TCS3200顏色傳感器使用說明.doc

TCS3200顏色傳感器是一款全彩的顏色檢測器，包括了一塊TAOS TCS3200RGB感應(yīng)芯片和4個白光LED燈，TCS3200能在一定的范圍內(nèi)檢測和測量幾乎所有的可見光。它適合于色度計測量應(yīng)用領(lǐng)域。比如彩色打印、醫(yī)療診斷、計算機彩色監(jiān)視器校準以及油漆、紡織品、化妝品和印刷材料的過程控制。 通常所看到的物體顏色，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)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，就能夠知道所測試物體的顏色。對于TCS3200D 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，就可以得到藍色光和綠色光的光強。通過這三個光強值，就可以分析出反射到TCS3200D傳感器上的光的顏色。 TCS3200D傳感器有紅綠藍和清除4種濾光器，可以通過其引腳S2和S3的高低電平來選擇濾波器模式，如下圖。 TCS3200D有可編程的彩色光到電信號頻率的轉(zhuǎn)換器，當(dāng)被測物體反射光的紅、綠、藍三色光線分別透過相應(yīng)濾波器到達TAOS TCS3200RGB感應(yīng)芯片時，其內(nèi)置的振蕩器會輸出方波，方波頻率與所感應(yīng)的光強成比例關(guān)系，光線越強，內(nèi)置的振蕩器方波頻率越高。TCS3200傳感器有一個OUT引腳，它輸出信號的頻率與內(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的高低電平來選擇，如下圖。 這個測試實驗，我把TCS3200傳感器OUT引腳輸出信號頻率與其內(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OUT引腳輸出信號頻率來換算出被測物體由三原色光強組成的RGB顏色值呢？這還需進行白平衡校正來得到RGB比例因子才行！ 白平衡校正方法是：把一個白色物體放置在TCS3200顏色傳感器之下，兩者相距10mm左右，點亮傳感器上的4個白光LED燈，用Arduino控制器的定時器設(shè)置一固定時間1s，然后選通三原色的濾波器，讓被測物體反射光中紅、綠、藍三色光分別通過濾波器，計算1s時間內(nèi)三色光對應(yīng)的TCS3200傳感器OUT輸出信號脈沖數(shù)（單位時間的脈沖數(shù)包含了輸出信號的頻率信息），再通過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、藍三色光對應(yīng)的TCS3200輸出信號1s內(nèi)脈沖數(shù)乘以R、G、B比例因子，就可換算出了被測物體的RGB標準值了。 現(xiàn)在談?wù)?，如何進行TCS3200各控制引腳與Arduino控制器的硬件連線問題，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)字端口連線的對應(yīng)關(guān)系，我設(shè)置為：#define S0 6#define S1 5#define S2 4#define S3 3#define OUT 2 #define LED 7 當(dāng)被測物體為不發(fā)光物體時，應(yīng)該把TCS3200的LED引腳設(shè)置為高電平，以點亮TCS3200傳感器電路板上的四個白光LED燈。 下文展示了一個帶有白平衡的測試程序，把這個程序下載到Arduino控制器中，同時把一個白色物體放置在TCS3200顏色傳感器之下，點亮傳感器上的4個白光LED燈，再打開Arduino IDE的串口監(jiān)視器，會出現(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QQ截圖來鎖定畫面，以便觀察。）（雙擊圖片，可以放大看?。?把白平衡時放置在TCS3200顏色傳感器之下白色物體拿走，放上另一個黃色物體，在Arduino IDE串口監(jiān)視器看到的這個黃色物體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，點擊菜單欄“顏色”-“編輯顏色”-“規(guī)定自定義顏色”-右下角輸入RGB值，查看對應(yīng)的顏色與實際測試的顏色是否相符。實際測試結(jié)果是測得的物體顏色與實際顏色有些偏色，但并不影響區(qū)分出被測物體是哪種顏色的物體。 介紹完TCS3200傳感器顏色識別原理和其與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物體的RGB值。下面展示的是Arduino測試程序。注意：下面的#include TimerOne.h要改為單括號形式。Arduino程序：#include TimerOne.h /申明庫文件/把TCS3200顏色傳感器各控制引腳連到Arduino數(shù)字端口#define S0 6 /物體表面的反射光越強，TCS3002D內(nèi)置振蕩器產(chǎn)生的方波頻率越高，#define S1 5 /S0和S1的組合決定輸出信號頻率比例因子，比例因子為2% /比率因子為TCS3200傳感器OUT引腳輸出信號頻率與其內(nèi)置振蕩器頻率之比#define S2 4 /S2和S3的組合決定讓紅、綠、藍，哪種光線通過濾波器#define S3 3#define OUT 2 /TCS3200顏色傳感器輸出信號連接到Arduino中斷0引腳，并引發(fā)脈沖信號中斷 /在中斷函數(shù)中記錄TCS3200輸出信號的脈沖個數(shù)#define LED 7 /控制TCS3200顏色傳感器是否點亮LED燈float g_SF3; /從TCS3200輸出信號的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換為RGB標準值的RGB比例因子int g_count = 0; / 計算與反射光強相對應(yīng)TCS3200顏色傳感器輸出信號的脈沖數(shù)/ 數(shù)組用于存儲在1s內(nèi)TCS3200輸出信號的脈沖數(shù)，它乘以RGB比例因子就是RGB標準值int g_array3;int g_flag = 0; / 濾波器模式選擇順序標志/ 初始化TSC3200各控制引腳的輸入輸出模式/設(shè)置TCS3002D的內(nèi)置振蕩器方波頻率與其輸出信號頻率的比例因子為2%void TSC_Init() pinMode(S0, OUTPUT); pinMode(S1, OUTPUT); pinMode(S2, OUTPUT); pinMode(S3, OUTPUT); pinMode(OUT, INPUT); pinMode(LED, OUTPUT); digitalWrite(S0, LOW); digitalWrite(S1, HIGH);/選擇濾波器模式，決定讓紅、綠、藍，哪種光線通過濾波器void TSC_FilterColor(int Level01, int Level02) if(Level01 != 0) Level01 = HIGH; if(Level02 != 0) Level02 = HIGH; digitalWrite(S2, Level01); digitalWrite(S3, Level02);/中斷函數(shù)，計算TCS3200輸出信號的脈沖數(shù)void TSC_Count() g_count + ;/定時器中斷函數(shù)，每1s中斷后，把該時間內(nèi)的紅、綠、藍三種光線通過濾波器時，/TCS3200輸出信號脈沖個數(shù)分別存儲到數(shù)組g_array3的相應(yīng)元素變量中void TSC_Callback() switch(g_flag) case 0:Serial.println(-WB Start); TSC_WB(LOW, LOW); /選擇讓紅色光線通過濾波器的模式 break; case 1:Serial.print(-Frequency R=); Serial.println(g_count); /打印1s內(nèi)的紅光通過濾波器時，TCS3200輸出的脈沖個數(shù) g_array0 = g_count; /存儲1s內(nèi)的紅光通過濾波器時，TCS3200輸出的脈沖個數(shù) TSC_WB(HIGH, HIGH); /選擇讓綠色光線通過濾波器的模式 break; case 2:Serial.print(-Frequency G=); Serial.println(g_count); /打印1s內(nèi)的綠光通過濾波器時，TCS3200輸出的脈沖個數(shù) g_array1 = g_count; /存儲1s內(nèi)的綠光通過濾波器時，TCS3200輸出的脈沖個數(shù) TSC_WB(LOW, HIGH); /選擇讓藍色光線通過濾波器的模式 break; case 3:Serial.print(-Frequency B=); Serial.println(g_count); /打印1s內(nèi)的藍光通過濾波器時，TCS3200輸出的脈沖個數(shù) Serial.println(-WB End); g_array2 = g_count; /存儲1s內(nèi)的藍光通過濾波器時，TCS3200輸出的脈沖個數(shù) TSC_WB(HIGH, LOW); /選擇無濾波器的模式 break; default: g_count = 0; /計數(shù)值清零 break; /設(shè)置反射光中紅、綠、藍三色光分別通過濾波器時如何處理數(shù)據(jù)的標志/該函數(shù)被TSC_Callback( )調(diào)用void TSC_WB(int Level0, int Level1) g_count = 0; /計數(shù)值清零 g_flag +; /輸出信號計數(shù)標志 TSC_FilterColor(Level0, Level1); /濾波器模式 Timer1.setPeriod(1000000); /設(shè)置輸出信號脈沖計數(shù)時長1s/初始化void setup() TSC_Init(); Serial.begin(9600); /啟動串行通信 Timer1.initialize(); / defaulte is 1s Timer1.attachInterrupt(TSC_Callback); /設(shè)置定時器1的中斷，中斷調(diào)用函數(shù)為TSC_Callback() /設(shè)置TCS3200輸出信號的上跳沿觸發(fā)中斷，中斷調(diào)用函數(shù)為TSC_Count() attachInterrupt(0, TSC_Count, RISING); digitalWrite(LED, HIGH);/點亮LED燈 delay(4000); /延時4s，以等待被測物體紅、綠、藍三色在1s內(nèi)的TCS3200輸出信號脈沖計數(shù) /通過白平衡測試，計算得到白色物體RGB值255與1s內(nèi)三色光脈沖數(shù)的RGB比例因子g_SF0 = 255.0/ g_array0; /紅色光比例因子 g_SF1 = 255.0/ g_array1 ; /綠色光比例因子 g_SF2 = 255.0/ g_array2 ; /藍色光比例因子/打印白平衡后的紅、綠、藍三色的RGB比例因子 Serial.println(g_SF0,5); Serial.println(g_SF1,5); Serial.println(g_SF2,5); /紅、綠、藍三色光分別對應(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標準值 /打印被測物體的RGB值 for(int i=0; i3; i+) Serial.println(int(g_arrayi * g_SFi);/主程序void loop() g_flag = 0; /每獲得一次被測物體RGB顏色值需時4s delay(4000); /打印出被測物體RGB顏色值 for(int i=0; i3; i+) Serial.println(int(g_arrayi * g_SFi); 程序中的頭文件TimerOne.h文件請下載：/QnKIsvphPb4Mv 上面是帶有白平衡的測試程序，對于具體項目的應(yīng)用程序，要在此基礎(chǔ)上加以變動。如果TCS3200傳感器與被測物體的檢測距離以及周圍環(huán)境光線沒有發(fā)生大的變化，進行一次白平衡校正后，RGB比例因子就可