基于RGB230色敏探測(cè)器的顏色識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文說明

1、摘要隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)向高速化、自動(dòng)化方向發(fā)展，需要準(zhǔn)確測(cè)色的領(lǐng)域越來越廣泛，要求也越來越高。很多文獻(xiàn)只能得到被測(cè)物體顏色的RGB值，而如果能有效獲得被測(cè)物體顏色的具體顏色信息，可以直接在LCD上顯示顏色的英文屏幕，相對(duì)而言。更加直觀和適用。針對(duì)這一問題，論文通過對(duì)顏色識(shí)別原理和方法的全面考察，最終確定采用RGB230色敏探測(cè)器與STC89C52單片機(jī)相結(jié)合，設(shè)計(jì)出一種高精度、高穩(wěn)定、抗干擾、價(jià)格低廉的檢測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)。根據(jù)設(shè)計(jì)的程序?qū)π畔⑦M(jìn)行處理和判斷，最后將檢測(cè)到的顏色結(jié)果顯示在液晶屏上。最后，可以準(zhǔn)確識(shí)別出紅、綠、藍(lán)三種顏色。關(guān)鍵詞：RGB230顏色識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)比色法STC89C52基于RGB

2、230色敏的顏色識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)向高速化、自動(dòng)化的方向發(fā)展，需要準(zhǔn)確測(cè)色的領(lǐng)域越來越廣泛，要求也越來越高。很多給定的文獻(xiàn)只能得出被測(cè)物體顏色的RGB值，而如果能得出有效測(cè)量物體顏色信息的具體顏色，直接以英文液晶屏上顯示的顏色，相對(duì)更直觀.為解決這一問題，論文通過綜合考察顏色識(shí)別原理和方法，最終確定采用RGB230色敏檢測(cè)儀結(jié)合STC89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)出高精度、高穩(wěn)定性、抗干擾、價(jià)格低廉的顏色檢測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)。在模擬成功的基礎(chǔ)上，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室條件下，按照測(cè)色系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行搭建和調(diào)試，最終能夠準(zhǔn)確識(shí)別出紅、綠、藍(lán)的顏色。關(guān)鍵詞： RGB230；顏色檢測(cè)系統(tǒng)； HYPERLINK

3、 app:ds:colorimetry 比色法； STC89C52目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc5346 摘要 PAGEREF _Toc5346 II HYPERLINK l _Toc20258 摘要 PAGEREF _Toc20258 三 HYPERLINK l _Toc20234 第1章緒論 PAGEREF _Toc20234 1 HYPERLINK l _Toc4740 1.1 研究目的和意義 PAGEREF _Toc4740 1 HYPERLINK l _Toc20721 1.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc20721 1 HYPERLINK

4、 l _Toc17354 1.3 課題研究?jī)?nèi)容 PAGEREF _Toc17354 1 HYPERLINK l _Toc18125 第二章顏色測(cè)量的主要理論基礎(chǔ) PAGEREF _Toc18125 3 HYPERLINK l _Toc14668 2.1 配色 PAGEREF _Toc14668 3 HYPERLINK l _Toc1196 2.2 比色法 PAGEREF _Toc1196 4 HYPERLINK l _Toc14760 2.3 CIE 標(biāo)準(zhǔn)比色系統(tǒng) PAGEREF _Toc14760 4 HYPERLINK l _Toc5712 第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) PAGEREF _To

5、c5712 7 HYPERLINK l _Toc2734 3.1 白光LED補(bǔ)光燈電路 PAGEREF _Toc2734 7 HYPERLINK l _Toc22271 3.2 RGB230 色敏探測(cè)器 PAGEREF _Toc22271 8 HYPERLINK l _Toc23678 3.3 I/V轉(zhuǎn)換電路 PAGEREF _Toc23678 9 HYPERLINK l _Toc6299 3.4 電壓放大電路 PAGEREF _Toc6299 10 HYPERLINK l _Toc6825 3.5 A/D轉(zhuǎn)換電路 PAGEREF _Toc6825 11 HYPERLINK l _Toc237

6、46 3.6 信息處理 PAGEREF _Toc23746 12 HYPERLINK l _Toc15194 3.7 LCD液晶顯示器 PAGEREF _Toc15194 16 HYPERLINK l _Toc30675 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc30675 18 HYPERLINK l _Toc9430 4.1 程序流程設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc9430 18 HYPERLINK l _Toc29943 4.2 算法設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc29943 18 HYPERLINK l _Toc17353 4.3 顏色檢測(cè)子程序 PAGEREF _Toc17353

7、 19 HYPERLINK l _Toc2982 4.4 配色子程序 PAGEREF _Toc2982 19 HYPERLINK l _Toc321 4.5 LCD子程序 PAGEREF _Toc321 19 HYPERLINK l _Toc14924 第 5 章 實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分析 PAGEREF _Toc14924 20 HYPERLINK l _Toc32072 5.1 系統(tǒng)軟硬件測(cè)試 PAGEREF _Toc32072 20 HYPERLINK l _Toc30442 5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 PAGEREF _Toc30442 21 HYPERLINK l _Toc23415 5.3 影響測(cè)

8、量結(jié)果的因素 PAGEREF _Toc23415 22 HYPERLINK l _Toc11752 第 6 章 結(jié)論 PAGEREF _Toc11752 24 HYPERLINK l _Toc6395 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc6395 25 HYPERLINK l _Toc18560 至 PAGEREF _Toc18560 26第一章簡(jiǎn)介在當(dāng)今社會(huì)生產(chǎn)生活中，顏色檢測(cè)的應(yīng)用越來越廣泛，無論是圖像處理、材料分揀識(shí)別、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)、工業(yè)自動(dòng)化，還是其他檢測(cè)系統(tǒng)都需要檢測(cè)顏色。然而，顏色傳感器的快速發(fā)展使得生產(chǎn)過程中以人眼為主的顏色識(shí)別工作越來越多地被顏色傳感器所取代，這為生產(chǎn)的自動(dòng)化提供

9、了可能。1.1研究目的和意義在色彩科學(xué)發(fā)展的早期，目測(cè)法是主要的測(cè)色方法，但由于光照條件、背景亮度以及與測(cè)色人員的視覺和心理差異等因素，結(jié)果會(huì)有較大誤差。由于這種方法存在很大的不足，限制了人類的發(fā)展，越來越多的人開始意識(shí)到顏色測(cè)量的重要性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們的生產(chǎn)生活發(fā)生了翻天覆地的變化。數(shù)字化、高速化和自動(dòng)化產(chǎn)品非常受歡迎。長(zhǎng)期以來，在生產(chǎn)過程中，人眼對(duì)顏色的識(shí)別起著主導(dǎo)作用。越來越多的被相應(yīng)的顏色傳感器所取代，人們逐漸得到解放。這無疑節(jié)省了大量的物力和人力，方便了人們的生活。由于科學(xué)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)和人們生活的需要，對(duì)色彩探測(cè)器的研究是非常必要和有意義的。他們研發(fā)的產(chǎn)品市場(chǎng)廣闊，將有利

10、于自動(dòng)化行業(yè)及相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。1.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀一些發(fā)達(dá)國(guó)家非常重視顏色檢測(cè)，部分產(chǎn)品已達(dá)到適用水平。在 1960 年代，IDL 公司開發(fā)了一個(gè)原型。 1970年代后期，美國(guó)麥克白公司生產(chǎn)的MS-4045在線分光光度計(jì)趨于適用。 1980年代初，日本芝原電機(jī)研制的在線測(cè)色儀也取得了不錯(cuò)的效果。美國(guó)的Macbeth、SheLyn、Hennegan、BYK-Garder等，德國(guó)的Eltrotec、Zeiss、Optronic等歐美大型色彩控制儀器公司已經(jīng)控制了世界色彩檢測(cè)儀器市場(chǎng)。由于我國(guó)顏色識(shí)別興起較晚，儀器測(cè)色理論與體系的研究領(lǐng)域一直處于相對(duì)落后的狀態(tài)。很多企業(yè)仍然采用原有的視覺方式，嚴(yán)重制

11、約了我國(guó)色彩行業(yè)的發(fā)展。雖然部分企業(yè)采用了國(guó)外先進(jìn)的測(cè)色儀器，但由于價(jià)格、生產(chǎn)工藝不統(tǒng)一等因素，國(guó)外未能完全打開中國(guó)的視野。顏色檢測(cè)系統(tǒng)在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制中具有重要意義。單片機(jī)和微機(jī)的引入，提高了顏色識(shí)別的速度和智能化。中國(guó)與國(guó)外還有很大差距。顏色識(shí)別的準(zhǔn)確性、靈敏度、顏色范圍和快速性已成為顏色識(shí)別的主要問題。有必要對(duì)傳統(tǒng)的顏色識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行深入研究，同時(shí)了解國(guó)外先進(jìn)的顏色識(shí)別儀器可以給我們一定的啟示。1.3 課題研究?jī)?nèi)容本畢業(yè)設(shè)計(jì)是基于RGB230色敏檢測(cè)儀設(shè)計(jì)一種顏色檢測(cè)系統(tǒng)，可以自動(dòng)識(shí)別被檢測(cè)物體的顏色。根據(jù)上述要求，本文闡述了RGB230色敏檢測(cè)器與STC89C52相結(jié)合的檢測(cè)系統(tǒng)。整

12、個(gè)系統(tǒng)主要分為傳感器采集、I/V轉(zhuǎn)換、電壓放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)處理。顯示器和液晶顯示七個(gè)模塊。本文首先詳細(xì)闡述了設(shè)計(jì)方案，然后詳細(xì)解釋了各個(gè)程序的功能特點(diǎn)，然后對(duì)搭建的電路系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試和分析。第二章測(cè)色的主要理論基礎(chǔ)2.1 配色顏色是不同波長(zhǎng)的電磁輻射作用于人類視覺器官所產(chǎn)生的視覺體驗(yàn)。光源、被觀察物體和觀察者是色覺形成的三個(gè)主要組成部分。人眼可以檢測(cè)到波長(zhǎng)在380nm-760nm范圍內(nèi)的光，稱為可見光。物體的顏色是由物體對(duì)可見光的反射和透射特性決定的。由于物體的物理或化學(xué)性質(zhì)，物體會(huì)吸收某些波長(zhǎng)的光，同時(shí)反射其他波長(zhǎng)的光。物體本身顯示的顏色取決于吸收了哪些波長(zhǎng)的光以及反射了哪些波

13、長(zhǎng)的光。當(dāng)反射光被觀察者接收到時(shí)，觀察者的大腦將具有一定成分的光波感知為特定的顏色。不同的光與物體相互作用產(chǎn)生不同的光波成分，從而產(chǎn)生多種顏色。任何物體的顏色都可以通過紅、綠、藍(lán)三基色按一定比例混合得到。顏色可以分為兩類：無彩色和彩色。消色差是指由白色、黑色和各種深淺的灰色組成的系列，成為黑白系列。顏色是指除白色和黑色系列以外的所有顏色。顏色具有三個(gè)屬性：色調(diào)、亮度和飽和度。色相用于表示紅、黃、綠、藍(lán)、紫等顏色相互區(qū)別的特征。亮度代表人眼對(duì)物體明暗的感知。物體的亮度越高，亮度越高；不發(fā)光物體的反射率越高，亮度就越高。飽和度是指顏色的純度，用于評(píng)估顏色成分在整體視覺中的視覺特性。配色實(shí)驗(yàn)是比色學(xué)

14、中最基本的心理物理實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)證明了配色的一個(gè)基本定律，稱為配色恒常定律：相互匹配的兩種顏色，盡管條件不同，始終保持匹配，即無論顏色周圍環(huán)境如何變化，或經(jīng)過人眼已經(jīng)適應(yīng)了其他顏色的光再觀察，視野中的兩種顏色總是匹配的。實(shí)現(xiàn)與被測(cè)顏色顏色匹配所需的三基色數(shù)稱為三刺激值。如果C表示匹配顏色的單位，則R、G、B表示產(chǎn)生混色的紅、綠、藍(lán)三基色的單位。 R、G、B、C分別代表紅色、綠色、藍(lán)色和匹配顏色的數(shù)量。當(dāng)兩半視場(chǎng)相互匹配時(shí)，這個(gè)結(jié)果可以用下式表示：(2.1)式中，符號(hào)“”代表視覺上的平等，即顏色相互匹配； R、G 和 B 是代數(shù)，可以是負(fù)數(shù)。一般來說，三色值可以用來定量描述顏色，但通過配色實(shí)驗(yàn)來獲得

15、各種顏色的三色值是不現(xiàn)實(shí)的。因此，根據(jù)顏色相加原理，混合顏色的三刺激值是各成分顏色的三刺激值之和。將待測(cè)光的光譜分布函數(shù)與波長(zhǎng)加權(quán)的光譜三色值相結(jié)合，得到各波長(zhǎng)的三色值，再在可見光波長(zhǎng)處積分，得到待測(cè)物的三色值。其計(jì)算公式為：(2.2)2.2比色法在色度上，我們不直接用三刺激值R、G、B來表示顏色，而是用三基色中的每一種與R+G+B總量的相對(duì)比值來表示顏色。將式(2.1)兩邊除以R+G+B，考慮C=R+G+B，可寫為單位方程：(2.3)從方程可以看出，一個(gè)顏色單位的色度C只取決于三基色的刺激值在R+G+B總量中的相對(duì)比例。這個(gè)比值稱為色度坐標(biāo)，符號(hào)為r、g、b。表示，r+g+b=1。(2.4)

16、雖然色度坐標(biāo)有r、g、b三個(gè)量，但由于r+g+b=1，本質(zhì)上只有兩個(gè)獨(dú)立的量。以色度坐標(biāo)表示的平面圖稱為色度圖。因此，任何顏色在色度圖上的位置都可以通過簡(jiǎn)單地給出兩個(gè)坐標(biāo)r和g來確定。2.3 CIE 標(biāo)準(zhǔn)比色系統(tǒng)使用三刺激值來定量描述顏色是一種可行的方法。為了統(tǒng)一被測(cè)物體顏色的三刺激值數(shù)據(jù)，將國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）規(guī)定的顏色測(cè)量原理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和計(jì)算方法稱為CEI標(biāo)準(zhǔn)比色系統(tǒng)。其中，CIE1931標(biāo)準(zhǔn)比色系統(tǒng)是1931年在英國(guó)劍橋召開的第八次CIE會(huì)議上建立的，包括CIE1931-RGB和CIE1931-XYZ兩個(gè)系統(tǒng)。系統(tǒng)規(guī)定，任何物體的顏色都可以用紅、綠、藍(lán)三種顏色表示，即物體的顏色三刺激

17、值R、G、B或X、Y、Z。2.3.1 CIE1931-RGB色度系統(tǒng)國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）綜合了賴特（WDWright）和J.公會(huì)（J. Guild）的兩個(gè)配色實(shí)驗(yàn)，規(guī)定兩者使用的紅、綠、藍(lán)三基色的波長(zhǎng)為700nm , 546.1nm, 435.8nm, 并取它們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的平均值來確定與等能光譜顏色相匹配的三刺激值，從而制定出CIE1931-RGB色度系統(tǒng)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)計(jì)算確定，當(dāng)三基色的亮度比為1.0000：4.5907：0.0601時(shí)，可以匹配等能量的白光，故選擇該比值作為紅、綠、綠三基色的單位量。藍(lán)色的。2.3.2 CIE1931-XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)為了解決CIE1931-RGB色度系統(tǒng)計(jì)

18、算顏色三刺激值時(shí)出現(xiàn)負(fù)值的情況，CIE推薦了一種新的國(guó)際通用色度系統(tǒng)，即CIE1931-XYZ標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)。系統(tǒng)用三個(gè)虛基色X、Y、Z代替CIE1931-RGB色度系統(tǒng)的R、G、B，選擇匹配的等能白光確定三 刺激值的單位。在這個(gè)系統(tǒng)中，光譜三刺激值都是正的，所以在選擇三基色時(shí)，三基色形成的顏色三角形必須能夠包含整個(gè)光譜軌跡。 CIE1931-XYZ色度系統(tǒng)中的光譜三色值X、Y、Z和色度坐標(biāo)x、y、z均變?yōu)檎?。通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)和坐標(biāo)變換，兩個(gè)系統(tǒng)中的三刺激值之間的關(guān)系為：(2.5)兩系統(tǒng)色度坐標(biāo)的換算公式為：(2.6)2.3.3 CIE1964標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)為了滿足大視場(chǎng)情況下顏色測(cè)量的需要，CIE

19、在1964年規(guī)定了一套CIE1964補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)觀察者光譜三刺激值和相應(yīng)的色度圖。這套系統(tǒng)稱為CIE1964標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)。該系統(tǒng)擴(kuò)大了視野，可以更全面地表現(xiàn)顏色。研究表明，當(dāng)人眼用于在“小視野”內(nèi)觀察顏色時(shí)，區(qū)分顏色差異的能力較低。隨著視野從 2 增加到 10，顏色匹配的準(zhǔn)確性也提高了。但是，如果進(jìn)一步擴(kuò)大視野，配色精度的提升并不大。2.4 顏色測(cè)量方法目前，根據(jù)獲得三刺激值的方式不同，測(cè)色方法一般有目測(cè)法、分光光度法和光電積分法三種。RGB230色敏探測(cè)器的測(cè)量方法是光電積分法。它模擬人眼三刺激值的特性，利用光電積分效應(yīng)直接測(cè)量顏色的三刺激值。它不測(cè)量某一波長(zhǎng)的顏色刺激值，而是在整個(gè)測(cè)量波長(zhǎng)范圍

20、內(nèi)一次對(duì)被測(cè)顏色的光譜能量進(jìn)行積分，得到樣品顏色的三刺激值X、Y、Z，然后計(jì)算樣品的色度。坐標(biāo)和其他色度參數(shù)。它使用能夠?qū)庾V響應(yīng)進(jìn)行濾光片校正的濾色片，使其符合 CIE 標(biāo)準(zhǔn)觀察者。同時(shí)對(duì)光源進(jìn)行過濾和校正，使其符合標(biāo)準(zhǔn)照明器的相對(duì)光譜功率分布。雖然在測(cè)量原理和具體成分的精度上有不足之處，但由于測(cè)色法是通過測(cè)量構(gòu)成物體顏色的三基色來實(shí)現(xiàn)顏色檢測(cè)的，所以精度極高，可以準(zhǔn)確區(qū)分相似顏色的機(jī)器，即使是相同的顏色深淺不一。此外，它的測(cè)量速度快，實(shí)時(shí)性好，因此被用作為該顏色檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的傳感器。第三章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)由于RGB230色敏檢測(cè)器的輸出是nA量級(jí)的微弱電流信號(hào)，對(duì)于電流信號(hào)，首先要轉(zhuǎn)換成電

21、壓信號(hào)，經(jīng)過放大和模擬后送到處理器做進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理。 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換。單片機(jī)對(duì)這些信息進(jìn)行處理和判斷。當(dāng)處理后的信號(hào)與存儲(chǔ)的參考值一致，并在一定的誤差范圍內(nèi)時(shí)，單片機(jī)在液晶顯示器上顯示顏色信息。為了獲得處理器能識(shí)別的信號(hào)，整個(gè)系統(tǒng)主要分為七個(gè)模塊：白光LED補(bǔ)光燈、傳感器采集信號(hào)、I/V轉(zhuǎn)換、電壓放大、A/D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)處理器和LCD顯示，如圖 3.1 所示。圖 3.1 系統(tǒng)硬件整體框圖3.1 白光LED補(bǔ)光燈電路在本設(shè)計(jì)中，為了消除外部光源不穩(wěn)定性的影響，RGB230色敏探測(cè)器的顏色采集模塊需要在暗室中進(jìn)行，因此需要額外增加一個(gè)穩(wěn)定光源.采用高亮度白光LED作為光源，是一種穩(wěn)定性極高、使用壽

22、命長(zhǎng)、體積小、可長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作的新型固體光源。為了保護(hù)白光LED不被燒壞，需要串聯(lián)一個(gè)電阻來限制電流。該模塊主要使用 4 個(gè)白色 LED 環(huán)繞 RGB230 色敏探測(cè)器。光線照射在被檢測(cè)物體上，然后反射到RGB230色敏探測(cè)器，達(dá)到適當(dāng)光強(qiáng)的目的。其電路原理圖如圖 3.2 所示。圖 3.2 白光 LED 補(bǔ)光燈電路3.2 RGB230色敏探測(cè)器RGB230色敏探測(cè)器采用4pin表面貼裝封裝，其中3個(gè)分別輸出R、G、B光電流，1個(gè)為陰極。它是三個(gè)集成在芯片上的 Si-PIN 光電二極管，并覆蓋有各自經(jīng)過校正的紅色、綠色和藍(lán)色濾光片。通過獲得的紅、綠、藍(lán)三色值檢測(cè)所有顏色。 .它是一個(gè)長(zhǎng) 5.12

23、 毫米、寬 3 毫米的小型三色傳感器，如圖 3.3 所示。(a) 實(shí)物圖 (b) 結(jié)構(gòu)圖圖 3.3 RGB230 色敏檢測(cè)器RGB230色敏探測(cè)器將光轉(zhuǎn)化為R、G、B光電流，三個(gè)Si-PIN光電二極管直接接收光強(qiáng)，直接將光強(qiáng)轉(zhuǎn)化為光電流。探測(cè)器采集彩色信號(hào)時(shí)，紅、綠、藍(lán)區(qū)域的三個(gè)引腳會(huì)輸出電流信號(hào)，電流輸出穩(wěn)定，不會(huì)隨溫度變化而變化。當(dāng)入射光照射到RGB230上時(shí)，通過彩色濾光片形成紅、綠、藍(lán)三種顏色分量，三個(gè)PN結(jié)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的光生載流子，形成光電流。其等效電路如圖 3.4 所示。我們可以通過對(duì)輸出的三路光電流進(jìn)行處理來獲得特定的顏色信息，從而確定不同的顏色。圖 3.4 等效電路RGB230色

24、敏探測(cè)器具有小尺寸設(shè)計(jì)和同時(shí)記錄三種顏色的特點(diǎn)，顏色傳感器對(duì)相似顏色和色調(diào)的監(jiān)測(cè)可靠性高。三個(gè)不同區(qū)域的顏色識(shí)別反應(yīng)，類似于人眼。每個(gè)光電池對(duì)相應(yīng)光譜濾光片顏色的光最敏感，主要是紅、綠、藍(lán)。傳感器的測(cè)量方式是通過分析紅、綠、藍(lán)光的比例來確定被測(cè)物體的顏色。因?yàn)闊o論探測(cè)距離如何變化，都只能引起光強(qiáng)的變化，而三色光的比例不會(huì)改變，所以在目標(biāo)有機(jī)械振動(dòng)時(shí)也能被探測(cè)到。3.3 I/V轉(zhuǎn)換電路根據(jù)被檢測(cè)物體的顏色和照明光的強(qiáng)度，RGB230色敏探測(cè)器的輸出信號(hào)一般在幾十到幾百納安量級(jí)，如此小的微電流給測(cè)量帶來不便。首先，需要將如此微弱的電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，方便后續(xù)的A/D轉(zhuǎn)換和單片機(jī)處理。更可靠的I/V

25、轉(zhuǎn)換方法是通過電阻采樣將微弱的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為mV級(jí)的電壓信號(hào)。它具有線性度好、外加工作電壓低、暗電流低等優(yōu)點(diǎn)。其基本原理圖如圖 3.5 所示。圖 3.5 I/V 轉(zhuǎn)換電路從上圖所示的電路圖中得到的輸出電壓為(3.1)式中， 是輸入電流， 是采樣電阻， 是與測(cè)量電流成正比的輸出電壓。如果運(yùn)放的增益很高，而運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓很小，當(dāng)運(yùn)放的輸入阻抗很大時(shí)，比采樣電阻大2-3個(gè)數(shù)量級(jí)，所以I/V 轉(zhuǎn)換的輸出為：(3.2)因此，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，尋找低輸入偏置電流和低失調(diào)電壓的運(yùn)算放大器是重中之重。本設(shè)計(jì)通過查閱相關(guān)運(yùn)算放大器數(shù)據(jù)和比較，選擇了高精度、低噪聲的高精度運(yùn)算放大器OP177。它是可用的最高精度運(yùn)

26、算放大器之一，在室溫下最大失調(diào)電壓僅為 25 V。在較低的輸入偏置電流下提供較低的失調(diào)電壓和漂移，并具有較高的帶寬和壓擺率。 OP177 的超低 VOS 與出色的 0.1 V/C 最大失調(diào)電壓漂移相結(jié)合，無需外部 VOS 調(diào)節(jié)，從而提高了整個(gè)溫度范圍內(nèi)的系統(tǒng)精度。由于微弱電流很容易受到外界干擾，所以需要在采樣電阻上并聯(lián)一個(gè)電容作為前置低通濾波器，濾除高頻噪聲，可以使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，消除運(yùn)放負(fù)端輸入接地的影響。3.4 電壓放大電路不同顏色產(chǎn)生的微弱電流信號(hào)傳輸?shù)较鄳?yīng)的線路通道，需要將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成0-5V的電壓信號(hào)，以滿足A/D轉(zhuǎn)換的輸入要求。 I/V轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)大致可以達(dá)到幾十到幾百mV。這

27、個(gè)幅值的電壓太小，無法輸入到數(shù)字系統(tǒng)中，所以需要進(jìn)一步放大電壓信號(hào)。由于I/V轉(zhuǎn)換后的電壓輸出為負(fù)，本設(shè)計(jì)采用反相電壓放大電路，放大倍數(shù)為10，可以滿足要求。其基本原理圖如圖 3.6 所示。圖 3.6 電壓放大電路考慮到RGB230色彩檢測(cè)器產(chǎn)生的信號(hào)非常微弱，容易受噪聲影響，本設(shè)計(jì)選用OP07芯片。它是一種低噪聲、非斬波零穩(wěn)雙極運(yùn)算放大器集成電路。由于 OP07 的輸入失調(diào)電壓非常低（OP07A 最大為 25V），因此 OP07 在許多應(yīng)用中不需要額外的調(diào)零。 OP07 具有低輸入偏置電流（OP07A 為 2nA）和高開環(huán)增益（OP07A 為 300V/mV）。這種低失調(diào)和高開環(huán)增益使得OP

28、07特別適用于高增益測(cè)量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號(hào)等。3.5 A/D轉(zhuǎn)換電路放大濾波后的電壓信號(hào)是模擬信號(hào)。要將此信號(hào)致到處理器進(jìn)行進(jìn)一步處理，需要將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。因此，A/D 轉(zhuǎn)換是本系統(tǒng)的核心電路之一。由于單片機(jī)系統(tǒng)需要對(duì)三路信號(hào)進(jìn)行同步處理，在保證可靠性和準(zhǔn)確性的前提下，為降低系統(tǒng)成本，滿足輸入數(shù)字信號(hào)倍數(shù)的要求，A /D 轉(zhuǎn)換器選擇具有 8 位串行輸出的 ADC0809。芯片。其引腳結(jié)構(gòu)如圖 3.7 所示。圖 3.7 ADC0809 芯片管腳ADC0809 是一個(gè) CMOS 組件，帶有一個(gè) 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、8 路多路復(fù)用器和微處理器兼容的控制邏輯。它是一個(gè)逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)

29、換器，可以直接與微控制器接口。 ADC0809要求輸入模擬量：信號(hào)為單極性，電壓范圍為0-5V。如果信號(hào)太小，必須放大；轉(zhuǎn)換過程中輸入模擬量應(yīng)保持不變。在輸入之前添加一個(gè)采樣保持電路。IN0-IN7 為 8 個(gè)模擬輸入通道。 A、B 和 C 是地址輸入線，用于選通 IN0-IN7 上的一個(gè)模擬輸入。 ALE 是地址鎖存使能輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存器和譯碼器將鎖存A、B、C三條地址線的地址信號(hào)。譯碼后，將所選通道的模擬量轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換器。 ST 是轉(zhuǎn)換開始信號(hào)。 ST跳到邊沿時(shí)，所有寄存器清零；當(dāng)下一個(gè)邊沿開啟時(shí)，A/D 轉(zhuǎn)換開始；在轉(zhuǎn)換期間，ST 應(yīng)保持低電平。 EOC

30、是轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。 EOC為高時(shí)，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表示正在進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換。 OE為輸出使能信號(hào)，用于控制三個(gè)輸出鎖存器將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸出到單片機(jī)。 OE=1，輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)； OE=0，輸出數(shù)據(jù)線處于高阻狀態(tài)。 D7-D0 是數(shù)字輸出線。 CLK是時(shí)鐘輸入信號(hào)線。因?yàn)锳DC0809部分沒有時(shí)鐘電路，所以需要的時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，頻率一般為500KHz。 VREF(+)、VREF(-) 測(cè)試電壓輸入。ADC0809的數(shù)據(jù)輸入輸出公式為：(3.3)其中是模擬電壓輸入，是輸出的 8 位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換后的十進(jìn)制數(shù)。ADC0809采用串行數(shù)據(jù)接口與單片機(jī)通信，模擬ADC0809與單片機(jī)的通信時(shí)序

31、，脈沖信號(hào)由單片機(jī)提供。放大濾波后的R、G、B電壓信號(hào)經(jīng)ADC0809轉(zhuǎn)換為模數(shù)，得到8位二進(jìn)制信號(hào)，分別輸入P0-P2端口。電路圖如圖 3.8 所示。圖 3.8 A/D 轉(zhuǎn)換電路3.6 信息處理在色彩檢測(cè)系統(tǒng)中，單片機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心。它不僅控制整個(gè)系統(tǒng)的工作順序，而且對(duì)采集并傳輸給它的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，并顯示檢測(cè)結(jié)果。根據(jù)綜合經(jīng)濟(jì)性和系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，選用STC89C52單片機(jī)。大多數(shù)STC89C52微控制器采用雙列直插式DIP封裝，共有40個(gè)引腳。 40 個(gè)引腳大致可分為 4 類：電源、時(shí)鐘、控制和 I/O 引腳。 89C51單片機(jī)的主要引腳功能介紹如下，引腳圖如圖3.9所示：圖

32、 3.9 STC89C52 MCU 引腳圖(1) 電源Vcc芯片供電，接+5V； Vss接地端。(2) 時(shí)鐘XTAL1、XTAL2晶振電路反相輸入輸出。使用振蕩電路時(shí)，請(qǐng)連接外部石英晶體。(3) 控制線RST：復(fù)位輸入信號(hào)，高電平有效。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，超過兩個(gè)機(jī)器周期的高電平被施加到 RST 以復(fù)位微控制器。：片外程序存儲(chǔ)器訪問使能信號(hào)，低電平有效。 =1，選擇slice的程序存儲(chǔ)器； =0，程序存儲(chǔ)器都在芯片之外，不管片上是否有程序存儲(chǔ)器。ALE/PROG：地址鎖存使能信號(hào)輸出。 ALE 以 1/6 振蕩頻率的固定速率輸出，可用作外部輸出的時(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖。：片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)，低電

33、平有效。(4) 個(gè) I/O 引腳STC89C52共有4個(gè)8位并行I/O口，共32個(gè)引腳。其中，P3.0和P3.1分別為串口輸入口和串口輸出口。下面對(duì)單片機(jī)的串口進(jìn)行介紹。單片機(jī)的串口是可編程的全雙工通信接口，具有UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）的所有功能，可以同時(shí)致和接收數(shù)據(jù)，也可以作為同步移位寄存器使用.它主要由兩個(gè)獨(dú)立的串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF（一個(gè)致緩沖寄存器，一個(gè)接收緩沖寄存器）和致控制器、接收控制器、輸入移位寄存器和幾個(gè)控制電路組成。單片機(jī)可以通過特殊功能寄存器SBUF訪問串行接收或串行致寄存器，兩個(gè)寄存器共用一個(gè)地址9

34、9H。串口方式一共有4種，具體如下。(1)模式0。在模式0中，串口為同步移位寄存器的輸入/輸出模式，主要用于擴(kuò)展并行輸入或輸出口。數(shù)據(jù)有RXD（P3.0）引腳輸入或輸出，同步移位脈沖有TXD（P3.1）引腳輸入。致和接收都是 8 位數(shù)據(jù)，低位在前，高位在后，波特率。(2) 方法一、方式一為異步通信端口，數(shù)據(jù)為10位，包括1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)停止位。 TXD（P3.1）為數(shù)據(jù)致引腳，RXD（P3.0）為數(shù)據(jù)接收引腳。傳輸波特率是可變的。對(duì)于微控制器，波特率由定時(shí)器 1 的溢出率決定。(3)方式二、方式三。方式二、方式三為異步通信端口，數(shù)據(jù)為11位。 TXD（P3.1）為數(shù)據(jù)致引腳，RXD

35、（P3.0）為數(shù)據(jù)接收引腳。這兩種模式下，起始位為1位，數(shù)據(jù)位為9位，停止位為1位，一幀數(shù)據(jù)為11位。模式2的波特率固定為晶振頻率的1/64或1/32，模式3的波特率由定時(shí)器T1的溢出率決定。模式 2 和模式 3 的區(qū)別僅在于波特率的選擇。在這兩種模式下，接收到的停止位與 SBUF、RB8 和 RI 無關(guān)。3.6.1 MCU資源分配單片機(jī)的端口資源主要分配給色敏探測(cè)器和LCD液晶顯示器。由于色敏探測(cè)器的輸出信號(hào)是經(jīng)過處理后的八位串行信號(hào)，所以需要接3個(gè)I/O口，而LCD液晶顯示器也需要接2個(gè)I/O口. STC89C52單片機(jī)只有4個(gè)I/O接口，所以需要兩臺(tái)單片機(jī)進(jìn)行雙機(jī)通訊。主機(jī)的P0-P2口

36、分別接R、G、B信號(hào)，從機(jī)的P0、P2口接LCD1602。電路原理圖如圖 3.10 所示。圖 3.10 單片機(jī)連接示意圖3.6.2 復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。復(fù)位后，單片機(jī)從頭開始執(zhí)行程序。正常狀態(tài)時(shí)為低電平，復(fù)位時(shí)為高電平。這里采用手動(dòng)按鍵復(fù)位，復(fù)位端RST端與正電源之間連接一個(gè)按鍵。按下按鈕時(shí)，高電平直接加到RST端。當(dāng)程序運(yùn)行不正確或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，需要按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。其電路原理圖如圖 3.11 所示。圖 3.11 復(fù)位電路示意圖3.6.3 時(shí)鐘電路單片機(jī)具有時(shí)鐘電路。因此，只需要通過芯片外部的XTAL1和XTAL2引腳連接時(shí)序控制元件（晶振和電容），就可以形成一

37、個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。增益檢查放大器，在芯片外部，晶振和微調(diào)電容連接在 XTAL1 和 XTAL2 之間。本設(shè)計(jì)使用的晶振頻率為12MHz，ALE管腳輸出的信號(hào)為時(shí)鐘信號(hào)的6分頻，即2MHz。其電路原理圖如圖 3.12 所示。圖 3.12 時(shí)鐘電路原理圖3.6.4 分頻電路由于ADC0809部分沒有時(shí)鐘電路，需要的時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，頻率一般為500KHZ。 ALE端的輸出頻率為2MHz，不符合要求。因此，需要設(shè)計(jì)一個(gè)四分之一頻率的電路。本設(shè)計(jì)采用74LS74芯片，是一個(gè)雙D觸發(fā)器，可用作寄存器、移位寄存器、振蕩器、單穩(wěn)態(tài)、分頻計(jì)數(shù)器。其電路原理圖如圖 3.13 所示。圖 3.13 四分頻電

38、路示意圖3.6.5 雙機(jī)通訊由于單片機(jī)的資源不能滿足要求，所以本設(shè)計(jì)采用兩機(jī)通訊。主機(jī)處理輸入的三路信號(hào)并將結(jié)果傳送給從機(jī)，從機(jī)顯示顏色檢測(cè)結(jié)果。在本設(shè)計(jì)中，主機(jī)的TXD端直接連接從機(jī)的RXD端，主機(jī)的RXD端連接從機(jī)的TXD端。兩個(gè) MCU 系統(tǒng)必須共用一個(gè)地線，即將它們的系統(tǒng)電源地線連接在一起，這樣兩者才能被系統(tǒng)統(tǒng)一識(shí)別。還有一點(diǎn)需要注意的是，兩個(gè)MCU應(yīng)該使用相同的串口方式進(jìn)行通信。必須保證兩個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的通信波特率完全一致，否則將無法接收到正確的數(shù)據(jù)。通常，單片機(jī)與單片機(jī)之間的串行通信使用串口模式1。這里，兩個(gè)單片機(jī)都使用串口模式1，串口波特率為9600bps。3.7 LCD液晶顯示器

39、LCD1602是一個(gè)216字符的液晶顯示模塊，可以顯示兩行，每行16個(gè)字符，不能顯示漢字。 5V電壓驅(qū)動(dòng)，帶背光，只有并行接口，沒有串行接口。其引腳圖如圖 3.14 所示。圖 3.14 LCD1602 顯示管腳示意圖引腳 1：用于電源地。引腳 2：+5V 電源。 3腳：液晶顯示器的對(duì)比度調(diào)節(jié)端。接地時(shí)對(duì)比度最高，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱。使用 10K 電位器調(diào)整對(duì)比度。 4腳：RS為 HYPERLINK :/baike.baidu /view/6159.htm t _blank 寄存器選擇， HYPERLINK :/baike.baidu /view/1547752.htm t _blank 高電

40、平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)選擇 HYPERLINK :/baike.baidu /view/178142.htm t _blank 指令寄存器，接主單片機(jī)的P2.0口。第5腳：RW為讀寫選擇端，讀操作為高電平，寫操作為低電平。由于我們只向顯示器寫入數(shù)據(jù)，所以它是接地的。引腳 6：E 為使能端。 E為高電平時(shí)，讀取液晶模塊的信息。當(dāng)E為高電平跳到低電平時(shí)，液晶模塊進(jìn)行寫操作。引腳 7-14：D0-D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線，連接到從機(jī)的 P0 端。引腳 15：BLA 為背光正極。引腳 16：BLK 是背光燈的負(fù)極。由于單片機(jī)的P0口沒有上拉電阻，所以必須外接一個(gè)電阻。其電路原理圖如圖 3.15

41、 所示。圖3.15 LCD液晶顯示器示意圖第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)RGB230色敏檢測(cè)儀檢測(cè)R、G、B三基色信號(hào)，同時(shí)檢測(cè)光強(qiáng)信號(hào)。在顏色檢測(cè)中，可以根據(jù)三基色與光強(qiáng)的比值來準(zhǔn)確判斷顏色。這樣，考慮到光強(qiáng)的因素，就可以消除被測(cè)物與傳感器的距離變化以及外界光強(qiáng)的微小變化帶來的測(cè)量誤差，提高檢測(cè)精度。為提高軟件功能，增強(qiáng)可移植性，減少程序數(shù)量，在軟件設(shè)計(jì)中，采用多子程序的方法，將功能相同、用途多的程序設(shè)計(jì)成可任意調(diào)用的子程序.4.1 程序流程設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)軟件需要完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)比較和顏色結(jié)果顯示。其程序流程圖如圖 4.1 所示。圖 4.1 程序流程圖顏色檢測(cè)系統(tǒng)軟件主程序主要包括顏色檢測(cè)子程序、配色

42、字程序和LCD液晶顯示子程序。其中，顏色檢測(cè)子程序用于獲取被測(cè)顏色的R、G、B三基色分量，顏色匹配子程序用于將測(cè)得的三基色值與色庫(kù)中的已知顏色值進(jìn)行匹配. LCD液晶顯示子程序 該程序用于顯示顏色檢測(cè)結(jié)果。4.2 算法設(shè)計(jì)由于這種設(shè)計(jì)只檢測(cè)少量顏色，因此使用查找表方法來檢測(cè)顏色。在本設(shè)計(jì)中，在主單片機(jī)和從單片機(jī)中分別建立了一個(gè)二維陣列顏色數(shù)據(jù)庫(kù)。主單片機(jī)預(yù)先存儲(chǔ)紅、綠、藍(lán)的R、G、B參考值，從單片機(jī)存儲(chǔ)紅、綠、藍(lán)。顏色的英文字符串，兩個(gè)單片機(jī)每一行對(duì)應(yīng)的顏色是一樣的。微控制器從顏色敏感檢測(cè)器讀取 RGB 數(shù)據(jù)，并將其與預(yù)存的顏色數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比較，以獲得最接近的顏色。其表達(dá)式如下：(4.1)其中，

43、Ured=;Ugreen=;Ublue=;red=;green=;blue=;,為未知顏色傳感器值；,為參考顏色傳感器值。RGB數(shù)據(jù)與三路電壓有如下關(guān)系：(4.2)單片機(jī)顏色庫(kù)中存儲(chǔ)的所有顏色數(shù)據(jù)為3字節(jié)，R、G、B的參考值均為1字節(jié)。在單片機(jī)的每個(gè)比對(duì)周期中，將RGB230色敏探測(cè)器采集的數(shù)據(jù)與色庫(kù)中的每種顏色代入式(4.1)進(jìn)行匹配運(yùn)算，確定距離最近的顏色為此時(shí)色敏檢測(cè)器檢測(cè)到的顏色。 .4.3 顏色檢測(cè)子程序顏色檢測(cè)子程序用于獲取被測(cè)顏色的三基色值。首先，按照ADC0809芯片規(guī)定的時(shí)序進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。得到三路模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果后，依次得到被測(cè)顏色的三基色的紅、藍(lán)、綠顏色值，分別為x、y、z。單

44、片機(jī)直接獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，通過計(jì)算得到測(cè)量結(jié)果輸出。4.4 配色子程序?qū)㈩伾珯z測(cè)子程序中得到的被測(cè)顏色的三基色值與色庫(kù)中的顏色值進(jìn)行匹配。具體方法如下：從色庫(kù)中每種顏色的三基色比例中減去測(cè)得的三基色比例。結(jié)果取絕對(duì)值，將差值絕對(duì)值最小對(duì)應(yīng)的色庫(kù)中的顏色確定為被測(cè)顏色，即匹配成功。主控MCU通過致子程序void send(intk_num)，通過特殊功能移位寄存器SBUF將匹配成功顏色的行號(hào)傳送給從屬M(fèi)CU。4.5 LCD子程序液晶顯示子程序?qū)崿F(xiàn)的功能是將色庫(kù)匹配成功的顏色顯示在LCD1608液晶顯示屏上。首先通過初始化函數(shù)void init()初始化液晶顯示屏，通過寫命令函數(shù)void write_

45、(uchar)和寫數(shù)據(jù)函數(shù)void write_data(uchar Data)接收主單片機(jī)的數(shù)據(jù)并顯示相應(yīng)的顏色) 在 LCD1608 液晶顯示器上顯示結(jié)果。如果檢測(cè)到的物體顏色為綠色，液晶顯示屏將顯示“綠色”。第五章實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分析在前面的章節(jié)中，對(duì)硬件設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)和討論。本章將調(diào)試硬件和軟件，分析測(cè)量結(jié)果，并提出優(yōu)化方案。5.1 系統(tǒng)軟硬件測(cè)試將設(shè)計(jì)好的電路放在面包板上，實(shí)際效果如圖5.1所示。傳感器、白光LED補(bǔ)光燈、I/V轉(zhuǎn)換、電壓放大、A/D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)處理、LCD顯示七大模塊級(jí)聯(lián)調(diào)試，確保各模塊正常工作。圖 5.1 實(shí)物效果圖為保證整個(gè)系統(tǒng)能夠正常工作，首先要在標(biāo)

46、準(zhǔn)色卡上進(jìn)行顏色采集，并將對(duì)應(yīng)顏色的R、G、B值存入單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)色庫(kù)中。微型計(jì)算機(jī)。這就需要準(zhǔn)備三組8路LED燈并聯(lián)，每個(gè)LED燈串接一個(gè)電阻和一個(gè)公共地，三路數(shù)字信號(hào)分別連接到三組LED燈。由于顏色傳感器需要避免外界光線的干擾，因此需要將整個(gè)系統(tǒng)放置在暗室中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將標(biāo)準(zhǔn)的紅、綠、藍(lán)紙板放在RGB230色敏探測(cè)器上方，通電，觀察并記錄LED燈。對(duì)于明暗條件，將其存儲(chǔ)在顏色庫(kù)中。顏色存儲(chǔ)的顏色數(shù)據(jù)如表 5.1 所示。表5.1是色庫(kù)中每種顏色的RGB值顏色RG乙紅色的0 xBB0 x370 x1E綠色0 x190 x330 x17藍(lán)色的0 x2B0 x530 x6E這種設(shè)計(jì)的顏色測(cè)量過程非常簡(jiǎn)

47、單。具體操作如下：首先，將整個(gè)電路放在暗室中，打開電源，將彩色紙板放在RGB230色敏探測(cè)器上方，觀察LCD1602的顯示。5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析根據(jù)測(cè)試要求，分別識(shí)別出紅、綠、藍(lán)紙板的顏色。經(jīng)過多次測(cè)試，該系統(tǒng)可以準(zhǔn)確識(shí)別三種紙板的顏色，實(shí)現(xiàn)了快速有效識(shí)別不同顏色的功能。此外，如果檢測(cè)到偏向某種顏色的紙板，LCD液晶顯示器也會(huì)顯示對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)顏色的英文。圖 5.2、圖 5.3 和圖 5.4 分別顯示了紅色、綠色和藍(lán)色卡紙的檢測(cè)結(jié)果。圖 5.2 紅色卡紙檢測(cè)結(jié)果圖 5.3 綠色卡紙檢測(cè)結(jié)果圖 5.3 藍(lán)卡紙檢測(cè)結(jié)果5.3 影響測(cè)量結(jié)果的因素要確定物體的顏色，必須知道三基色的刺激值。影響顏色檢測(cè)精度的

48、參數(shù)主要包括照明光、物體反射、光源方向、觀察方向和傳感器特性等。任何一個(gè)參數(shù)的變化都會(huì)導(dǎo)致顏色檢測(cè)結(jié)果的變化。(1) 光源的影響照射光包括太陽光和外部雜散光。太陽照射角度、云層厚度等天氣條件會(huì)導(dǎo)致照射光線發(fā)生變化，從而導(dǎo)致被測(cè)物體顏色發(fā)生變化。為了彌補(bǔ)因光源變化引起的測(cè)量誤差，Judd 等人。 1964 年提出了照明光校正模型，但盡管如此，照明光引起的物體顏色檢測(cè)誤差也不容忽視。(2) 光源方位和觀察方位的影響光源的方向，即被測(cè)物體指向光源的法線方向，決定了有多少太陽光或外部雜散光作為入射光。觀察方向是指被測(cè)物體指向傳感器的法線方向，它決定了反射到傳感器的光強(qiáng)。(3) 被測(cè)物表面反射條件的影響

49、傳感器探頭與被測(cè)物體的距離影響輸出信號(hào)，可能會(huì)造成不同顏色信號(hào)的交叉，導(dǎo)致測(cè)量誤差。因此，存在對(duì)輸出特性影響最小的最佳距離，以確保顏色和輸出信號(hào)是一對(duì)一的。一致。被測(cè)物體表面明顯的凹凸區(qū)域也會(huì)給輸出信號(hào)帶來較大的誤差。為此，Phong、Shafer 和 Nayar 等人。相繼提出了一種反射模型來補(bǔ)償測(cè)量誤差。第六章結(jié)論本系統(tǒng)采用RGB230色敏檢測(cè)儀和STC89C52單片機(jī)相結(jié)合的顏色檢測(cè)系統(tǒng)，可以方便快捷地獲取被測(cè)顏色的顏色信息，并將顏色顯示在液晶屏上。本文通過建立顏色識(shí)別系統(tǒng)的模型，推導(dǎo)出顏色識(shí)別算法。同時(shí)給出了相應(yīng)的硬件設(shè)計(jì)電路和軟件流程圖，可以有效提高系統(tǒng)的顏色識(shí)別能力。通過多次實(shí)驗(yàn)測(cè)

50、試，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了快速準(zhǔn)確識(shí)別不同顏色的功能。很多文獻(xiàn)只能得到被測(cè)物體顏色的RGB值，但是本文可以得到被測(cè)物體顏色的具體顏色信息，并在液晶屏上直接顯示顏色的英文，這相對(duì)更直觀。適用。但在系統(tǒng)研究和設(shè)計(jì)過程中也存在很多不足：顏色識(shí)別的核心難點(diǎn)是測(cè)色算法設(shè)計(jì)，很大程度上決定了顏色檢測(cè)系統(tǒng)的識(shí)別精度。測(cè)量的顏色沒有太多的顏色差異。在今后的工作中，需要對(duì)色彩空間進(jìn)行劃分，規(guī)劃不同的色彩區(qū)間，從而實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的色彩識(shí)別。本文采用STC89C52單片機(jī)。由于管腳的限制，需要兩臺(tái)單片機(jī)才能完成工作，使得電路設(shè)計(jì)復(fù)雜。因此，STM32微處理器可以用來控制和簡(jiǎn)化系統(tǒng)。該系統(tǒng)只能在暗室工作，因此程序需要進(jìn)一步優(yōu)化和完善

51、，以應(yīng)對(duì)更多的識(shí)別場(chǎng)合和情況，增強(qiáng)通用性。參考1 徐宏.主觀評(píng)價(jià)法在色彩研究中的應(yīng)用J.光學(xué)技術(shù)。 1995 年， 1 ： 31-32。2 牟晶晶.工業(yè)在線測(cè)色方法及系統(tǒng)研究D .：大學(xué)， 2006。3 杜春玲，隋，雷測(cè)色儀及其發(fā)展J.現(xiàn)代儀器。 2005 年， 31（3） ： 56-57。4 季鋒，冰若，王松基于單片機(jī)的顏色識(shí)別系統(tǒng)J.測(cè)控技術(shù)。 2004 年， 23(4) ： 26-28。5 陶，耿麗華，子等?；贔PGA和色敏傳感器的顏色識(shí)別系統(tǒng)J.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用。 2009(8) ： 42-45。6 胡偉杰，唐順清，朱正芳?，F(xiàn)代色彩技術(shù)原理與應(yīng)用M. ：科技大學(xué)， 2007。

52、7Hugh S.Fairman. CIELAB 逆轉(zhuǎn)校準(zhǔn)與驗(yàn)證J.顏色解析應(yīng)用, 2005 , 3 : 66-688 何勇，王勝澤，光電傳感器及其應(yīng)用M. :化學(xué)工業(yè)。 2004.49Manuel Melgosa ，測(cè)試基于 CIELAB 的色差公式J.顏色分辨率應(yīng)用， 2000，25，49-55 。 _10MAZeT sensor GmbH ，快速顏色識(shí)別與兼容的 3 元素顏色， 2003 年。11 曾輝顏色傳感器技術(shù)研究進(jìn)展J.傳感器技術(shù)雜志。 2003 年， 22(4) ： 1-4。12宏光，吳寶玉，石煥芳，等.幾種測(cè)色方法的比較J.應(yīng)用光學(xué)， 2005 年， 26(3) ： 60-63

53、。13 Buluswar SD , Draper B A. 用于自動(dòng)駕駛汽車的彩色機(jī)器視覺J.人工智能的工程應(yīng)用， 1998，11 ： 245-256 。14 智波，王艷，尹天明基于TCS230的顏色識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.機(jī)械和電子。 2010 年， 7 ： 54-57。15 李干，雷勝杰，方美華，等.輻射監(jiān)測(cè)中弱電流測(cè)量的IV轉(zhuǎn)換技術(shù)J.儀器儀表和分析監(jiān)測(cè)。 2010（3） ： 28-31。16 G. de Graaf * , RFWolffenbuttel. CMOS 中的智能光學(xué)傳感器系統(tǒng)，用于測(cè)量光強(qiáng)度和顏色。傳感器與執(zhí)行器J , 1998 , 6 : 115-l19.17 吳友玉，吳世赫，

54、凌玲。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M .：清華大學(xué)， 2009。18郭天祥.51單片機(jī)C語言教程M.電子工業(yè)， 2007。19 高峰.單片機(jī)原理與接口技術(shù)M. ：科學(xué)， 2007。20 龐小兵.在線顏色識(shí)別傳感技術(shù)研究D. :科技大學(xué), 2008.21 陸傳英，于浩成，景輝，等.基于TCS230傳感器的顏色檢測(cè)系統(tǒng)J.大學(xué)學(xué)報(bào)，2008（6 ） ： 621-626。22 高富強(qiáng)，凌， .基于RGB的顏色識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.傳感器和微系統(tǒng)。 2012 年， 31（10） ： 84-87。至畢業(yè)論文即將完成，我的學(xué)生生活即將結(jié)束。我借此機(jī)會(huì)向過去四年來幫助過我的人表示最深切的感謝。首先，我想感受父母的愛，是一種難以用語言表達(dá)的感激；其次，我要