基于TCS3200傳感器的顏色辨識系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王凱+袁佳偉+吳文明

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)已逐漸成熟，顏色辨識系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)檢測和自動(dòng)控制領(lǐng)域，而生產(chǎn)過程中長期以來由人眼起主導(dǎo)作用的顏色識別工作將越來越多地被相應(yīng)的顏色傳感器所替代。本文通過介紹STM32單片機(jī)控制TCS3200顏色傳感器測量到RGB值以后，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并發(fā)送至串口液晶顯示模塊進(jìn)行顯示。

關(guān)鍵詞：RGB 顏色辨識；TCS3200；STM32微處理器

中圖分類號：TP65 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）05-0168-02

隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)向高速化、自動(dòng)化方向的發(fā)展，人們對于顏色的辨識不再僅僅通過肉眼來判斷，長時(shí)間接觸顏色不僅誤差很大還會(huì)一定程度上對眼睛造成傷害。因此，具有多種用途的顏色傳感器應(yīng)運(yùn)而生。本顏色識別系統(tǒng)工作穩(wěn)定，識別精度較好，可以用于人眼可分辨的物體或者光源顏色的識別。

1 方案設(shè)計(jì)

1.1 控制單元

選用STM32 F103C8T6芯片作為主控制單元，它具有功耗低、擴(kuò)展性好、升級空間大等特點(diǎn)，同時(shí)它的定時(shí)器的硬件支持輸入捕獲功能，可以有效地測量顏色傳感器輸出頻率。

1.2 顏色辨識系統(tǒng)

顏色傳感器采用TCS3200，它是一個(gè)RGB顏色傳感器，能夠通過它的紅、綠、藍(lán)傳感器獲得三色值進(jìn)行光源或普通物體的顏色測量，測量精度較高，適用于民用領(lǐng)域。

1.3 測量原理

入射光照射到TCS3200的光電二極管陣列上時(shí)，不同濾光片下的光電二極管根據(jù)不同的紅、藍(lán)、綠光的光照強(qiáng)度產(chǎn)生相應(yīng)的光電流，然后集成光-頻率轉(zhuǎn)換器將光電流轉(zhuǎn)換成頻率量供外部數(shù)字器件進(jìn)行讀取與計(jì)算，最后我們根據(jù)RGB色彩空間進(jìn)行顏色的計(jì)算。STM32微處理器控制TCS3200顏色傳感器測量到RGB值以后，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并發(fā)送至串口液晶顯示模塊進(jìn)行顯示。

2 硬件設(shè)計(jì)

本顏色辨識系統(tǒng)是在基于微控制器STM32控制的基礎(chǔ)上，添加了TCS3200顏色采集模塊、頻率測試模塊、串口通信模塊、液晶顯示模塊。

2.1 硬件實(shí)現(xiàn)

硬件設(shè)計(jì)圖如圖1-3所示。

藍(lán)牙模塊上EN不接，GND接地，TXD接微處理器的PA9，RXD 接PA10，STATE接PA5，VCC接+5V 。

2.2 串口液晶模塊

串口液晶模塊采用了一塊2.2吋顯示屏，其分辨率為220*178，支持16位色彩即65536種顏色，顏色計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)為RGB565。該模塊可以通過串口或者SPI與控制器進(jìn)行通訊，根據(jù)需要可自行更換通訊方式，使用較為方便。

3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要分為系統(tǒng)初始化程序、白平衡子程序、顏色采集子程序、轉(zhuǎn)換格式子程序。

3.1 流程圖（如圖4所示）

3.2 設(shè)計(jì)步驟

（1）TCS3200模塊的初始化。其主要內(nèi)容有：TCS3200 S0、S1、S2、S3與STM32 相應(yīng)I/O的配置，定時(shí)器TIM4的配置。

（2）Systick定時(shí)器的初始化。本設(shè)計(jì)中Systick定時(shí)器主要用于延時(shí)。

（3）串口的初始化。這里將串口波特率設(shè)置為115200。

（4）中斷優(yōu)先級分組。

（5）對TCS3200進(jìn)行白平衡。

（6）測量RGB值，并將RGB值輸出至串行顯示模塊進(jìn)行顯示。

（7）將RGB值轉(zhuǎn)換成RGB565在串行顯示模塊上顯示。

4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析（如表1所示）

對應(yīng)色卡測量數(shù)據(jù)，同時(shí)在顯示屏上顯示了對應(yīng)的顏色，說明該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)顏色的再現(xiàn)。通過測量發(fā)現(xiàn)，一次性采集的數(shù)據(jù)精確度不高，誤差比較大，需進(jìn)行多次測量求平均值才能減小誤差。

5 結(jié)語

本文通過介紹STM32單片機(jī)控制TCS3200顏色傳感器測量到RGB值以后，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并發(fā)送至串口液晶顯示模塊進(jìn)行顯示。本顏色識別系統(tǒng)工作穩(wěn)定，識別精度較好，可以用于人眼可分辨的物體或者光源顏色的識別。

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