使用TCS3200模塊進(jìn)行顏色識別

2021-05-12

使用TCS3200模塊進(jìn)行顏色識別

該項目用于檢測顏色并使用TCS3200顏色傳感器模塊和Arduino板在LCD上顯示顏色名稱(chēng)。傳感器使用彩色光電二極管輸出紅色，綠色和藍色的反射光值。顏色輸出以頻率顯示，其值取決于強度。

顏色識別理論

為了了解眼睛感知到的特定顏色，將眼睛接收到的信號分為紅色，綠色和藍色，以名稱(chēng)三刺激值表示。任何特定顏色的三刺激值是R，G和B的三個(gè)分量。我們使用的傳感器還提供類(lèi)似于三刺激值的信號。

必須從接收為Vr，Vg和Vb的R，G和B的值中計算出兩個(gè)稱(chēng)為“色度坐標”的值。國際照明委員會(huì )（CIE）在1931年引入了計算這兩個(gè)x和y坐標的公式。

圖1：色度圖，x和y為紅色和綠色坐標

該委員會(huì )在讀取了成千上萬(wàn)個(gè)具有各種顏色對象的視覺(jué)觀(guān)察員的讀數后，得出了稱(chēng)為色度圖的圖表，如圖1所示。根據計算出的x和y坐標，可以通過(guò)繪制顏色來(lái)確定顏色（ x，y）點(diǎn)在圖表中。

x = Vr /（Vr + Vg + Vb）

y = Vg /（Vr + Vg + Vb）

例如，x = 0.2且y = 0.35給出藍綠色，而x = 0.47且y = 0.45給出黃色。該圖表具有馬蹄形形狀，雖然很奇怪，但這是CIE詳盡研究的結果。圖表的邊緣顯示了最純凈的顏色，并在其中指出的某些點(diǎn)上顯示了光譜波長(cháng)值。

例如，藍色始于400nm，綠色始于500至540nm，黃色始于575nm，紅色始于640nm。

圖表的底部是互補色，包括紫色和洋紅色。中心顯示的白色區域是白色的近似范圍，盡管某些顏色的坐標也落在該白色橢圓形區域內。該圖表是精確的，但是此處顯示的帶有顏色之間的界線(xiàn)的圖表僅是近似值。

因此，所顯示的區別出的曲線(xiàn)（例如綠色和淡黃色綠色）僅是近似的。在此圖表中，主要顏色為十七種。因此，本文中的電路和程序旨在識別多達22種顏色，包括補色。

電路與工作

用于顏色識別的電路圖如圖2所示。它圍繞著(zhù)Arduino Uno板（Board1），16×2 LCD（LCD1），TCS3200顏色傳感器模塊（CS）和一些分立的組件而構建。TCS3200顏色傳感器模塊如圖3所示。

圖2：用于顏色識別的電路圖

圖3：TCS3200顏色傳感器模塊

所示電路使用頻率輸出。Arduino的外部中斷引腳INT0（引腳2）用于計數頻率值。我們選擇10kHz作為最大范圍。引腳S2和S3按00、11和01的順序選擇顏色。只有紅色（R），綠色（G）和藍色（B）的所謂三刺激值可用。顏色傳感器模塊的詳細信息已發(fā)布在“使用TCS3200的RGB顏色檢測器”中

現在可以在此鏈接上獲得傳感器模塊的DIY文章。

這三個(gè)頻率值用于確定色度坐標，從而使用我們的搜索算法從CIE色度圖中識別22種分類(lèi)的顏色中的一種。根據顏色標定的CIE圖表（圖2），為每個(gè)對象指示色度坐標（乘以10）以及最接近的顏色名稱(chēng)。這些R和G值用于顏色匹配。

LCD連接到Arduino開(kāi)發(fā)板，以顯示坐標R和G以及顏色名稱(chēng)。R和G用于顏色匹配，因為兩個(gè)相同的有色對象將具有相似的值。

該電路還與一個(gè)兩行字符LCD顯示器相連。LCD的引腳3連接到10千歐（VR1）電位計，以在0至5V之間調節電壓，以改變LCD模塊上顯示的字符的對比度。

數據包括到LCD（11-14）的引腳D4至D7的四線(xiàn)連接。引腳15連接到+ 5V，用于LCD的背光，引腳16通過(guò)電阻R2接地。

在這里，我們使用的是四線(xiàn)數據連接，而不是八線(xiàn)數據連接。因此，程序必須在兩個(gè)連續的寫(xiě)操作中發(fā)送命令和地址值。使用四線(xiàn)連接可以節省微控制器上的引腳。

圖4中顯示了被檢測并顯示在LCD上的淡黃色物體以及信號值。

圖4（a和b）：淡黃色物體的檢測

對芯片進(jìn)行編程

該單元的程序（colour_sense.bas）是在Oshon AVR Simulator IDE上開(kāi)發(fā)的。該軟件有助于開(kāi)發(fā)項目。

完成編碼（用BASIC編寫(xiě)）后，編譯代碼或將生成的十六進(jìn)制文件加載到Arduino Uno板上的ATmega328P芯片中。Xloader程序用于加載十六進(jìn)制文件。執行Xloader程序后，將打開(kāi)一個(gè)窗口，如圖5所示。為Arduino Uno板連接的USB插座指定COM端口號?？梢詮?span>PC /筆記本電腦上Windows上的“設備管理器”中找到此號碼。

從XLoader窗口瀏覽十六進(jìn)制代碼，如圖5所示，然后按上載按鈕。加載代碼后，從筆記本電腦上斷開(kāi)Arduino板的連接，然后將9V適配器連接到其DC插座（或將5V電源連接到其5V和接地引腳）。

圖5：Xloader窗口

建設與測試

圖6中顯示了用于顏色識別的PCB布局，圖7中顯示了其組件布局。在PCB上組裝電路后，將其封裝在合適的盒子中。將傳感器模塊和LCD固定在前面板上，并將電線(xiàn)連接到PCB上的相應連接器。

圖6：顏色識別的PCB布局

圖7：PCB的組件布局