利用顏色傳感器TCS3200識別紅綠燈

曹瓊

摘要；隨著科學技術的發(fā)展，顏色檢測從人工檢測發(fā)展到采用各種顏色儀器檢測，其中檢測儀器常采用顏色傳感器。TCS3200是最新的一種顏色傳感器，它測量速度快、數(shù)字化、易編程控制和干抗擾等諸多優(yōu)點被廣泛應用。

關鍵詞：顏色傳感器；三基色；TCS3200

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）07-0181-02

三基色RGB色彩模式常被作為顏色標準，即通過對三個顏色通道之間的疊加來得到各式各樣的顏色的，RGB即是代表紅、綠、藍三個通道的顏色，這個標準幾乎包括了人類視力所能感知的所有顏色。因此，檢測出了顏色信號中的紅、綠、藍比例值就是檢測出了顏色。

顏色檢測識別在工業(yè)生產(chǎn)中的應用越來越深入，但是以往的顏色檢測主要是依靠人工進行，這種方法受照明條件、背景亮度、測色人員主觀上和心理上的差異等各種因素影響，缺乏準確性，所以隨著科學技術的發(fā)展，各種檢測顏色儀器紛紛出現(xiàn)。

常用的顏色檢測儀器有兩種方法：第一種是基于機器視覺的顏色檢測是從視圖中獲得顏色數(shù)據(jù)的，麻煩的是必須對圖像進行各種預處理，因此此種顏色檢測較為復雜且價高；第二種是基于顏色傳感器的顏色檢測，此種方法較為常用，現(xiàn)在常用顏色傳感器有RGB顏色傳感器和色標傳感器兩種基本類型。

目前常用的顏色傳感器通常是把經(jīng)過修正的紅綠藍濾光片覆蓋在獨立的光電二極管上，需要對輸出信號進行相應的處理才能將顏色信號識別出來。TAOS公司推出了此類的顏色傳感器，其中現(xiàn)在最新的就是TCS3200，與以前進行比較有許多優(yōu)點：反應速度快，檢測的不同顏色時可通過編程設置改變，使用方便，數(shù)字量輸出，能采集、放大信號，內(nèi)部有A/D，可直接連接單片機。

1系統(tǒng)硬件設計

系統(tǒng)由顏色傳感器模塊、單片機、蜂鳴器組成，基本原理如圖1所示。

1.1顏色傳感器模塊電路

TCS3200有8引腳，采用SOIC表面貼裝式封裝，在一個芯片上集成光電二極管有64個，共分為四種不同顏色，64個全部交叉排列在芯片上，其中相同顏色的是均勻分布且并聯(lián)連接。工作時，所需要的濾波器是通過兩個可編程的引腳來動態(tài)選擇的，輸出頻率范圍從2Hz--500kHz，輸出比例因子或電源關斷模式可通過兩個可編程引腳來選擇。

TCS3200的工作原理；當入射光投射到TCS3200上時，為了選擇不同顏色的濾波器，控制TCS3200引腳S2、S3的4種組合來選擇；經(jīng)過內(nèi)部的轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換輸出方波，由于檢測的顏色和光強不同輸出的方波頻率也對應的不同；最后通過控制引腳S0、S1，可以選擇不同的輸出比例因子，針對不同的需求對輸出頻率范圍進行調(diào)整。

顏色傳感器模塊GY-31包含了一個TCS3200和4個白光LED燈。系統(tǒng)將模塊的S2和S3分別與單片機的P2.4和P2.5連接，由單片機控制模塊的濾波器模式；模塊OUT與單片機的P3.5連接，將測量后輸出的方波輸入到單片機計算處理出色值。

1.2單片機與蜂鳴器電路

宏晶科技生產(chǎn)的STC12C5A60S2是新一代8051單片機，具有高速、低功耗和超強抗干擾等優(yōu)點，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。

在有源蜂鳴器中，因為其內(nèi)部自帶振蕩電路，蜂鳴器直接接上額定直流電源就可振動發(fā)音。

系統(tǒng)中單片機P1.7直接連接蜂鳴器，由單片機P1.7輸出“1”控制蜂鳴器連續(xù)發(fā)聲。

2系統(tǒng)的工作原理

識別顏色時，顏色傳感器模塊要測量出顏色的R、G和B值，在由單片機對這三個值進行調(diào)整和判斷顏色，處理方法如下：首先設置為一段固定的時間，一般采用定時器定時方式設置；然后依次選通紅、綠和藍顏色的濾波器；接著在設置的時間段中采用計數(shù)器計得顏色傳感器模塊輸出脈沖數(shù)；最后為了得到測量的R、G和B的值，需要根據(jù)實際環(huán)境設置比例因子，把比例因子和測得的脈沖數(shù)一起處理即得到結(jié)果。

通過單片機計算處理的到RGB的值判斷當前系統(tǒng)遇到的是什么顏色的燈，紅燈時單片機控制蜂鳴器連續(xù)鳴叫，綠燈時單片機控制蜂鳴器不發(fā)聲。

3程序流程圖

由于采用模塊化編程主程序結(jié)構簡單，主程序就是循環(huán)調(diào)用顏色識別子程序。

程序中對單次測量顏色的流程：先設定每次顏色測量時間為10ms，然后一次定時時間滿了進入定時中斷處理中對綠色光強信號進行檢測根據(jù)輸出脈沖數(shù)處理出對應的數(shù)值，最后分別依次處理其他兩種顏色的光強信號。

4調(diào)試

硬件電路連接好后，開始測試。將系統(tǒng)放置到紅燈前，正常時系統(tǒng)蜂鳴器鳴叫警告；將系統(tǒng)放置到綠燈前，注意顏色傳感器模塊與燈的距離和角度，正常時系統(tǒng)蜂鳴器不會鳴叫。如與上訴情況不一致時，注意顏色傳感器模塊與燈的距離和角度，對距離和角度進行調(diào)整。

5結(jié)語

本系統(tǒng)對紅綠燈的顏色檢測采用了TCS3200顏色傳感器，經(jīng)過單片機處理判斷顏色后，如系統(tǒng)遇到紅燈的情況進行蜂鳴器鳴叫警告。該系統(tǒng)具有檢測快、成本低和穩(wěn)定性好的特點，并且可根據(jù)實際需要快速修改成檢測其他顏色，有較為廣泛的應用。