可編程顏色傳感器TCS230原理及應(yīng)用實例設(shè)計

　　由上面的介紹可知，這種可編程的彩色光到頻率轉(zhuǎn)換器適合于色度計測量應(yīng)用領(lǐng)域，如彩色打印、醫(yī)療診斷、計算機彩色監(jiān)視器校準(zhǔn)以及油漆、紡織品、化妝品和印刷材料的過程控制和色彩配合。本文以TCS230在液體顏色識別中的應(yīng)用為例，介紹它的具體使用。在開始介紹TCS230的顏色識別前，先來了解一些光與顏色的知識。

　　2.1 三原色的感應(yīng)原理

　　通常所看到的物體的顏色，實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。

　　2.2 TCS230識別顏色的原理

　　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，就能夠知道所測試物體的顏色。對于TCS230來說，當(dāng)選定一個顏色濾波器時，它只允許某種特定的原色通過，阻止其它原色的通過。例如：當(dāng)選擇紅色濾波器時，入射光中只有紅色可以通過，藍(lán)色和綠色都被阻止，這樣就可以得到紅色光的光強;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。通過這三個值，就可以分析投射到TCS230傳感器上的光的顏色。

　　2.3 白平衡和顏色識別原理

　　白平衡就是告訴系統(tǒng)什么是白色。從理論上講，白色是由等量的紅色、綠色和藍(lán)色混合而成的;但實際上，白色中的三原色并不完全相等，并且對于TCS230的光傳感器來說，它對這三種基本色的敏感性是不相同的，導(dǎo)致TCS230的RGB輸出并不相等，因此在測試前必須進(jìn)行白平衡調(diào)整，使得TCS230對所檢測的“白色”中的三原色是相等的。進(jìn)行白平衡調(diào)整是為后續(xù)的顏色識別作準(zhǔn)備。在本裝置中，白平衡調(diào)整的具體步驟和方法如下：將空的試管放置在傳感器的上方，試管的上方放置一個白色的光源，使入射光能夠穿過試管照射到TCS230上;根據(jù)前面所介紹的方法，依次選通紅色、綠色和藍(lán)色濾波器，分別測得紅色、綠色和藍(lán)色的值，然后就可計算出需要的三個調(diào)整參數(shù)。

　　當(dāng)用TCS230識別顏色時，就用這三個參數(shù)對所測顏色的R、G和B進(jìn)行調(diào)整。這里有兩種方法來計算調(diào)整參數(shù)：①依次選通三種顏色的濾波器，然后對TCS230的輸出脈沖依次進(jìn)行計數(shù)。當(dāng)計數(shù)到255時停止計數(shù)，分別計算每個通道所用的時間。這些時間對應(yīng)于實際測試時TCS230每種濾波器所采用的時間基準(zhǔn)，在這段時間內(nèi)所測得的脈沖數(shù)就是所對應(yīng)的R、G和B的值。②設(shè)置定時器為一固定時間(例如10ms)，然后選通三種顏色的濾波器，計算這段時間內(nèi)TCS230的輸出脈沖數(shù)，計算出一個比例因子，通過這個比例因子可以把這些脈沖數(shù)變?yōu)?55。在實際測試時，使用同樣的時間進(jìn)行計數(shù)，把測得的脈沖數(shù)再乘以求得的比例因子，然后就可以得到所對應(yīng)的R、G和B的值。

　　3 TCS230的應(yīng)用

　　3.1 顏色識別電路

　　基于上述分析，采用89C51和TCS230設(shè)計了一個醫(yī)用液體顏色識別裝置。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、識別精度和效率高的特點，并且能夠和上位機通信，以將識別的結(jié)果實時傳送給上位機。由于是說明TCS230的使用情況，下面僅給出其中的TCS230識別電路，如圖3所示。圖3中用89C51的P1口的幾個引腳來控制TCS230的各個控制引腳，而TCS230的輸出引腳被連接到89C51的定時器/計數(shù)器1的輸入端(P3.5)。設(shè)置89C51定時器/計數(shù)器為相應(yīng)的工作方式，初始化89C51定時器為一個定值，再選擇TCS230的輸出比例因子，并使能輸出引腳。實際使用中通過讀取89C51計數(shù)器的值，就可以分別計算出TCS230的三種輸出頻率，進(jìn)而確定R、G、B值及顏色。

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