智能顏色識別報警系統(tǒng)

1、智能顏色識別報警系統(tǒng)智能顏色識別報警系統(tǒng)摘要: 隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)向高速化、自動化方向的發(fā)展，色彩識別廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)檢測和自動控制領(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。如：各種物體表面顏色識別（產(chǎn)品包裝色標檢測，產(chǎn)品外表特征顏色的檢測，液體溶液顏色變化過程的檢測與控制，等等）。而本文就是介紹如何通過使用TCS230顏色傳感器來實現(xiàn)色彩識別的功能的。首先，通過了解一定深度的光與顏色的知識以及深入學(xué)習(xí)研究TCS230識別顏色的原理，實現(xiàn)TCS230顏色傳感器測量顏色的功能。其次，對所測得的數(shù)據(jù)進行處理，轉(zhuǎn)換成RGB三種顏色光數(shù)值。最后，通過

2、LCD將經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)顯示出來。 本設(shè)計具有體積小、成本低、功能強等特點。關(guān)鍵詞：單片機 顏色識別 TCS230 三原色 顏色傳感器The intelligent color recognition alarm systemAbstract : With the modern industrial production to speed the development of automated direction, color recognition is widely used in various industrial detection and automatic control fi

3、eld, and the production process has long played a leading role by the human eye color recognition will be more and moreare replaced by the corresponding color sensor. Such as: surface color identification (product packaging color detection, the product appearance characteristic color detection, dete

4、ction of the liquid solution color change process and control, and so on). This article is to introduce TCS230 color sensor color recognition.First of all, through the understanding of a certain depth of knowledge of light and color as well as in-depth study TCS230 identify the color of principle TC

5、S230 color sensor to measure the color functionality. Next, the measured data is processed and converted to RGB three color light value. Finally, the processed data will pass through the LCD display. This design has the characteristics of small size, low cost, feature.Keywords：SCM Color recognition

6、TCS230 Trichromatic Color sensor 目 錄1 概述11.1 課題研究目的11.2 顏色識別的發(fā)展現(xiàn)狀21.2.1 顏色傳感器國外發(fā)展現(xiàn)狀21.2.2 顏色傳感器國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀31.3 課題設(shè)計任務(wù)42 設(shè)計總體方案42.1 課題設(shè)計背景42.2 設(shè)計方案論證52.2.1 主機選擇52.2.2 顏色模塊方案選擇52.3 設(shè)計方案框圖73 硬件電路設(shè)計83.1 AT89S52簡介83.2顯示電路設(shè)計103.2.1液晶顯示電路介紹103.2.2 TG12864E液晶顯示模塊的基本特性113.2.3 字符顯示123.3顏色識別簡介133.3.1 色彩識別和其常用算法133.

7、3.2 TCS230識別顏色原理143.3.3 TCS230顏色傳感器163.3.4 TCS230顏色傳感器與單片機的連接174 系統(tǒng)調(diào)試194.1 程序流程圖194.2 程序調(diào)試軟件介紹215 總結(jié)226 致謝23參考文獻24附錄1：總設(shè)計電路圖25附錄2：實物照片26 1 概述1.1 課題研究目的目前的顏色傳感器通常是在獨立的光電二極管上覆蓋經(jīng)過修正的紅、綠、藍濾波片，然后對輸出信號進行相應(yīng)的處理，才能將顏色信號識別出來；有的將兩者集合起來，但是輸出模擬信號，需要一個A/D電路進行采集，對該信號進一步處理，才能進行識別，增加了電路的復(fù)雜性，并且存在較大的識別誤差，影響了識別的效果。TAOS

8、（Texas Advanced Optoelectronic Solutions）公司最新推出的顏色傳感器TCS230，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)顏色的識別與檢測，與以前的顏色傳感器相比，還具有許多優(yōu)良的新特性。本設(shè)計以STC89C52單片機為控制核心，利用顏色傳感器TCS230設(shè)計一顏色識別系統(tǒng)，并能夠辨別生活中的各類顏色。顏色識別在現(xiàn)代生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛，無論是遙感技術(shù)，工業(yè)過程控制，材料分揀識別，圖像處理，產(chǎn)品質(zhì)檢，機器人視覺系統(tǒng)，還是某些模糊的探測系統(tǒng)都需要對顏色進行探測，而顏色傳感器的飛速發(fā)展，生產(chǎn)過程中長期由人眼起主導(dǎo)作用的顏色識別工作將越來越多地被顏色傳感器所替代。為這上述應(yīng)用的自動化實現(xiàn)

9、提供了可能。本文以色彩識別系統(tǒng)設(shè)計為目的，采用AT89S51單片機為核心，利用TCS230顏色傳感器和TG12864E建立起來的。文中給出整個系統(tǒng)的設(shè)計思路，包括，根據(jù)對三原色的感應(yīng)原理和TCS230顏色傳感器識別顏色的原理的分析，設(shè)計出一個合適的可行的實驗環(huán)境。其次，利用TCS230顏色傳感器，在合適的環(huán)境下，對被測物體進行檢測，將測得的數(shù)據(jù)送到AT89S52單片機進行處理，得到被測物體所包含的RGB三原色的顏色值，之后利用TG12864E顯示出來。本文研究的色彩識別系統(tǒng)的意義在于降低了色彩識別的難度，而且檢測結(jié)果能準確可信，將有利于自動化行業(yè)以及相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，同時為這個領(lǐng)域以后的研究提出

10、自己的一點見解。另外，文中實現(xiàn)的顏色識別系統(tǒng)可用于機器人比賽的視覺識別系統(tǒng)。 1.2 顏色識別的發(fā)展現(xiàn)狀 顏色傳感器也叫色彩識別傳感器。目前,基于各種原理的顏色識別傳感器有兩種基本類型: 其一是RGB(紅綠藍) 顏色傳感器, 檢測的是三刺激值; 其二是色差傳感器,檢測被測物體與標準顏色的色差。這類裝置許多是漫反射型、光束型和光纖型的, 封裝在各種金屬和聚碳酸酯外殼中。1.2.1 顏色傳感器國外發(fā)展現(xiàn)狀MAZET公司最新推出的顏色傳感器MTCSiCS，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)顏色的識別與檢測，色彩傳感器具有高精度的三色測量(CIE)，是測量光源系統(tǒng)的出色解決方案，其控制系統(tǒng)可以捕捉到目前的顏色狀況，然后根據(jù)

11、圖像信號反饋的信息控制并達到相應(yīng)的Yxy值。相比別的傳感器，在溫度變化的情況下，MAZET的傳感器性能不變，甚至在溫度或者能量很高的情況下、MAZET的傳感器也不會有任何老化。MTCSiCS的輸出信號是數(shù)字量，可以驅(qū)動標準的TTL或CMOS邏輯輸入，因此可直接與微處理器或其他邏輯電路相連接。由于輸出的是數(shù)字量，并且能夠?qū)崿F(xiàn)每個彩色信道10位以上的轉(zhuǎn)換精度、因而不再需要A/D轉(zhuǎn)換電路，使電路變得更簡單。德國ELTROTEC色標傳感器可以檢測出顏色的差異，ELTROTEC色標檢測器具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、抗背景干擾能力強。即使顏色上的細微差異或高光澤目標物也能夠被ELTROTEC檢測到，產(chǎn)品被廣

12、泛的運用于包裝機械和印刷機械，造紙機械等自控系統(tǒng)中。ELTROTEC色標檢測器適用于必須快速和準確檢測色標或其他用顏色對比作記號的場合。在30多種不同的灰度等級中，色標檢測器可檢測所有類型的色標標記，可給不同的用戶界面提供多種對比度檢測技術(shù)，以滿足廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，是業(yè)界最佳的色彩辨識儀器。FT50C-1顏色傳感器：自2001年，通過測試開始投入應(yīng)用至今FT50C-1一直得到廣泛應(yīng)用。該傳感器使用直徑4mm的圓光斑。適合用于分選包裝或檢測不同類型的標簽。FT50C-2顏色傳感器：使用2mm的正方形光斑。適合于檢測非常微小的物體。典型應(yīng)用是：檢測小部件或檢測細致的儀器。FT50C-3顏色傳感器：使

13、用1mm*5mm的長方形光斑。專為檢測長方形物體而設(shè)計。典型應(yīng)用為：檢測導(dǎo)管內(nèi)半導(dǎo)體芯片的缺失和正確順序。CS顏色檢測器利用三色光方法鑒別顏色。CS顏色檢測器可以發(fā)射多種光譜組合，從而代替了傳統(tǒng)的接收端濾式寬帶光譜（易受周圍光線影響）。被檢測物體的反射光線被接收并被數(shù)字化，通過集成的微處理器進行運算和標準化。所有的紅、綠、藍（RGB）波長范圍包括所有必要色度、飽和度和亮度等信息都被包括在最后的信號值中。這些測量與保存的參考值在數(shù)微秒內(nèi)進行比較，根據(jù)結(jié)果，改變開關(guān)輸出的狀態(tài)。顏色檢測器可利用接收光和發(fā)射光的顏色檢測而鑒別物體-例如透明物體或液體。根據(jù)工作需要，可以通過自學(xué)習(xí)模式存儲一個或三個顏色

14、參考值。因為顏色檢測器對周圍光線極度不敏感，所以檢測的可靠性不會被進入傳感器一端的反映或光線影響。1.2.2 顏色傳感器國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀四川火狐公司推出的MCS顏色傳感器是最小的三原色傳感器，由三個Si-PIN光電管以及在片濾波器集成在一起的，每個光電管都各自有三種顏色之一的濾波器。它具備小尺寸設(shè)計，高質(zhì)量濾波器和三種顏色同步記錄的特點。三個不同區(qū)域的顏色識別響應(yīng)，類似于人眼。每個光電管對相應(yīng)光譜濾波器的顏色光最敏感，主要是紅色，綠色，藍色。對高動態(tài)工業(yè)顏色應(yīng)用（允許信號頻率到MHz范圍），新的緊湊型顏色傳感器是首選，適合低價格快速信號處理。這種光電管的環(huán)型排列，適合輔助光纖測量信號的耦合。這些傳

15、感器提供TO5和 SOP8透明塑料或者玻璃封裝。廣州創(chuàng)光電子有限公司的PDIC903B顏色傳感器主要用來檢測環(huán)境亮度水平，并通過提供高度線性的成比例輸出，來調(diào)節(jié)顯示屏幕或鍵盤的背光。可幫助便攜式顯示設(shè)備降低功耗，延長LCD屏幕的使用壽命。這些經(jīng)濟型傳感器可以根據(jù)制造商預(yù)先設(shè)定的模式來控制便攜式LCD顯示器的背光。深圳市易創(chuàng)特自動化設(shè)備有限公司推出的新一代數(shù)字顏色傳感器TCS3414CS，不但可以偵測顏色，同時還可以偵測色溫。其應(yīng)用主要是帶有液晶屏的數(shù)碼產(chǎn)品如液晶電視，可視DVD，車載數(shù)碼產(chǎn)品，另外如筆記本電腦，手機，PMP等移動設(shè)備也都有應(yīng)用。其產(chǎn)品的低檔系列，以其優(yōu)良偵測精度和優(yōu)勢的價格，尤

16、其適合玩具類等產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用。上海精電電子設(shè)備有限公司研發(fā)生產(chǎn)的顏色識別傳感器、色標傳感器系列產(chǎn)品，作為國內(nèi)最專業(yè)的光學(xué)測量及檢測設(shè)備研發(fā)及生產(chǎn)廠家特別在辨色識別，激光測距,光纖的技術(shù)上處于領(lǐng)先地位,運用了當今先進的數(shù)字化背景抑制技術(shù),大大提高了測量精度和抗干擾能力,因為有這樣的特點，使得該公司產(chǎn)品在國內(nèi)市場有相當占有率，依靠合理的價格更適合國內(nèi)市場的服務(wù)理念成為少數(shù)幾家能與國外頂級品牌抗衡的高科技企業(yè)。目前生產(chǎn)的超高功率RGB數(shù)字光纖傳感器在檢測時的方便性為一般傳感器望塵莫及， RGB 顏色傳感器利用數(shù)模轉(zhuǎn)換的高精度放大器，成為業(yè)界最佳的色彩辨識，即使顏色上的細微差異或高光澤目標物也能夠輕易的

17、檢測。1.3 課題設(shè)計任務(wù)通過了解一定深度的光與顏色的知識（主要是三原色的感應(yīng)原理）以及深入學(xué)習(xí)研究TCS230識別顏色的原理，實現(xiàn)TCS230顏色傳感器測量顏色的功能。其次，對所測得的數(shù)據(jù)進行處理，轉(zhuǎn)換成RGB三種顏色光數(shù)值。最后，通過LCD將經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)顯示出來。 本設(shè)計具有體積小、成本低、功能強等特點。2 設(shè)計總體方案2.1 課題設(shè)計背景隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)向高速化、自動化方向的發(fā)展，顏色識別廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)檢測和自動控制領(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。如：各種物體表面顏色識別（產(chǎn)品包裝色標檢測，產(chǎn)品外表特征顏色的檢測，液體

18、溶液顏色變化過程的檢測與控制，等等）。目前的顏色傳感器通常是在獨立的光電二極管上覆蓋經(jīng)過修正的紅、綠、籃濾光片，然后對輸出信號進行相應(yīng)的處理，才能將顏色信號識別出來；有的將兩者集合起來，但是輸出模擬信號，需要一個A/D電路進行采樣，對該信號進一步處理，才能進行識別，增加了電路的復(fù)雜性，并且存在較大的識別誤差，影響了識別的效果。而TCS230顏色傳感器是美國TAOS公司生產(chǎn)的一種可編程彩色光到頻率的轉(zhuǎn)換器，比市面上見到的光轉(zhuǎn)電壓顏色檢測儀器在性能上有更多的優(yōu)勢。TCS230它對光的動態(tài)響應(yīng)范圍大于250,0001，標準輸出頻率范圍為2Hz500kHz，TCS230有兩個可編程的引腳，使用者可以對

19、100%、20%、2%或者是動力關(guān)閉模塊的輸出量程進行選擇使用。TCS230在不需要DCs的情況下，給每個彩色通道至少能提供10字節(jié)的分辨。TCS230可以用于彩色打印機、醫(yī)療診斷、LED檢測、液體顏色識別、電腦彩色監(jiān)控標準、顏色產(chǎn)品加工控制、和油漆、紡織品、化裝品及打印材料的彩色搭配等顏色檢測產(chǎn)品。2.2 設(shè)計方案論證2.2.1 主機選擇方案一：采用AT89C52為核心的單片機，成本較低，處理速度較快，增加多路也易于實現(xiàn)。方案二：采用PC機對該系統(tǒng)進行控制，其優(yōu)點在顯示界面和方法多，編程格式靈活，如采用JAVA、VB或用LabVIEW等，比較美觀。通信接口需采用機內(nèi)的RS-232，實現(xiàn)與下位

20、機的實時數(shù)據(jù)傳輸。相比較而言，方案一比較廉價，設(shè)計簡單，系統(tǒng)也相對穩(wěn)定，調(diào)試方便，所以本設(shè)計的主機控制部分選擇方案一。 2.2.2 顏色模塊方案選擇方案一：三個發(fā)光二極管分別發(fā)射紅藍綠光來檢測顏色。該顏色識別裝置必須向待測物體依次發(fā)射出紅、綠、藍三種探測光，利用硫化鎘（CdS）光敏電阻接收待測物的反射光，根據(jù)其阻值的變化從而獲得顏色的信息。本裝置要求光敏電阻必須安裝在三個發(fā)光二極管的中心位置。這個方案有很大的局限性：（1）光敏電阻容易受到溫度影響可靠性差，測量范圍窄。（2）光敏電阻必須安裝在中心位置，增加了設(shè)備的生產(chǎn)難度。（3）進行環(huán)境校正時，必須單獨提供一個白色的待測物才可以進行校正，在實際

21、中受到環(huán)境的影響。（4）因為發(fā)光二極管和光敏電阻的位置是固定的，測試時必須通過調(diào)整待測物體的位置才能使其反射光被光敏電阻接收到，待測物的位置很難控制，增加了測試的難度。方案二：在裝置上標記顏色來達到辨別顏色的目的。在工具盤放有四個探測筆的槽，槽里事先標記紅、黃、黑、綠四種顏色，四支探測筆也要標記這四種顏色，在放置的時候書寫筆必須要和探測筆槽的顏色一致。每個筆槽的中心位置放置一對紅外發(fā)送/接收二極管，這個二極管就是筆色的感測器。當這四支筆中的一支被拿起時，當二極管接受不到所反射的紅外光時，這種狀態(tài)就會被記錄下來并認為筆槽為空。由于筆槽與二極管相對應(yīng)，因此哪個筆槽空就意味著哪種顏色的探測筆被拿起。

22、這個方案的缺點：（1）被識別的顏色必須與事先放置好的顏色相對應(yīng)，不然的話不能識別。（2）探測筆顏色是靠預(yù)先設(shè)置筆槽顏色，并檢測筆槽是否為空來識別的，待測物必須放置在與其顏色一致的筆槽里，否則顏色識別錯誤。方案三：基于AT89S52單片機的顏色傳感器的顏色識別測量裝置。不同于上述兩種方案，此種顏色識別裝置僅將待測物放置在本裝置上就可以識別出待測物體的顏色。該裝置包括顏色探測器和數(shù)據(jù)處理單元。此種方案的顏色識別裝置包括顏色探測器和數(shù)據(jù)處理單元。顏色探測器：包括發(fā)光源和傳感器。發(fā)光源用于向待測物體發(fā)射單色探測光，傳感器用于接收待測物的反射光，并根據(jù)所述反射光的光參量產(chǎn)生與待測物顏色相應(yīng)的電信號。發(fā)光

23、源可以是發(fā)白色光的發(fā)光二極管。傳感器是CMOS半導(dǎo)體傳感器，通過依次測量待測物反射光正RGB三原色的光強，獲得顏色信息，并將測量植轉(zhuǎn)換成頻率信號。該CMOS半導(dǎo)體傳感器表面是光電感應(yīng)二極管，內(nèi)部集成了紅綠藍（RGB）三種顏色的濾波器、彩色光到頻率的轉(zhuǎn)換器，直接輸出數(shù)字電信號。數(shù)據(jù)處理單元為89C51單片機，用于接收顏色探測輸出的頻率電信號，并根據(jù)該信號產(chǎn)生響應(yīng)的顏色識別結(jié)果；還用于顏色探測器的控制。數(shù)據(jù)處理單元包括：數(shù)據(jù)采集單元，顏色參數(shù)存儲單元，對比運算單元，事件判斷單元。（1）數(shù)據(jù)采集單元作用是定期的對傳感器的數(shù)據(jù)進行采集。（2）顏色參數(shù)存儲單元用于存儲各種色彩的標準顏色參數(shù)。（3）對比運

24、算單元用于將采集的數(shù)據(jù)與存儲單元所存儲的標準顏色參數(shù)進行對比運算，得到顏色識別的結(jié)果。（4）事件判斷單元用于判斷待測物的拿起、放下事件，并判斷是否有待測物放置在托盤里，若無，則為空狀態(tài)。此種方案的優(yōu)點：（1）此方案對發(fā)光源沒有特殊的要求，傳感器只采集待測物的反射光。（2）在顏色識別中，傳感器的作用是采集顏色信號并把顏色信號轉(zhuǎn)換為頻率信號，直接輸出三基色的數(shù)字電信號，不需要AD轉(zhuǎn)換。這樣就使裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)。（3）此裝置將事先存儲的顏色參數(shù)與待測物的顏色數(shù)據(jù)進行比較，來獲得顏色識別的結(jié)果。這種方法不需要復(fù)雜的計算，簡單明確，易于實現(xiàn)。綜上所述，我們采用第三種方案來設(shè)計此顏色識別裝置。2.3

25、 設(shè)計方案框圖色彩識別系統(tǒng)是基于MCS-51系列單片機控制的基礎(chǔ)上，添加了TCS230顏色傳感器采集模塊，TCS230驅(qū)動模塊，四個白色LED補光模塊，TG12864E液晶顯示模塊，在這些模塊的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的色彩識別系統(tǒng)，色彩識別系統(tǒng)的設(shè)計如圖2.1系統(tǒng)框架所示。單片機按鍵12864液晶顯示顏色模塊蜂鳴器報警白光補光模塊圖2.1 主機系統(tǒng)框圖3 硬件電路設(shè)計3.1 AT89S52簡介1.性能分析AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，片內(nèi)程序存儲器達到8k,使用Atmel公司的高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與80C51產(chǎn)品指令和引腳是完全兼容的。在單片機上，擁有靈巧的8 位CPU

26、和系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高超有效、靈活的解決方案。 AT89S52具有以下的標準功能：8位CPU，256字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器，8k字節(jié)片內(nèi)程序存儲器，4組8位I/O口線，6個中斷源，3個16位定時器/計數(shù)器，片內(nèi)帶晶振及時鐘電路，使用+5V電源，布爾處理器，擁有26B特殊功能寄存器?？臻e模式下，CPU停止工作，允許片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。在掉電保護方式 圖 3.1 AT89S52引腳圖下，數(shù)據(jù)存儲器的內(nèi)容被保存，凍結(jié)振蕩器，單片機停止一切工作，直到下硬件復(fù)位或一個中斷到來為止。2.引腳功能簡介 其引腳圖如圖3.1所示。2條

27、電源線：VCC接電源線，GND接地線；32條端口線：P0端口是8位漏極開路的雙向I/O口，當其作為輸出口時，每位能夠驅(qū)動8個TTL邏輯電平，當對P0口寫“1”時，則引腳用作高阻抗輸入；當訪問外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器時，P0端口也可被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用，先傳送片外存儲器的低8位地址，再傳送CPU對片外存儲器的讀/寫數(shù)據(jù)。P1 端口是一個有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口，當 對P1口寫“1”時，內(nèi)部的上拉電阻把端口拉高，這時可作為輸入端口使用。 P2口也可以作為通用I/O口使用，對P2口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻則把端口拉高，這時可以作為輸入端口來使用；當訪問外部ROM或用16位地址讀取外

28、部RAM時，P2口的第二功能和P0口的第二功能相配合使用，P2口輸出片外存儲器的高八位地址。P3口的第一功能和其余三口第一功能相同，對P3口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把其端口拉高，這時可以作為輸入口來使用，作為輸入口使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因?qū)敵鲭娏?。P3端口也作為AT89S52特殊功能來使用，如表3.1所示。表3.1 P3口特殊功能介紹P3口引腳號第二功能P3.0RXD：串行輸入端P3.1TXD：串行輸出端P3.2INT0：外部中斷0P3.3INT1：外部中斷1P3.4T0：定時器0的外部輸入P3.5T1：定時器1的外部輸入P3.6WR：外部數(shù)據(jù)存儲器寫允許P3.7RD：外

29、部數(shù)據(jù)存儲器讀允許ALE：地址鎖存控制信號，是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在flash編程時，此引腳也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可以用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖將會跳過。如果需要的話，通過將地址為8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作將無效。 這時，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOVC指令時有效。否則，ALE將被微弱拉高。EA:訪問外部程序存儲器選擇線。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，EA必須給低電平；為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA需給高電平。RST是復(fù)位線，可使

30、單片機處于復(fù)位工作狀態(tài)。PSEN:外部程序存儲器選通線，當 單片機訪問外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，PSEN在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，PSEN將不被激活。XTAL1和XTAL2:片內(nèi)振蕩電路輸入信號線，通常用來外接石英晶體和微調(diào)電容。圖 3.2 總設(shè)計圖3.2顯示電路設(shè)計3.2.1 液晶顯示電路介紹系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)的顯示采用TG12864E液晶顯示模塊一體化顯示，在一個界面顯示整機的所有數(shù)據(jù)信息，其接線圖如圖3.3所示。圖3.3 數(shù)據(jù)顯示模塊TTG12864E是一種具有4/8位并行、2線或3線串行多種的接口方式，內(nèi)部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；顯

31、示分辨率為128 × 64，內(nèi)有16 * 16的漢字8192個，及16*8點ASCII字符128個。低電壓和低功耗是它的另一個顯著的特點。 3.2.2 TG12864E液晶顯示模塊的基本特性（1）低電源電壓（VDD:+3.0+5.5V）（2）顯示分辨率:128×64點（3）內(nèi)置漢字字庫，提供8192個16×16點陣漢字(簡繁體可選)（4）內(nèi)置 128個16×8點陣字符（5）2MHZ的時鐘頻率（6）顯示方式：STN、半透、正顯（7）驅(qū)動方式：1/32DUTY，1/5BIAS（8）視角方向：6點鐘（9）背光方式：側(cè)部高亮白色LED，功耗僅為普通LED的1/5

32、1/10（10）通訊方式：串行、并口可選（11）工作溫度: 0 +55 ,存儲溫度: -20 +60表3.2 模塊串行接口說明管腳名稱電平管腳功能描述1VSS0V電源地2VDD3.0+V電源正3VO-對比度（亮度）調(diào)整4CSH/L模組片選端，高電平有效5SID串行數(shù)據(jù)輸入端6CLK串行同步時鐘：上升沿時讀取SID數(shù)據(jù)15PSWLL：串口方式17RST-復(fù)位端，低電平有效19AVDD背光源正端（+5V）20KVSS背光源負端表3.3 模塊并行接口說明管腳名稱電平管腳功能描述1VSSOV電源地2VDD3.0+V電源正3VO-對比度調(diào)整4CSH/L模組片選端，高電平有效5SID串行數(shù)據(jù)輸入端6CLK

33、串行同步時鐘，上升沿時讀取SID數(shù)據(jù)7DB0三態(tài)數(shù)據(jù)線8DB19DB210DB311DB412DB513DB614DB715PSWL串口方式17RST-復(fù)位端，低電平有效19AVDD背光源正端（+5V）20KVSS背光源負端續(xù)表3.3 模塊并行接口說明3.2.3 字符顯示TG12864E每屏可顯示4行8列共32個16×16點陣的漢字，每個顯示RAM可顯示1個中文字符或2個16×8點陣全高ASCII碼字符。TG12864E內(nèi)部提供128×2字節(jié)的字符顯示RAM緩沖區(qū)。字符顯示RAM在液晶模塊中的地址80H9FH，字符顯示的RAM的地址與32個字符顯示區(qū)域有著一一對應(yīng)

34、的關(guān)系，其對應(yīng)關(guān)系如表3.4所示。表 3.4 字符顯示RAM地址與字符顯示區(qū)域?qū)?yīng)表80H81H82H83H84H85H86H87H90H91H92H93H94H95H96H97H88H89H8AH8BH8CH8DH8EH8FH98H99H9AH9BH9CH9DH9EH9FH本設(shè)計中TG12864E的控制方式如圖3.3所示。其主要功能是顯示單片機處理好的顏色RGB數(shù)值，以及顯示設(shè)定好的顏色名稱，充當人機交互的一種直觀媒介。3.3顏色識別簡介3.3.1 色彩識別和其常用算法正如我們所知道的那樣，色彩實際上是頻率連續(xù)的電磁波，理論上色彩是無限的，但是人們能分辨的色彩是有限的，而且存在著個體差異。專

35、業(yè)人士在設(shè)計一個色彩識別系統(tǒng)的時候，會很仔細地以5%甚至更小的區(qū)別來仔細調(diào)整色彩之間的比值。當這些類似色并排在一起時，即使是沒有經(jīng)過訓(xùn)練的普通人，除了色盲意外，都能夠看出它們之間的區(qū)別。但是當一個色彩識別系統(tǒng)被確定并且單獨展現(xiàn)時，普通人是無法區(qū)別出這5%什么更大的差異的。因此大多數(shù)人會簡單的將他們所看到的某個色彩歸類到他們能用簡單語言描述的一類顏色，比如紅、黃、白，或在這個基礎(chǔ)上加以設(shè)當?shù)膮^(qū)分，比如橘黃，有點發(fā)白的橘黃等。這種普通人感知的色彩可以被看作圍繞著一個核心色的一個一個的區(qū)間，在這個區(qū)間中的所有顏色在色彩識別的時候，都會被看作是一種色彩。初中同一色彩識別區(qū)間的所有色彩盡管值不一樣，但是

36、對于受眾而言是一樣的。在現(xiàn)今的工業(yè)化社會中，色彩識別被廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè)之中，如：各種物體表面顏色識別（產(chǎn)品包裝色標檢測，產(chǎn)品外表特征顏色的檢測，液體溶液顏色變化過程的檢測與控制，等等）。又如：圖書館使用顏色區(qū)分對文獻進行分類，能夠極大的提高排架管理和統(tǒng)計等工作；在包裝行業(yè)，產(chǎn)品包裝利用不同的顏色或裝磺來表示其不同的性質(zhì)或用途；在品牌的形象設(shè)計和品牌推廣的競爭中，色彩系統(tǒng)是一個比較重要的部分，設(shè)計師都會花費大量的時間細致地調(diào)整不同色彩搭配之間的組合關(guān)系，以達到更好的視覺效果。1.色彩空間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

37、一部分有色光在人眼中的反應(yīng)。任何一種顏色都可以用三種基本顏色按照不同的比例混合得到。這里介紹一種最典型的顏色模型,即RGB模型。如圖3.4所示,在這個顏色模型中, 3個軸分別為R、G、B。原點對應(yīng)的為黑色(0, 0, 0),離原點最遠的頂點對應(yīng)白色(255, 255, 255)。 由黑到白的灰度分布在從原點到最遠頂點間的連線上, 正方體的其他六個角點分別為紅、 黃、綠、青、藍、和品紅。需要注意的一點是,RGB顏色模型所覆蓋的顏色域取決于顯示設(shè)備因光電的顏色特性。每一種顏色都有唯一的RGB值與它對應(yīng)。圖3.4 RGB顏色模型2.白平衡算法顏色實際就是物體對光的反射或投射而表現(xiàn)出來在人眼中的反映,

38、 而 TCS230 就是通過分別檢測一種顏色反映出來的光的紅、綠、藍分量, 通過把光強線性轉(zhuǎn)換為頻率信號, 量化出R、G、B值, 從而計算出顏色。值得注意的是, 不同的光線通過物體反映出來的光強是不同的, 而且非標準白光 (RGB三者不相等)在物體上反映出來的光強分量也是不同的。為解決這個問題,就要進行白平衡, 即首先測量出基準光源的RGB光強值, 再測量出在標準光源下物體所反映出的光強值,兩者之比就是物體的反射(或透射)性質(zhì), 即物體的實際顏色, 如公式(3-1), (3-2), (3-3)。R=P物紅/P源紅 (3-1)G=P物綠/P源綠 (3-2)B=P物藍/P源藍 (3-3)由于在 R

39、GB 坐標下的顏色標準坐標為 0-255 之間,所以把所得結(jié)果乘以 255,即得到標準的 RGB 值。 透明物體直接測量光源的光強-頻率值,不透明物體需要用白紙測量反射光源。3.3.2 TCS230識別顏色原理由上面的介紹可知，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。下面以TCS230在液體顏色識別中的應(yīng)用為例，介紹它的具體使用。首先了解一些光與顏色的知識。（1）三原色的感應(yīng)原理 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

40、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。（2）TCS230識別顏色的原理 由三原色感應(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，阻止其他原色的通過。例如：當選擇紅色濾波器時，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；同時，選擇其他的濾波器

41、，就可以得到藍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。（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。進行白平衡調(diào)整是為后續(xù)的顏色識別作準備。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

42、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、綠色和藍色濾波器，分別測得紅色、綠色和藍色的值，然后就可計算出需要的3個調(diào)整參數(shù)。 當TCS230識別顏色時，就用這3個參數(shù)對所測顏色的R、G和B進行調(diào)整。這里有兩種方法來計算調(diào)整參數(shù)：1、依次選通三顏色的濾波器，然后對TCS230的輸出脈沖依次進行計數(shù)。當計數(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，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)TC

43、S230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，室外同樣的時間進行計數(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。3.3.3 TCS230顏色傳感器TCS230芯片的結(jié)構(gòu)框圖與特點:TCS230是TAOS公司推出的可編程彩色光到頻率的轉(zhuǎn)換器，它把可配置的硅光電二極管與電流頻率轉(zhuǎn)換器集成在一個單一的CMOS電路上，同時在單一芯片上集成了紅綠藍（RGB）三種濾光器，是業(yè)界第一個有數(shù)字兼容接口的RGB彩色傳感器，TCS230的輸出信號是數(shù)字量，可以驅(qū)動標準的TTL或CMOS邏輯輸入，因此可直接與微處理器或其他邏輯電路

44、相連接，由于輸出的是數(shù)字量，并且能夠?qū)崿F(xiàn)每個彩色信道10位以上的轉(zhuǎn)換精度，因而不再需要A/D轉(zhuǎn)換電路，使電路變得更簡單，圖3.5是TCS230的引腳和功能框圖。圖3.5 TCS230的引腳和功能圖圖3.5中，TCS230采用8引腳的SOIC表面貼裝式封裝，在單一芯片上集成有64個光電二極管，這些二極管分為四種類型，其16個光電二極管帶有紅色濾波器；16個光電二極管帶有綠色濾波器；16個光電二極管帶有藍色濾波器，其余16個不帶有任何濾波器，可以透過全部的光信息，這些光電二極管在芯片內(nèi)是交叉排列的，能夠最大限度地減少入射光輻射的不均勻性，從而增加顏色識別的精確度；另一方面，相同顏色的16個光電二極管是并聯(lián)連接的，均勻分布在二極管陣列中，可以消除顏色的位置誤差。工作時，通過兩個可編程的引腳來動態(tài)選擇所需要的濾波器，該傳感器的典型輸出頻率范圍從2Hz500kHz，用戶還可以通過兩個可編程引腳來選擇100、20或2的輸出比例因子，或電源關(guān)斷模式。輸出比例因子使傳感器的輸出能夠適應(yīng)不同的測量范圍，提高了它的適應(yīng)能力。例如，當使