可編程顏色傳感器TCS230原理及應用實(shí)例設計

　　由上面的介紹可知，這種可編程的彩色光到頻率轉換器適合于色度計測量應用領(lǐng)域，如彩色打印、醫療診斷、計算機彩色監視器校準以及油漆、紡織品、化妝品和印刷材料的過(guò)程控制和色彩配合。本文以TCS230在液體顏色識別中的應用為例，介紹它的具體使用。在開(kāi)始介紹TCS230的顏色識別前，先來(lái)了解一些光與顏色的知識。

　　2.1 三原色的感應原理

　　通常所看到的物體的顏色，實(shí)際上是物體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應。白色是由各種頻率的可見(jiàn)光混合在一起構成的，也就是說(shuō)白光中包含著(zhù)各種顏色的色光(如紅R、黃Y、綠G、青V、藍B、紫P)。根據德國物理學(xué)家赫姆霍茲(Helinholtz)的三原色理論可知，各種顏色是由不同比例的三原色(紅、綠、藍)混合而成的。

　　2.2 TCS230識別顏色的原理

　　由上面的三原色感應原理可知，如果知道構成各種顏色的三原色的值，就能夠知道所測試物體的顏色。對于TCS230來(lái)說(shuō)，當選定一個(gè)顏色濾波器時(shí)，它只允許某種特定的原色通過(guò)，阻止其它原色的通過(guò)。例如：當選擇紅色濾波器時(shí)，入射光中只有紅色可以通過(guò)，藍色和綠色都被阻止，這樣就可以得到紅色光的光強;同理，選擇其它的濾波器，就可以得到藍色光和綠色光的光強。通過(guò)這三個(gè)值，就可以分析投射到TCS230傳感器上的光的顏色。

　　2.3 白平衡和顏色識別原理

　　白平衡就是告訴系統什么是白色。從理論上講，白色是由等量的紅色、綠色和藍色混合而成的;但實(shí)際上，白色中的三原色并不完全相等，并且對于TCS230的光傳感器來(lái)說(shuō)，它對這三種基本色的敏感性是不相同的，導致TCS230的RGB輸出并不相等，因此在測試前必須進(jìn)行白平衡調整，使得TCS230對所檢測的“白色”中的三原色是相等的。進(jìn)行白平衡調整是為后續的顏色識別作準備。在本裝置中，白平衡調整的具體步驟和方法如下：將空的試管放置在傳感器的上方，試管的上方放置一個(gè)白色的光源，使入射光能夠穿過(guò)試管照射到TCS230上;根據前面所介紹的方法，依次選通紅色、綠色和藍色濾波器，分別測得紅色、綠色和藍色的值，然后就可計算出需要的三個(gè)調整參數。

　　當用TCS230識別顏色時(shí)，就用這三個(gè)參數對所測顏色的R、G和B進(jìn)行調整。這里有兩種方法來(lái)計算調整參數：①依次選通三種顏色的濾波器，然后對TCS230的輸出脈沖依次進(jìn)行計數。當計數到255時(shí)停止計數，分別計算每個(gè)通道所用的時(shí)間。這些時(shí)間對應于實(shí)際測試時(shí)TCS230每種濾波器所采用的時(shí)間基準，在這段時(shí)間內所測得的脈沖數就是所對應的R、G和B的值。②設置定時(shí)器為一固定時(shí)間(例如10ms)，然后選通三種顏色的濾波器，計算這段時(shí)間內TCS230的輸出脈沖數，計算出一個(gè)比例因子，通過(guò)這個(gè)比例因子可以把這些脈沖數變?yōu)?55。在實(shí)際測試時(shí)，使用同樣的時(shí)間進(jìn)行計數，把測得的脈沖數再乘以求得的比例因子，然后就可以得到所對應的R、G和B的值。

　　3 TCS230的應用

　　3.1 顏色識別電路

　　基于上述分析，采用89C51和TCS230設計了一個(gè)醫用液體顏色識別裝置。該裝置具有結構簡(jiǎn)單、識別精度和效率高的特點(diǎn)，并且能夠和上位機通信，以將識別的結果實(shí)時(shí)傳送給上位機。由于是說(shuō)明TCS230的使用情況，下面僅給出其中的TCS230識別電路，如圖3所示。圖3中用89C51的P1口的幾個(gè)引腳來(lái)控制TCS230的各個(gè)控制引腳，而TCS230的輸出引腳被連接到89C51的定時(shí)器/計數器1的輸入端(P3.5)。設置89C51定時(shí)器/計數器為相應的工作方式，初始化89C51定時(shí)器為一個(gè)定值，再選擇TCS230的輸出比例因子，并使能輸出引腳。實(shí)際使用中通過(guò)讀取89C51計數器的值，就可以分別計算出TCS230的三種輸出頻率，進(jìn)而確定R、G、B值及顏色。

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