TCS3200颜色传感器使用说明.doc

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1、TCS3200颜色传感器是一款全彩的颜色检测器，包括了一块TAOS TCS3200RGB感应芯片和4个白光LED灯，TCS3200能在一定的范围内检测和测量几乎所有的可见光。它适合于色度计测量应用领域。比如彩色打印、医疗诊断、计算机彩色监视器校准以及油漆、纺织品、化妆品和印刷材料的过程控制。 通常所看到的物体颜色，实际上是物体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应。白色是由各种频率的可见光混合在一起构成的，也就是说白光中包含着各种颜色的色光(如红R、黄Y、绿G、青V、蓝B、紫P)。根据德国物理学家赫姆霍兹(Helinholtz)的三原色理

2、论可知，各种颜色是由不同比例的三原色(红、绿、蓝)混合而成的。 由上面的三原色感应原理可知，如果知道构成各种颜色的三原色的值，就能够知道所测试物体的颜色。对于TCS3200D 来说，当选定一个颜色滤波器时，它只允许某种特定的原色通过，阻止其它原色的通过。例如：当选择红色滤波器时，入射光中只有红色可以通过，蓝色和绿色都被阻止，这样就可以得到红色光的光强；同理，选择其它的滤波器，就可以得到蓝色光和绿色光的光强。通过这三个光强值，就可以分析出反射到TCS3200D传感器上的光的颜色。 TCS3200D传感器有红绿蓝和清除4种滤光器，可以通过其引脚S2和S3的高低电平来选择滤波器模式，如下图。 TCS

3、3200D有可编程的彩色光到电信号频率的转换器，当被测物体反射光的红、绿、蓝三色光线分别透过相应滤波器到达TAOS TCS3200RGB感应芯片时，其内置的振荡器会输出方波，方波频率与所感应的光强成比例关系，光线越强，内置的振荡器方波频率越高。TCS3200传感器有一个OUT引脚，它输出信号的频率与内置振荡器的频率也成比例关系，它们的比率因子可以靠其引脚S0和S1的高低电平来选择，如下图。 这个测试实验，我把TCS3200传感器OUT引脚输出信号频率与其内置振荡器频率比率因子设为2%，有了输出频率比例因子，但是如何通过OUT引脚输出信号频率来换算出被测物体由三原色光强组成的RGB颜色值呢？这还

4、需进行白平衡校正来得到RGB比例因子才行！ 白平衡校正方法是：把一个白色物体放置在TCS3200颜色传感器之下，两者相距10mm左右，点亮传感器上的4个白光LED灯，用Arduino控制器的定时器设置一固定时间1s，然后选通三原色的滤波器，让被测物体反射光中红、绿、蓝三色光分别通过滤波器，计算1s时间内三色光对应的TCS3200传感器OUT输出信号脉冲数（单位时间的脉冲数包含了输出信号的频率信息），再通过正比算式得到白色物体RGB值255与三色光脉冲数的比例因子。有了白平衡校正得到的RGB比例因子，则其它颜色物体反射光中红、绿、蓝三色光对应的TCS3200输出信号1s内脉冲数乘以R、G、B比例

5、因子，就可换算出了被测物体的RGB标准值了。 现在谈谈，如何进行TCS3200各控制引脚与Arduino控制器的硬件连线问题，下图分别是TCS3200传感器和其连线图。上图中TCS3200传感器各控制引脚与Arduino控制器数字端口连线的对应关系，我设置为：#define S0 6#define S1 5#define S2 4#define S3 3#define OUT 2 #define LED 7 当被测物体为不发光物体时，应该把TCS3200的LED引脚设置为高电平，以点亮TCS3200传感器电路板上的四个白光LED灯。 下文展示了一个带有白平衡的测试程序，把这个程序下载到Ardu

6、ino控制器中，同时把一个白色物体放置在TCS3200颜色传感器之下，点亮传感器上的4个白光LED灯，再打开Arduino IDE的串口监视器，会出现下图监视画面，可以在该画面中找到白色物体RGB值255以及RGB比例因子。（可通过QQ截图来锁定画面，以便观察。）（双击图片，可以放大看！） 把白平衡时放置在TCS3200颜色传感器之下白色物体拿走，放上另一个黄色物体，在Arduino IDE串口监视器看到的这个黄色物体RGB值为233、157、56，如下图所示。 打开电脑Windows操作系统自带的画图板，点击菜单栏“颜色”-“编辑颜色”-“规定自定义颜色”-右下角输入RGB值，查看对应的颜色

7、与实际测试的颜色是否相符。实际测试结果是测得的物体颜色与实际颜色有些偏色，但并不影响区分出被测物体是哪种颜色的物体。 介绍完TCS3200传感器颜色识别原理和其与Arduino控制器的硬件连线，以及如何利用串口监视器找到白平衡后的比例因子和被测物体的RGB值。下面展示的是Arduino测试程序。注意：下面的#include TimerOne.h要改为单括号形式。Arduino程序：#include TimerOne.h /申明库文件/把TCS3200颜色传感器各控制引脚连到Arduino数字端口#define S0 6 /物体表面的反射光越强，TCS3002D内置振荡器产生的方波频率越高，#d

8、efine S1 5 /S0和S1的组合决定输出信号频率比例因子，比例因子为2% /比率因子为TCS3200传感器OUT引脚输出信号频率与其内置振荡器频率之比#define S2 4 /S2和S3的组合决定让红、绿、蓝，哪种光线通过滤波器#define S3 3#define OUT 2 /TCS3200颜色传感器输出信号连接到Arduino中断0引脚，并引发脉冲信号中断 /在中断函数中记录TCS3200输出信号的脉冲个数#define LED 7 /控制TCS3200颜色传感器是否点亮LED灯float g_SF3; /从TCS3200输出信号的脉冲数转换为RGB标准值的RGB比例因子int

9、 g_count = 0; / 计算与反射光强相对应TCS3200颜色传感器输出信号的脉冲数/ 数组用于存储在1s内TCS3200输出信号的脉冲数，它乘以RGB比例因子就是RGB标准值int g_array3;int g_flag = 0; / 滤波器模式选择顺序标志/ 初始化TSC3200各控制引脚的输入输出模式/设置TCS3002D的内置振荡器方波频率与其输出信号频率的比例因子为2%void TSC_Init() pinMode(S0, OUTPUT); pinMode(S1, OUTPUT); pinMode(S2, OUTPUT); pinMode(S3, OUTPUT); pinMo

10、de(OUT, INPUT); pinMode(LED, OUTPUT); digitalWrite(S0, LOW); digitalWrite(S1, HIGH);/选择滤波器模式，决定让红、绿、蓝，哪种光线通过滤波器void TSC_FilterColor(int Level01, int Level02) if(Level01 != 0) Level01 = HIGH; if(Level02 != 0) Level02 = HIGH; digitalWrite(S2, Level01); digitalWrite(S3, Level02);/中断函数，计算TCS3200输出信号的脉冲数

11、void TSC_Count() g_count + ;/定时器中断函数，每1s中断后，把该时间内的红、绿、蓝三种光线通过滤波器时，/TCS3200输出信号脉冲个数分别存储到数组g_array3的相应元素变量中void TSC_Callback() switch(g_flag) case 0:Serial.println(-WB Start); TSC_WB(LOW, LOW); /选择让红色光线通过滤波器的模式 break; case 1:Serial.print(-Frequency R=); Serial.println(g_count); /打印1s内的红光通过滤波器时，TCS3200

12、输出的脉冲个数 g_array0 = g_count; /存储1s内的红光通过滤波器时，TCS3200输出的脉冲个数 TSC_WB(HIGH, HIGH); /选择让绿色光线通过滤波器的模式 break; case 2:Serial.print(-Frequency G=); Serial.println(g_count); /打印1s内的绿光通过滤波器时，TCS3200输出的脉冲个数 g_array1 = g_count; /存储1s内的绿光通过滤波器时，TCS3200输出的脉冲个数 TSC_WB(LOW, HIGH); /选择让蓝色光线通过滤波器的模式 break; case 3:Seri

13、al.print(-Frequency B=); Serial.println(g_count); /打印1s内的蓝光通过滤波器时，TCS3200输出的脉冲个数 Serial.println(-WB End); g_array2 = g_count; /存储1s内的蓝光通过滤波器时，TCS3200输出的脉冲个数 TSC_WB(HIGH, LOW); /选择无滤波器的模式 break; default: g_count = 0; /计数值清零 break; /设置反射光中红、绿、蓝三色光分别通过滤波器时如何处理数据的标志/该函数被TSC_Callback( )调用void TSC_WB(int

14、Level0, int Level1) g_count = 0; /计数值清零 g_flag +; /输出信号计数标志 TSC_FilterColor(Level0, Level1); /滤波器模式 Timer1.setPeriod(1000000); /设置输出信号脉冲计数时长1s/初始化void setup() TSC_Init(); Serial.begin(9600); /启动串行通信 Timer1.initialize(); / defaulte is 1s Timer1.attachInterrupt(TSC_Callback); /设置定时器1的中断，中断调用函数为TSC_Cal

15、lback() /设置TCS3200输出信号的上跳沿触发中断，中断调用函数为TSC_Count() attachInterrupt(0, TSC_Count, RISING); digitalWrite(LED, HIGH);/点亮LED灯 delay(4000); /延时4s，以等待被测物体红、绿、蓝三色在1s内的TCS3200输出信号脉冲计数 /通过白平衡测试，计算得到白色物体RGB值255与1s内三色光脉冲数的RGB比例因子g_SF0 = 255.0/ g_array0; /红色光比例因子 g_SF1 = 255.0/ g_array1 ; /绿色光比例因子 g_SF2 = 255.0/

16、 g_array2 ; /蓝色光比例因子/打印白平衡后的红、绿、蓝三色的RGB比例因子 Serial.println(g_SF0,5); Serial.println(g_SF1,5); Serial.println(g_SF2,5); /红、绿、蓝三色光分别对应的1s内TCS3200输出脉冲数乘以相应的比例因子就是RGB标准值 /打印被测物体的RGB值 for(int i=0; i3; i+) Serial.println(int(g_arrayi * g_SFi);/主程序void loop() g_flag = 0; /每获得一次被测物体RGB颜色值需时4s delay(4000); /

17、打印出被测物体RGB颜色值 for(int i=0; i3; i+) Serial.println(int(g_arrayi * g_SFi); 程序中的头文件TimerOne.h文件请下载： 上面是带有白平衡的测试程序，对于具体项目的应用程序，要在此基础上加以变动。如果TCS3200传感器与被测物体的检测距离以及周围环境光线没有发生大的变化，进行一次白平衡校正后，RGB比例因子就可以确定下来了。于是您一定要把得到的RGB比例因子直接替代掉红色字体标识程序段中的数组g_array3各元素变量。另外绿色字体标识的程序段也可以注释掉。 在具体项目中，您所检测的是某种特定颜色的物体，可能就像文章的第

18、一张图片展示的5个色块类似，绝不会有连续变化颜色的物体。于是，应该以上述程序获得的被测物体颜色R、G、B值为中心，设置一个距离中心值20的范围值，在任何环境光条件下，再次检测被测物体的RGB值，只要RGB值落在范围内，就可以认为被测物体是那种特定颜色的物体。这样设定颜色值范围的方法，可以有效提高物体颜色的识别率。11 0率颜别颜物感效，方一范定设彩物的种色体被以，内包落 ，一 的被 检， 光何， 范 心距0一， 值 物应测芯序述应 是体色光续有绝块灯色的片 的像可体0的0定的所一您项具范掉注以检程识色外变几各乎 的数中程字。红替因合比 色把定是来量确就子领 后。校次行变色生没境周医离疗测物与器

19、0算 动彩以础监在序应校项于，及程的带面 织 、 妆 印/: 料 控 制 /: ：请. 件的序;) . + ; ( 色颜 测出)( 需值 测一每/0= _( 程;) * _ ( . + ( . 个脉输0 时波光内 / )= ( . 模的滤线让/ ,( 个脉出0 滤通内储/ _ _个脉出 ，器光的印/ ; . ) 模器滤光让选) 个脉的0 波过的储/ _ _个脉输 ，波通的 /) )= - . 模的滤光让选) ( ) - . 0 ( 量变相 数分冲脉0 时波过线三红的时断 ，中器 + ( _ 冲冲出0 数)0 , ) =0 0= = 0 ( 0 , 波滤通哪蓝红决器滤) ( ; 0 ) , )

20、( ) ,( ) , ) ( ) ( ( 为比频出其波荡内的 置模输输引0 初标顺选器/0 ; 准 是因比 它脉号0 储组冲的出感色0 对强与 /; _ 因比 准 为冲的出 / 否感颜0 制 个个信输 中断/ 中信发，0 连信器色 波过通种绿红合组 / 之率振其频信引 感0 子比/ 为例子比号出组的和/ 高率波的荡 0 ，光面体 0 端数 引器色0 文明/ 序 式形单 #面意序 示展 物子比后到器监何以线硬器 其理色器传 绍体的颜体被区影但些色与色得果测。相颜试与颜看值 角”义自“-色“-”颜菜板的统操 脑 示图如、 、为 体这到视串 ，色个放拿色白器色 放平！大以图（。便画来 过（例 物色中

21、在可画下会视监 再，光 的亮下器颜 物个时中制 序这序测衡带示文 灯 白的路器0 点高为 的0 把时物为测当 0 为设，应线端制 与制各0 图连和传 是下线件的控 引控 进谈在了准 体测出可因 乘数内出0 的应蓝绿光体色则因 的正平有子的脉三 值体白得正通息频的输数的时数号输 感 的光间 算滤通分三、射体测波滤三后 间置时器制 ， 个 传点左0距，感颜 在体个把是衡白行子因 来校平还？颜 组色由体出换信输 过如，例频了，子因频荡与率输 器0 ，试这图下选来低 0靠子比它关例率荡置频信它引 个器 。频器的，越系比光的所方，会器内其芯 0 到波相分线、红射物当换的信到彩编 图如模波选电 引通，滤除蓝红传0 色颜的感0 出分就光三。强色色得就波滤择理强色得可，被绿色通色有中，滤择当如的它止通原特允，时色个当说0 于色体物知就值三色成道果可应原的 的而)蓝、原例由颜，论原) 霍家德。紫蓝 黄 光色种包光说也起合混的各色应的人有分的而，有一光光的它照面体际，体看通