基于單片機的智能顏色識別系統(tǒng)研究

儲 慶

（安徽理工大學電氣與信息工程學院，安徽 淮南 232001）

0 引言

RGB 原理即世界上的任何物體的顏色都是自然界的三基色紅(R)、綠(G)、藍(B)按照不同比例構成的。這個原理幾乎包括了人類視力所能感知的所有顏色，是目前運用比較廣泛的顏色原理。而在自然界中，很多顏色看上去是很相近的，有的是人眼所不能識別的，這樣就很容易造成誤差與失誤，而人的眼睛與顏色長時間打交道，就會受到傷害，這時候自然就需要一套裝置設備來代替人工勞動，這樣就能一定程度上減少誤差與失誤的避免。顏色識別自動分揀這一技術在現(xiàn)代社會的各行各業(yè)都有一定的應用：如在工廠中利用此技術進行貨物的劃分，藥品廠進行不同顏色的藥品的分類，生物上進行細胞的檢測，生活上可以利用它檢測一些瓜果的成熟度等。足以說明此技術有很好的市場前景，所以我們對顏色識別自動分揀系統(tǒng)的研究是很有必要的，從而達到更深層次和更廣泛的應用。

1 系統(tǒng)設計

1.1 系統(tǒng)總體結構

整個顏色識別系統(tǒng)采用閉環(huán)控制方式。單片機作為系統(tǒng)控制的核心，用于連接顏色傳感器實現(xiàn)顏色的識別；驅動步進電機進行傳送；控制紅外傳感器的接收；控制液晶顯示器的正常顯示；連接串口通信，實現(xiàn)半雙工或全雙工。紅外傳感器部分用于檢測系統(tǒng)是否有小球存在。顏色傳感器用于實時采集系統(tǒng)小球的顏色，反饋給單片機。顯示輸出部分可以顯示系統(tǒng)的實時小球顏色和記錄采樣的顏色RGB。語音部分用于小球顏色的播報。步進電機部分工作由單片機控制，主要是用來驅動圓盤的轉動，從何控制小球的走向，使其到達指定的位置。

1.2 系統(tǒng)的硬件設計

系統(tǒng)設計采用了STC89C52RC 單片機，該芯片具有低功耗、抗靜電和抗干擾能力強、可靠性高的優(yōu)點，具有8K Flash 存儲器和512 字節(jié)的RAM，能能滿足程序存儲的要求，簡化系統(tǒng)硬件電路的設計。

（1）檢測系統(tǒng)設計

檢測系統(tǒng)利用紅外傳感器，工作原理是利用紅外傳感器的物理性質來進行測量，紅外線又稱紅外光，它具有反射、折射、吸收等性質。在本實驗中用于檢測是否有小球的存在。

（2）語音播報設計

語音播報由語音模塊WTV020-S 組成，在系統(tǒng)采樣小球顏色時做出相應的語音播報動作，液晶顯示器顯示小球的顏色、系統(tǒng)的工作狀態(tài)等信息，以及做出下步動作指示，可以根據(jù)需要進行設定。

（3）驅動部分設計

驅動模塊利用的是步進電機以及霍爾開關一起組成，在本系統(tǒng)小球做出顏色識別后，步進電機在通電的情況下，在系統(tǒng)設定中就會去驅動圓盤的轉動，從何控制小球的走向，根據(jù)系統(tǒng)做出的小球顏色識別使其到達指定的位置。步進電機運行后，就會在霍爾開關電路的作用下恢復到初始狀態(tài)，即回到原點。

（4）顏色識別電路設計

顏色識別部分主要利用了顏色傳感器TCS3200，它內部集成了可配置的硅光電二極管陣列和一個電流/頻率轉換器，可輸出頻率隨光強線性變化且占空比為50%的方波。通過引腳，S0、S1 來選擇輸出比例因子或電源關斷式；S2、S3 來選擇濾波器的類型。在工作時可通過改變TCS3200 感光部位濾光器的顏色，依次讓三種原色的色光通過，根據(jù)其輸出頻率隨光強線性變化的特性，得到色光中的紅綠藍三原色信息。例如，當選擇紅色濾光器時，紅色光能透射到感光部位，而藍色光則不能透過，此時即可得到紅色光在此種顏色中的含量信息。

1.3 系統(tǒng)的軟件設計

系統(tǒng)依據(jù)TCS3200 反饋的實時小球顏色和系統(tǒng)采樣過的顏色比對決定電機怎么運轉。目標位置通過按鍵掃描的接口函數(shù)進行輸入。

為了使程序簡潔明了，便于理解和查閱，整個識別系統(tǒng)的軟件編程采用模塊化編程的方法。函數(shù)主要有TCS3200 初始化、寫入命令、讀取數(shù)據(jù)，LCD1602 初始化、寫命令數(shù)據(jù)、顯示，按鍵掃描輸入，語音模塊播報語音，步進電機動作等功能模塊，通過主函數(shù)調用子函數(shù)模塊，這樣降低了程序的復雜度，使程序設計、調試和維護更加方便。

2 系統(tǒng)的測試與分析

為了進一步了解系統(tǒng)的工作性能，我們進行了實驗，將該系統(tǒng)分別識別了紅色、藍色、白色以及黑色小球。從多次實驗的結果可以看出，識別系統(tǒng)的誤差精確識別，可以滿足顏色識別系統(tǒng)的要求。

3 結語

本設計是以AT89C52 單片機為基礎，利用TCS3200 顏色傳感器模塊，LCD1602 液晶顯示器模塊實現(xiàn)色彩識別系統(tǒng)的，并進行了色彩識別的測試實驗。其中，色彩識別的算法實現(xiàn)原理和各模塊的實現(xiàn)是本論文研究的重點。色彩識別的核心及難點是RGB 三種顏色測量的算法設計，算法的優(yōu)劣程度很大程度上決定了色彩識別系統(tǒng)的優(yōu)劣。通過本設計的測試，能很好的達到顏色分揀的目的。

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