TCS3200顏色傳感器使用說(shuō)明

1、?TCS3200顏色傳感器是一款全彩的顏色檢測(cè)器，包括了一塊TAOSTCS3200RGB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、黃丫、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

2、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

3、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 線分別透過(guò)相應(yīng)濾波器到達(dá) TAOSTCS3200RGB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

4、 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TCS3

5、200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控制器的硬件連線問(wèn)題，下圖分別是 TCS3200傳感器和其連線圖。上圖中TCS3200傳感器各控制引腳與Arduino控制器數(shù)字端口連線的對(duì)應(yīng)關(guān)系，我設(shè)置為：#defi neS0?6?#defi neS1?5?#defi neS2?4?#defi neS3?3#defi neOUT?2?#defi neLED?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

6、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ArduinolDE 的串口監(jiān)視器，會(huì)出現(xiàn)下圖監(jiān)視畫面，可以在該畫面中找到白色物體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ArduinolDE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。?打開電腦Windows操作系統(tǒng)自帶的畫圖板，點(diǎn)擊菜單欄 顏色”->

7、 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，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#in elude TimerO ne.h>? 要改為單括號(hào)形式。?Ardui no 程序:#i ncludeTimerO ne.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

8、端口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，和S1的組合決定輸出信號(hào)頻率比例因子，比例因子為#defi neS0?6?#defi neS1?5?/S02%?/#defi neS2?4?/S2比率因子為TCS3200傳感器OUT引腳輸出信號(hào)頻率與其內(nèi)置振蕩器頻率之比和S3的組合決定讓紅、綠、藍(lán)，哪種光線通過(guò)濾波器#defi neS3?3#defi neOUT?2?/TCS3200?/#defi neLED?7?floatg_SF3;? in t?g_eou nt=O;? /數(shù)組用于存儲(chǔ)在1s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

9、數(shù)中記錄 TCS3200輸出信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)控制TCS3200顏色傳感器是否點(diǎn)亮 LED燈從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)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in t?g_array3;?in t?g_flag=0;?/初始化TSC3200/ 設(shè)置 TCS3002D濾波器模式選擇順序標(biāo)志各控制引腳的輸入輸出模式的內(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%voidTSCnit()?pinM ode(SO,OUTPUT);?pi nM ode(S1,OUTPU

10、T);?pinM ode(S2,OUTPUT);?pinM ode(S3,OUTPUT);?pi nM ode(OUT,INPUT);?pi nM ode(LED,OUTPUT);?digitalWrite(S 0, LOW);?digitalWrite(S1,HIGH);/選擇濾波器模式，決定讓紅、綠、藍(lán)，哪種光線通過(guò)濾波器voidTSC_FilterColor(i ntLevel01,i ntLevel02)精心整理?if(LevelO1!=O)?LevelO仁HIGH;?if(Level02!=0)?LevelO2=HIGH;?digitalWrite(S2,LevelO1);?digi

11、talWrite(S3,LevelO2);/中斷函數(shù)，計(jì)算TCS3200輸出信號(hào)的脈沖數(shù)voidTSC_Cou nt()?g_co un t+;/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voidTSC_Callback()?switch(g_flag)?caseO:? Serial.println("->WBStart");?TSC_WB(LOW 丄0W);? ?break;?case1:? Serial.print("->Frequency

12、R="); ?Serial.pri ntln( g_cou nt);?/ ?g_array0=g_co un t;?/ ?TSC_WB(HIGH,HIGH);? ?break;?case2:? Serial.print("->FrequencyG="); ?Serial.pri ntln( g_cou nt);?/ ?g_array1=g_co un t;?/ ?TSC_WB(LOW,HIGH);? ?break;?case3:? Serial.print("->FrequencyB="); ?Serial.pri ntln( g_

13、cou nt);?/ ?Serial.pri ntln( "->WBE nd");?g_array2=g_cou nt;?/ ?TSC_WB(HIG H, LOW);?/ ?break;?default:選擇讓紅色光線通過(guò)濾波器的模式打印1s內(nèi)的紅光通過(guò)濾波器時(shí)，TCS3200存儲(chǔ)1s內(nèi)的紅光通過(guò)濾波器時(shí)，TCS3200選擇讓綠色光線通過(guò)濾波器的模式打印1s內(nèi)的綠光通過(guò)濾波器時(shí)，TCS3200存儲(chǔ)1s內(nèi)的綠光通過(guò)濾波器時(shí)，TCS3200選擇讓藍(lán)色光線通過(guò)濾波器的模式打印1s內(nèi)的藍(lán)光通過(guò)濾波器時(shí)，TCS3200存儲(chǔ)1s內(nèi)的藍(lán)光通過(guò)濾波器時(shí)，TCS3200選擇無(wú)濾波器的模

14、式？輸出的脈沖個(gè)數(shù)輸出的脈沖個(gè)數(shù)輸出的脈沖個(gè)數(shù)輸出的脈沖個(gè)數(shù)輸出的脈沖個(gè)數(shù)輸出的脈沖個(gè)數(shù)精心整理?g_cou nt=O;?break;計(jì)數(shù)值清零?/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voidTSC_WB(i ntLevelO,i ntLevell)?g_cou nt=O;?計(jì)數(shù)值清零?g_flag+;?輸出信號(hào)計(jì)數(shù)標(biāo)志?TSC_FilterColor(LevelO,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)/初始化1svoidsetup()?TSC_I nit

15、();?Serial.begi n(9600);/啟動(dòng)串行通信?Timer1.i nitialize();?/defaulteis1s?Timer1.attachl nterrupt(TSC_Callback);設(shè)置定時(shí)器 1 的中斷，中斷調(diào)用函數(shù)為TSC_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TSC_Count()?attachI nterrupt(0,TSC_Cou nt,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

16、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?g_SF0=255.0/g_array0;?g_SF1=255.0/g_array1;?g_SF2=255.0/g_array2;?/打印白平衡后的紅、綠、藍(lán)三色的RGB值255與1s內(nèi)三色光脈沖數(shù)的 RGB比例因子紅色光比例因子綠色光比例因子藍(lán)色光比例因子RGB比例因子?Serial.pri ntln (g_SF0,5);?Serial.pri ntln( g_SF1,5);?Serial.pri ntln (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 R

17、GB值?for(i nti=0;i<3;i+)?Serial.pri ntl n(in t(g_arrayi*g_SFi);?/主程序voidloop()?g_flag=0;?/每獲得一次被測(cè)物體RGB顏色值需時(shí)4s精心整理?delay(4000);?/打印出被測(cè)物體 RGB顏色值?for(i nti=0;i<3;i+)?Serial.pri ntln(in t(g_arrayi*g_SFi);?程序中的頭文件Timer On e.h文件請(qǐng)下載：?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)距離以及周圍環(huán)境光線沒(méi)有發(fā)生大的變化，進(jìn)行一次白平 衡校正后，RGB比例因子就可以確