TCS3200顏色傳感器使用說(shuō)明.doc

TCS3200顏色傳感器是一款全彩的顏色檢測(cè)器，包括了一塊TAOS TCS3200RGB感應(yīng)芯片和4個(gè)白光LED燈，TCS3200能在一定的范圍內(nèi)檢測(cè)和測(cè)量幾乎所有的可見(jiàn)光。它適合于色度計(jì)測(cè)量應(yīng)用領(lǐng)域。比如彩色打印、醫(yī)療診斷、計(jì)算機(jī)彩色監(jiān)視器校準(zhǔn)以及油漆、紡織品、化妝品和印刷材料的過(guò)程控制。 通常所看到的物體顏色，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(yīng)。白色是由各種頻率的可見(jiàn)光混合在一起構(gòu)成的，也就是說(shuō)白光中包含著各種顏色的色光(如紅R、黃Y、綠G、青V、藍(lán)B、紫P)。根據(jù)德國(guó)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(lán))混合而成的。 由上面的三原色感應(yīng)原理可知，如果知道構(gòu)成各種顏色的三原色的值，就能夠知道所測(cè)試物體的顏色。對(duì)于TCS3200D 來(lái)說(shuō)，當(dāng)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(dāng)選擇紅色濾波器時(shí)，入射光中只有紅色可以通過(guò)，藍(lán)色和綠色都被阻止，這樣就可以得到紅色光的光強(qiáng)；同理，選擇其它的濾波器，就可以得到藍(lán)色光和綠色光的光強(qiáng)。通過(guò)這三個(gè)光強(qiáng)值，就可以分析出反射到TCS3200D傳感器上的光的顏色。 TCS3200D傳感器有紅綠藍(lán)和清除4種濾光器，可以通過(guò)其引腳S2和S3的高低電平來(lái)選擇濾波器模式，如下圖。 TCS3200D有可編程的彩色光到電信號(hào)頻率的轉(zhuǎn)換器，當(dāng)被測(cè)物體反射光的紅、綠、藍(lán)三色光線(xiàn)分別透過(guò)相應(yīng)濾波器到達(dá)TAOS TCS3200RGB感應(yīng)芯片時(shí)，其內(nèi)置的振蕩器會(huì)輸出方波，方波頻率與所感應(yīng)的光強(qiáng)成比例關(guān)系，光線(xiàn)越強(qiáng)，內(nèi)置的振蕩器方波頻率越高。TCS3200傳感器有一個(gè)OUT引腳，它輸出信號(hào)的頻率與內(nèi)置振蕩器的頻率也成比例關(guān)系，它們的比率因子可以靠其引腳S0和S1的高低電平來(lái)選擇，如下圖。 這個(gè)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，我把TCS3200傳感器OUT引腳輸出信號(hào)頻率與其內(nèi)置振蕩器頻率比率因子設(shè)為2%，有了輸出頻率比例因子，但是如何通過(guò)OUT引腳輸出信號(hào)頻率來(lái)?yè)Q算出被測(cè)物體由三原色光強(qiáng)組成的RGB顏色值呢？這還需進(jìn)行白平衡校正來(lái)得到RGB比例因子才行！ 白平衡校正方法是：把一個(gè)白色物體放置在TCS3200顏色傳感器之下，兩者相距10mm左右，點(diǎn)亮傳感器上的4個(gè)白光LED燈，用Arduino控制器的定時(shí)器設(shè)置一固定時(shí)間1s，然后選通三原色的濾波器，讓被測(cè)物體反射光中紅、綠、藍(lán)三色光分別通過(guò)濾波器，計(jì)算1s時(shí)間內(nèi)三色光對(duì)應(yīng)的TCS3200傳感器OUT輸出信號(hào)脈沖數(shù)（單位時(shí)間的脈沖數(shù)包含了輸出信號(hào)的頻率信息），再通過(guò)正比算式得到白色物體RGB值255與三色光脈沖數(shù)的比例因子。有了白平衡校正得到的RGB比例因子，則其它顏色物體反射光中紅、綠、藍(lán)三色光對(duì)應(yīng)的TCS3200輸出信號(hào)1s內(nèi)脈沖數(shù)乘以R、G、B比例因子，就可換算出了被測(cè)物體的RGB標(biāo)準(zhǔn)值了。 現(xiàn)在談?wù)劊绾芜M(jìn)行TCS3200各控制引腳與Arduino控制器的硬件連線(xiàn)問(wèn)題，下圖分別是TCS3200傳感器和其連線(xiàn)圖。上圖中TCS3200傳感器各控制引腳與Arduino控制器數(shù)字端口連線(xiàn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，我設(shè)置為：#define S0 6#define S1 5#define S2 4#define S3 3#define OUT 2 #define LED 7 當(dāng)被測(cè)物體為不發(fā)光物體時(shí)，應(yīng)該把TCS3200的LED引腳設(shè)置為高電平，以點(diǎn)亮TCS3200傳感器電路板上的四個(gè)白光LED燈。 下文展示了一個(gè)帶有白平衡的測(cè)試程序，把這個(gè)程序下載到Arduino控制器中，同時(shí)把一個(gè)白色物體放置在TCS3200顏色傳感器之下，點(diǎn)亮傳感器上的4個(gè)白光LED燈，再打開(kāi)Arduino IDE的串口監(jiān)視器，會(huì)出現(xiàn)下圖監(jiān)視畫(huà)面，可以在該畫(huà)面中找到白色物體RGB值255以及RGB比例因子。（可通過(guò)QQ截圖來(lái)鎖定畫(huà)面，以便觀察。）（雙擊圖片，可以放大看！） 把白平衡時(shí)放置在TCS3200顏色傳感器之下白色物體拿走，放上另一個(gè)黃色物體，在Arduino IDE串口監(jiān)視器看到的這個(gè)黃色物體RGB值為233、157、56，如下圖所示。 打開(kāi)電腦Windows操作系統(tǒng)自帶的畫(huà)圖板，點(diǎn)擊菜單欄“顏色”-“編輯顏色”-“規(guī)定自定義顏色”-右下角輸入RGB值，查看對(duì)應(yīng)的顏色與實(shí)際測(cè)試的顏色是否相符。實(shí)際測(cè)試結(jié)果是測(cè)得的物體顏色與實(shí)際顏色有些偏色，但并不影響區(qū)分出被測(cè)物體是哪種顏色的物體。 介紹完TCS3200傳感器顏色識(shí)別原理和其與Arduino控制器的硬件連線(xiàn)，以及如何利用串口監(jiān)視器找到白平衡后的比例因子和被測(cè)物體的RGB值。下面展示的是Arduino測(cè)試程序。注意：下面的#include TimerOne.h要改為單括號(hào)形式。Arduino程序：#include TimerOne.h /申明庫(kù)文件/把TCS3200顏色傳感器各控制引腳連到Arduino數(shù)字端口#define S0 6 /物體表面的反射光越強(qiáng)，TCS3002D內(nèi)置振蕩器產(chǎn)生的方波頻率越高，#define S1 5 /S0和S1的組合決定輸出信號(hào)頻率比例因子，比例因子為2% /比率因子為T(mén)CS3200傳感器OUT引腳輸出信號(hào)頻率與其內(nèi)置振蕩器頻率之比#define S2 4 /S2和S3的組合決定讓紅、綠、藍(lán)，哪種光線(xiàn)通過(guò)濾波器#define S3 3#define OUT 2 /TCS3200顏色傳感器輸出信號(hào)連接到Arduino中斷0引腳，并引發(fā)脈沖信號(hào)中斷 /在中斷函數(shù)中記錄TCS3200輸出信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)#define LED 7 /控制TCS3200顏色傳感器是否點(diǎn)亮LED燈float g_SF3; /從TCS3200輸出信號(hào)的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換為RGB標(biāo)準(zhǔn)值的RGB比例因子int g_count = 0; / 計(jì)算與反射光強(qiáng)相對(duì)應(yīng)TCS3200顏色傳感器輸出信號(hào)的脈沖數(shù)/ 數(shù)組用于存儲(chǔ)在1s內(nèi)TCS3200輸出信號(hào)的脈沖數(shù)，它乘以RGB比例因子就是RGB標(biāo)準(zhǔn)值int g_array3;int g_flag = 0; / 濾波器模式選擇順序標(biāo)志/ 初始化TSC3200各控制引腳的輸入輸出模式/設(shè)置TCS3002D的內(nèi)置振蕩器方波頻率與其輸出信號(hào)頻率的比例因子為2%void TSC_Init() pinMode(S0, OUTPUT); pinMode(S1, OUTPUT); pinMode(S2, OUTPUT); pinMode(S3, OUTPUT); pinMode(OUT, INPUT); pinMode(LED, OUTPUT); digitalWrite(S0, LOW); digitalWrite(S1, HIGH);/選擇濾波器模式，決定讓紅、綠、藍(lán)，哪種光線(xiàn)通過(guò)濾波器void TSC_FilterColor(int Level01, int Level02) if(Level01 != 0) Level01 = HIGH; if(Level02 != 0) Level02 = HIGH; digitalWrite(S2, Level01); digitalWrite(S3, Level02);/中斷函數(shù)，計(jì)算TCS3200輸出信號(hào)的脈沖數(shù)void TSC_Count() g_count + ;/定時(shí)器中斷函數(shù)，每1s中斷后，把該時(shí)間內(nèi)的紅、綠、藍(lán)三種光線(xiàn)通過(guò)濾波器時(shí)，/TCS3200輸出信號(hào)脈沖個(gè)數(shù)分別存儲(chǔ)到數(shù)組g_array3的相應(yīng)元素變量中void TSC_Callback() switch(g_flag) case 0:Serial.println(-WB Start); TSC_WB(LOW, LOW); /選擇讓紅色光線(xiàn)通過(guò)濾波器的模式 break; case 1:Serial.print(-Frequency R=); Serial.println(g_count); /打印1s內(nèi)的紅光通過(guò)濾波器時(shí)，TCS3200輸出的脈沖個(gè)數(shù) g_array0 = g_count; /存儲(chǔ)1s內(nèi)的紅光通過(guò)濾波器時(shí)，TCS3200輸出的脈沖個(gè)數(shù) TSC_WB(HIGH, HIGH); /選擇讓綠色光線(xiàn)通過(guò)濾波器的模式 break; case 2:Serial.print(-Frequency G=); Serial.println(g_count); /打印1s內(nèi)的綠光通過(guò)濾波器時(shí)，TCS3200輸出的脈沖個(gè)數(shù) g_array1 = g_count; /存儲(chǔ)1s內(nèi)的綠光通過(guò)濾波器時(shí)，TCS3200輸出的脈沖個(gè)數(shù) TSC_WB(LOW, HIGH); /選擇讓藍(lán)色光線(xiàn)通過(guò)濾波器的模式 break; case 3:Serial.print(-Frequency B=); Serial.println(g_count); /打印1s內(nèi)的藍(lán)光通過(guò)濾波器時(shí)，TCS3200輸出的脈沖個(gè)數(shù) Serial.println(-WB End); g_array2 = g_count; /存儲(chǔ)1s內(nèi)的藍(lán)光通過(guò)濾波器時(shí)，TCS3200輸出的脈沖個(gè)數(shù) TSC_WB(HIGH, LOW); /選擇無(wú)濾波器的模式 break; default: g_count = 0; /計(jì)數(shù)值清零 break; /設(shè)置反射光中紅、綠、藍(lán)三色光分別通過(guò)濾波器時(shí)如何處理數(shù)據(jù)的標(biāo)志/該函數(shù)被TSC_Callback( )調(diào)用void TSC_WB(int Level0, int Level1) g_count = 0; /計(jì)數(shù)值清零 g_flag +; /輸出信號(hào)計(jì)數(shù)標(biāo)志 TSC_FilterColor(Level0, Level1); /濾波器模式 Timer1.setPeriod(1000000); /設(shè)置輸出信號(hào)脈沖計(jì)數(shù)時(shí)長(zhǎng)1s/初始化void setup() TSC_Init(); Serial.begin(9600); /啟動(dòng)串行通信 Timer1.initialize(); / defaulte is 1s Timer1.attachInterrupt(TSC_Callback); /設(shè)置定時(shí)器1的中斷，中斷調(diào)用函數(shù)為T(mén)SC_Callback() /設(shè)置TCS3200輸出信號(hào)的上跳沿觸發(fā)中斷，中斷調(diào)用函數(shù)為T(mén)SC_Count() attachInterrupt(0, TSC_Count, RISING); digitalWrite(LED, HIGH);/點(diǎn)亮LED燈 delay(4000); /延時(shí)4s，以等待被測(cè)物體紅、綠、藍(lán)三色在1s內(nèi)的TCS3200輸出信號(hào)脈沖計(jì)數(shù) /通過(guò)白平衡測(cè)試，計(jì)算得到白色物體RGB值255與1s內(nèi)三色光脈沖數(shù)的RGB比例因子g_SF0 = 255.0/ g_array0; /紅色光比例因子 g_SF1 = 255.0/ g_array1 ; /綠色光比例因子 g_SF2 = 255.0/ g_array2 ; /藍(lán)色光比例因子/打印白平衡后的紅、綠、藍(lán)三色的RGB比例因子 Serial.println(g_SF0,5); Serial.println(g_SF1,5); Serial.println(g_SF2,5); /紅、綠、藍(lán)三色光分別對(duì)應(yīng)的1s內(nèi)TCS3200輸出脈沖數(shù)乘以相應(yīng)的比例因子就是RGB標(biāo)準(zhǔn)值 /打印被測(cè)物體的RGB值 for(int i=0; i3; i+) Serial.println(int(g_arrayi * g_SFi);/主程序void loop() g_flag = 0; /每獲得一次被測(cè)物體RGB顏色值需時(shí)4s delay(4000); /打印出被測(cè)物體RGB顏色值 for(int i=0; i3; i+) Serial.println(int(g_arrayi * g_SFi); 程序中的頭文件TimerOne.h文件請(qǐng)下載：/QnKIsvphPb4Mv 上面是帶有白平衡的測(cè)試程序，對(duì)于具體項(xiàng)目的應(yīng)用程序，要在此基礎(chǔ)上加以變動(dòng)。如果TCS3200傳感器與被測(cè)物體的檢測(cè)距離以及周?chē)h(huán)境光線(xiàn)沒(méi)有發(fā)生大的變化，進(jìn)行一次白平衡校正后，RGB比例因子就可