基于單片機便攜式顏色自適應識別電路的設計

摘要：為解決電致變色器件的顏色變化受外界環(huán)境顏色控制的問(wèn)題，設計了一種基于單片機的便攜式顏色自適應識別電路。與傳統顏色識別電路相比較，該電路利用數字式的顏色傳感器來(lái)獲取外界環(huán)境顏色，產(chǎn)生的數字顏色信號易于單片機進(jìn)行處理。在電路中，下位機部分主要負責獲取電致變色器件變色參數及控制電致變色器件的顏色變化；而上位機部分主要負責把下位機獲取的電致變色器件變色參數進(jìn)行電壓到顏色的曲線(xiàn)擬合，并通過(guò)藍牙通信把擬合曲線(xiàn)參數傳遞給下位機。結果表明，該電路能自動(dòng)根據環(huán)境顏色提供-4～4 V范圍步進(jìn)為0．1 V的電壓來(lái)驅動(dòng)電致變色器件的顏色顯示，與傳統的顏色識別電路設計相比，識別的精度和速度都得到了明顯改善。
關(guān)鍵詞：顏色傳感器；顏色識剮；藍牙；單片機

顏色識別是模式識別領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向，利用顏色識別技術(shù)能使傳統依靠人眼進(jìn)行顏色判別的方法發(fā)生根本變革。這種新型技術(shù)采用顏色傳感器獲取外界的顏色信息，進(jìn)而通過(guò)基于計算機的信號處理技術(shù)實(shí)現顏色的精確識別。
顏色識別技術(shù)經(jīng)歷了傳統模擬識別方法和現代數字化識別兩個(gè)階段。傳統的顏色識別方法采用模擬顏色探測器件來(lái)進(jìn)行外界顏色獲取，這種探測器件通常是在獨立的光電二極管上覆蓋經(jīng)過(guò)修正的紅、綠、藍濾光片，經(jīng)過(guò)光電轉換產(chǎn)生對應的模擬信號；如果用微控制器對這些模擬信號進(jìn)行處理，就必須采用額外的AD轉換電路才能實(shí)現和微控制器的接口，而AD轉換電路的引入增加了信號的處理時(shí)間，對整個(gè)系統的速度有很大的影響；此外，由于一般的AD轉換存在量化誤差，系統的精度受到很大的限制，這些使得傳統的顏色識別方法逐漸被現在的數字式化的顏色識別技術(shù)所替代。隨著(zhù)半導體技術(shù)的發(fā)展，數字式的顏色傳感器逐步取代了傳統的光電二極管傳感器，這種技術(shù)把顏色傳感器所需的光學(xué)、機械、電子等信號處理集成在很小的芯片上極大地縮小了顏色傳感器的體積。由于這種傳感器輸出的是數字量，因此可以通過(guò)數字處理技術(shù)來(lái)提高探測速度并保持檢測器輸出信號的精度。例如采用改進(jìn)的動(dòng)態(tài)檢測方法來(lái)提高顏色探測的速度，采用數字電路來(lái)處理顏色數據等。
雖然數字傳感器已經(jīng)取得了一些成功，但其應用于市場(chǎng)的技術(shù)還不夠成熟，隨著(zhù)美國TAOS(Texas Advanced Optoelectronic Solutions)公司最新推出的顏色傳感器TCS230的面世，數字傳感器才真正被工程師們采用。這種顏色傳感器具有分辨率高、可編程的顏色選擇、數字輸出等特點(diǎn)。本文采用TCS230來(lái)作為系統的探測部分，基于該器件設計的顏色識別系統可以應用于軍事領(lǐng)域，也可以應用于電致變色材料的變色研究以便獲得材料的變色參數。

1 TCS230簡(jiǎn)介
1．1 主要特性
TCS230是美國TAOS公司推出的可編程光到頻率的轉換器。它把可配置的硅光電二極管與電流頻率轉換器集成在一個(gè)單一的CMOS(Comple-mentary Metal Oxide Semiconductor)電路上，同時(shí)在單一芯片上還集成了紅、綠、藍(RGB)3種濾光器，是業(yè)界第一個(gè)有數字兼容接口的RGB顏色傳感器。該數字兼容接口可以和微處理器直接連接，使電路設計變得簡(jiǎn)單；此外，TCS230內部每個(gè)顏色通道有10位的數字轉換精度，大大提高了顏色的獲取精度。
1．2 引腳說(shuō)明
TCS230引腳及內部結構圖如圖1所示。TCS230外部有8個(gè)引腳，其內部主要由光電二極管陣列和電流頻率轉換器組成，通過(guò)微處理器控制S0，S1，S2，S3的引腳電平可以控制TCS230輸出紅綠藍三顏色頻率值，通過(guò)標定可以得到數值化的BGB值，該值可以采用計算機來(lái)進(jìn)行處理識別。