02 memory to store the white balance adjustment factor of TCS230,which avoids the white balance adjustment when the system starts every time.And the measured results are displayed by LCD1602.The designed system has the advantages of less components,smal size and low cost.【总页数】3页(P68-70)【作者】季峰【作者单位】武汉职业技术学院电子信息工程学院,湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】TP274【相关文献】1.基于TCS230芯片颜色测量系统的研究 [J], 杨杰;谢元媛2.基于TCS230的便携式数字化调色仪的系统设计 [J], 刘双喜;丁筱玲3.基于TCS230与LabVIEW的颜色测量系统 [J], 李爱勤;张绪坤4.基于TCS230传感器的颜色识别系统设计 [J], 李静;梁鹏超5.基于51单片机控制TCS230传感器分拣物体系统设计 [J], 程琦因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
基于TCS230颜色传感器与51单片机的颜色辨别系统
基于TCS230颜色传感器与51单片机的颜色辨别系统梁志颖;程家镜;郑泽华;冯献
【期刊名称】《中文信息》
【年(卷),期】2015(000)011
【摘要】颜色传感器的出现使辨别物体的颜色更便捷,使生产线能根据工件的颜色进行分拣,大大提高了工业自动化.在以前生产线上采用人工分拣有颜色的工件,自动化程度低,效率低,已经不能适应工业生产需要了.而TCS230颜色传感器具备分辨率高、可编程的颜色选择与输出定标、单电源供电等特点;输出为数字量,可直接与微处理器连接.本设计以STC89C51单片机为处理器,将TCS230采集的颜色信号经过单片机处理,再通过LCD1602液晶屏把数据显示出来.
【总页数】2页(286-287)
【关键词】TCS230颜色传感器;51单片机;LCD1602液晶;颜色辨别
【作者】梁志颖;程家镜;郑泽华;冯献
【作者单位】华南农业大学珠江学院,广东广州510900;华南农业大学珠江学院,广东广州510900;华南农业大学珠江学院,广东广州510900;华南农业大学珠江学院,广东广州 510900
【正文语种】中文
【中图分类】TP27
【相关文献】
1.颜色传感器TCS230在单片机平台上的应用实现 [J], 孔宪青
2.单片机在传感器中的运用分析—以51单片机为实例 [J], 张志彪
3.基于AT89S51单片机的传感器实验系统 [J], 屈珣; 罗恒勇; 林申正。
基于TCS230颜色传感器与51单片机的颜色辨别系统颜色传感器的出现使辨别物体的颜色更便捷,使生产线能根据工件的颜色进行分拣,大大提高了工业自动化。
在以前生产线上采用人工分拣有颜色的工件,自动化程度低,效率低,已经不能适应工业生产需要了。
而TCS230颜色传感器具备分辨率高、可编程的颜色选择与输出定标、单电源供电等特点;输出为数字量,可直接与微处理器连接。
本设计以STC89C51单片机为处理器,将TCS230采集的颜色信号经过单片机处理,再通过LCD1602液晶屏把数据显示出来。
标签:TCS230颜色传感器51单片机LCD1602液晶颜色辨别一、引言1.研究背景随着现代工业生产向高速化、自动化方向的发展,颜色辨别的技术广泛应用于工业检测和自动化控制领域。
特别是微机技术的不断深入发展,从单片机到嵌入式系统一步一步的发展和迈向成熟,进而使自动化水平再上一个阶段。
再者,顺应各类场所的传感器连续的出现,它们有着可靠性极高、能经受恶劣情况的考验、功能强大以及使用简单方便等强大优越特点,因此快速地占领自动控制领域产业,成为工业自动控制领域的领头产品。
颜色分拣是工农行业的重要手段,而在当今竞争日益激烈的市场经济中,各厂家为赢得更广泛的客户群获得更多的利益,他们在成本控制、系统稳定性和流程控制等方面花了很大功夫,以求得在竞争对手中赢得上风。
2.研究的目的与意义我国是制造业大国,对自动化提出越来越高的要求,同时也为自动化技术的革新提供了必要条件。
颜色分拣系统对工业的生产提出更高的要求,基本满足当代人的需求。
实现自动控制的颜色分拣系统能够极大的提高生产效率和产品质量,明显消除靠人眼分拣产生的误差,有效减少员工的劳动强度并降低能源和资源的损耗。
颜色辨别的技术广泛应用于各类工业检测和自动控制范畴,而生产过程当中长期以来由人眼起主导作用的颜色辨别工作将越来越多地被相关的颜色传感器所替换。
如:各类物体外观颜色辨别如产品包装色标检测,产品外表特点颜色的检测等等。
基于TCS230传感器的颜色检测系统
卢川英;于浩成;孙敬辉;孟中
【期刊名称】《吉林大学学报(信息科学版)》
【年(卷),期】2008(026)006
【摘要】为了提高传统颜色传感器颜色识别的效果与速度,减少识别误差,简化电路,将美国TAOS公司的TCS230高分辨率可编程颜色传感器与单片机89C2051相结合,设计了一种新型颜色检测系统,给出了该检测系统的硬件设计电路及颜色识别测试流程.该系统的精度可达10位以上,响应频率2~500 kHz,具有可编程、采用数字信号输出、抗干扰能力强等特性,在光强检测控制领域得到广泛应用.
【总页数】6页(P621-626)
【作者】卢川英;于浩成;孙敬辉;孟中
【作者单位】吉林交通职业技术学院,电子工程系,长春,130012;吉林大学,机械科学与工程学院,长春,130022;中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,长
春,130033;中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,长春,130033
【正文语种】中文
【中图分类】TP212
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基于TCS230传感器的高精度颜色识别系统设计High-precision color recognition system based on TCS230 sensor(广西大学机械工程学院)潘海鸿 陈琳 黄炳琼 蒙健义PAN HAIHONG CHEN LIN HUANG BINGQIONG MENG JIANYI摘要:采用颜色传感器TCS230与单片机AT89S52设计高精度颜色识别系统平台。
分别在3种不同工作条件下,对5种颜色的LED 做测试,采用更直观的HSL 颜色空间方法分析实验数据,验证系统在不同条件下对颜色识别的准确性。
实验结果表明:该系统以白色LED 灯调白平衡,在密封和自然光条件下都具有准确的颜色识别性能和良好的抗干扰性。
关键词: TCS230传感器; 颜色识别; HSL 颜色空间法中图分类号: TP273 文献标识码: AAbstract: The design of high-precision color recognition system was based on a new color sensorTCS230 and a single-chip microcontroller AT89S52. In order to verify the validity and the colorrecognized accuracy, the color recognition system was tested by five different kinds of color LEDunder three different working conditions, and a more intuitive HSL color space method wasintroduced for analyzing the experimental data. The results show that: the color recognitionsystem with white LED lights for white balance adjustment has accurate color recognition andhigh performance for anti- interference under natural light or in sealed conditions.Keywords: TCS230 Sensor, Color Recognition, HSL Color Space Method潘海鸿:博士 副教授1 引言颜色传感技术是现代颜色测量仪器核心技术之一,现已发展为集光学、机械、电子于一体的系统。
基于TCS230传感器的颜色识别系统设计李静;梁鹏超【期刊名称】《计算机与数字工程》【年(卷),期】2017(045)005【摘要】In order to facilitate detection and analysis of the light color components,a STC89C52 MCU and TCS230 sensor as the core of the color detection system is designed. The hardware design circuit of the detection system and the program flow of the test results are given. The color component is converted into a pulse wave of different frequency by using the TCS230 sensor. The I/O port of the microcontroller directly obtains the RGB brightness value of a color and the result is displayed on the three bit digital tube to verify the accuracy of the system. Experiments show thatthe system has accurate color recognition performance and good stability.%为了方便对光色成分进行检测和分析,设计了一种以STC89C52单片机和TCS230传感器为核心的颜色检测系统.给出了该检测系统的硬件设计电路以及检测过程的程序流程.用TCS230传感器直接将颜色分量转化为不同频率的脉冲波,通过单片机的I/O口直接获取某一颜色的RGB亮度值,并将结果显示到三位数码管上,以验证该系统对颜色识别的准确性.实验表明:该系统具有准确的颜色识别性能和良好的稳定性.【总页数】4页(P984-987)【作者】李静;梁鹏超【作者单位】西安工业大学电子信息工程学院西安 710032;西安工业大学电子信息工程学院西安 710032【正文语种】中文【中图分类】TP212【相关文献】1.基于TCS230颜色识别传感器的纸币清分机 [J], 谢天海;梁磊磊;代献泽;李仲洁;王玉琳2.基于TCS230传感器的高精度颜色识别系统设计 [J], 潘海鸿;陈琳;黄炳琼;蒙健义3.基于51单片机控制TCS230传感器分拣物体系统设计 [J], 程琦4.基于TCS230传感器的新鲜辣椒颜色识别研究 [J], 陈熵;陶栋材;刘新庭;袁开放5.基于TCS230的颜色识别系统设计 [J], 张智博;王艳;殷天明因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
文献综述颜色的测量和控制,特别是色差的评定是科学研究和生产中常出现的问题。
各行各业对颜色测量仪器的需求呈不断上升趋势,用户迫切需要使用方便、快捷、稳定的颜色测量仪器。
尽管人眼区分色彩的能力非常强,但不同的人在描述同一色彩时会有所不同,这意味着在要求精确的色彩检测和管理的应用中,口头描述是不够的。
更好的解决方案是使用充分校准的色彩传感设备,以数字方式描述色彩。
这些设备包括昂贵的实验室级分光光谱仪到经济的RGB色彩传感器。
色彩测量的原理:色光中存在三种最基本的色光,它们分别是红色、绿色和蓝色。
这三种色光以不同比例混合,可得到自然界中的一切色光,而且这三种色光具有独立性,其中一种原色不能由另外的原色光混合而成。
因此红、绿、蓝被成为颜色三原色。
色彩传感器分为三种不同类型:光到光电流转换,光到模拟电压转换,光到数字转换。
前者通常只代表实际色彩传感器的输入部分,因为原始光电流的幅度非常低,总是要求放大,以将光电流转换成可用的水平。
所以,最实用的模拟输出色彩传感器至少会有一个跨阻抗放大器,并提供电压输出。
光到模拟电压色彩传感器由色彩滤波器后面的光电二极管阵列与整合的电流到电压转换电路(通常是跨阻抗放大器)组成。
落在每个光电二极管上的光转换成光电流,其幅度取决于亮度及入射光的波长(由于色彩滤波器)。
如果没有色彩滤波器,典型的硅光电二极管会对从超紫色区域直到可视区域的波长作出响应,在光谱接近红外线的部分,峰值响应区域位于800nm和950nm 之间。
红色、绿色和蓝色透射色彩滤波器将重塑和优化光电二极管的光谱响应。
正确设计的滤波器将对模仿人眼的滤波后的光电二极管阵列提供光谱响应。
三个光电二极管中的每个光电二极管的光电流会使用电流到电压转换器,转换成VRout、VGout和VBout。
解释色彩传感器值:可以使用色彩传感器的三个模拟输出电压直接控制硬件,或转换成数字值,从而数字处理器能够分析数据。
然后可以从这些数字值中获得色彩和亮度信息。
摘要随着现代工业生产向着自动化、智能化方向的发展,生产过程中长期由人眼占据主导地位的颜色识别工作即将被效率和精确度更高的颜色传感器所替代,颜色传感器在未来生活与生产中扮演的作用将会越来越大。
颜色识别器的应用十分广泛,现阶段其主要应作为彩色打印机和绘图仪的主要构成部分。
并在化妆品、纺织品和涂料制造过程中颜色的调配以及医疗等方面都起着重要的作用。
因此对颜色识别器的研究对未来检测行业的发展有着重要的意义。
本文将研究TCS230颜色传感器识别颜色的原理,并结合单片机和液晶显示模块来实现颜色识别功能。
首先,需要了解一定程度的光与颜色的知识以及深入研究TCS230颜色传感器对颜色的识别原理并实现其识别颜色的功能。
其次,利用ST89C52单片机对颜色传感器输出数据进行处理,转换成相应的RGB三原色颜色值。
最后,通过LCD1602将RGB三原色颜色值显示出来并通过RGB颜色对应表对比和分析所测数据。
本设计具有设备成本低、体积小、易于操作、灵敏度和精确度高等特点。
关键字:颜色识别颜色传感器单片机TCS230 RGBTHE COLOR RECOGNITION DESIGN BASED ON TCS230COLOR SENSORABSTRACTAt present industrial manufacture is developing to the direction of automation and intelligence. The production process by the human eye to color identification work is replaced by a color sensor. The part that the colour sensor are playing a more and more important role in people's life and production. Color recognizer plays a major role in colour printer , plotter,cosmetics,textile, paint manufacturers and medical and so on. Therefore, it is of great significance for the development of testing industry to study the colour sensor.In this article, we will introduce how to identify colour by using the TCS230 colour sensor.First of all ,it is necessary to know the basic knowledge of colour and light,it is also important to have a further study of the indentification theory of TCS230 to the colour and the colour indentification function of the TCS230.secondly,we need to analysis the data collected with SCM and convert the data to the RGB tricolor value .at last,the RGB tricolor value will be showed by LCD1602.The desigh has many features ,such as simple operating,low lost,small size,high sensitivity and so on .KEY WORDS Color-Recognition Color-Sensor Single-Chip Microcomputer TCS230 RGB目录中文摘要 (I)英文摘要 (II)1绪论 (1)1.1 研究背景 (1)1.2颜色识别技术的现状及未来发展趋势 (1)1.2.1颜色传感器的几种设计方案 (1)1.3主要工作及意义 (2)2颜色识别技术介绍 (4)2.1 色彩识别 (4)2.2 色彩识别算法 (4)2.2.1颜色识别与检测原理 (4)3 基于TCS230的设计 (6)3.1 STC89C52型单片机功能简介 (6)3.2 颜色传感器 (6)3.2.1 TCS230芯片的结构框图与特点 (6)3.2.2 TCS230识别颜色的原理 (8)3.2.3TCS230与STC89C52单片机连接 (9)3.3 LCD1602与51单片机的连接 (10)3.31 液晶显示器LCD1602的简介 (10)3.32 LCD1602显示器与单片机的连接 (14)4颜色识别系统的设计与实验 (15)4.1 系统结构框图 (15)4.2 TCS230颜色采集模块的设计 (16)4.2.1 TCS230颜色采集模块与51单片机连接电路设计 (16)4.2.2 四个白色LED补光电路的设计 (17)4.3液晶显示模块LCD1602D的软件设计 (18)4.4 颜色识别器的实验测试 (20)4.4.1 实验测试 (20)4.4.2 实验数据及分析 (21)5 结论与展望 (23)5.1 结论 (23)5.2 展望 (23)致谢 (24)参考文献 (25)附录(一) (26)程序代码 (26)附录(二) (36)系统电路总图 (36)附录(三) (37)TCS3200模块PCB (37)1绪论1.1 研究背景随着工业生产中自动化、高速化程度的不断提升,颜色识别在各种工业控制和检测领域的应用更加广泛,颜色传感器在终生活与生产中的作用将会越来越大,颜色传感器在终端设备中的作用将会越来越大。
TCS230颜色传感器1 . 颜色传感器原理TCS23Q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Hz~5QQkHz,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。
2. 引脚图及其控制与功能a. 实物图(芯片的4引脚延伸进去这是区分引脚的标志。
)Tsob.引脚编程设置及其功能 1.输出频率分频选择SO S1 输出频率分频比例 L L 掉电L H 2% H L 20% HH100%so S3 SI S2 OEOUT GNPVCC2 2 4s7 6T 光电一段管LJ 电流—锁率輸出帥1S S1 3OEOU圏2 TCS 烦的引脚排列2.滤光颜色选择3.测量频率的方法(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250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R、准,通过串口观察。
在这段时间内所测得的脉冲数就是所对应的G和B的值。
(实际测得的是一个范围的值)(2)设置定时器为一固定时间(例如10 ms),然后选通三种颜色的滤波器,计算这段时间内TCS230勺输出脉冲数,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。