【正文】 光線極顏色識(shí)別系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 5 度不敏感，所以檢測(cè)的可靠性不會(huì)被進(jìn)入傳感器一端的反映或光線影響。每個(gè)光電管對(duì)相應(yīng)光譜濾波器的顏色光最敏感，主要是紅色，綠色，藍(lán)色。 （ 2） 廣州創(chuàng)光電子有限公司 的 PDIC903B 顏色傳感器主要用來(lái)檢測(cè)環(huán)境亮度水平，并通過(guò)提供高度線性的成比例輸出，來(lái)調(diào)節(jié)顯示屏幕或鍵盤的背光。廣泛應(yīng)用于：移動(dòng)設(shè)備 PDA、 移動(dòng)電話、筆記本電腦和數(shù)碼相機(jī)的鍵盤和顯示屏背光控制。 （ 4） 上海精電電子設(shè)備有限公司研發(fā)生產(chǎn)的顏色識(shí)別傳感器、色標(biāo)傳感器系列產(chǎn)品，作為國(guó)內(nèi)最專業(yè)的光學(xué)測(cè)量及檢測(cè)設(shè)備研發(fā)及生產(chǎn)廠家特別在辨色識(shí)別，激光測(cè)距 ,光纖的技術(shù)上處于領(lǐng)先地位 ,運(yùn)用了當(dāng)今先進(jìn)的數(shù)字化背景抑制技術(shù) ,大 大提高了測(cè)量精度和抗干擾能力 ,因?yàn)橛羞@樣的特點(diǎn)，使得該公司產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)有相當(dāng)占有率，依靠合理的價(jià)格更適合國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的服務(wù)理念成為少數(shù)幾家能與國(guó)外頂級(jí)品牌抗衡的高科技企業(yè)。其次，利用 TCS3200 顏色傳感器，在合適的環(huán)境下，對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行檢測(cè)，將測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化成數(shù)字量。但是由于整個(gè)系統(tǒng)比較復(fù)雜，需要處理的數(shù)據(jù)量非常大，很大程度上限制了識(shí)別的速度和精度，并且成本比顏色識(shí)別傳感器高幾倍，因此很快被市場(chǎng)淘汰。國(guó)內(nèi)顏色傳感器技術(shù)還不夠成熟，一般采用傳統(tǒng)光源，體積較大，精度和穩(wěn)定性不高，因此，此次設(shè)計(jì)具有良好的應(yīng)用前景及實(shí)際 意義。但是當(dāng)一個(gè)色彩識(shí)別系統(tǒng)被確定并且單獨(dú)展現(xiàn)時(shí)，普通人是無(wú)法區(qū)別出這5%有什么更大的差異的。 顏色識(shí)別算法 顏色 識(shí)別的應(yīng)用 在現(xiàn)今的工業(yè)化社會(huì)中，色彩識(shí)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(shí)別（產(chǎn)品包裝色標(biāo)檢測(cè)，產(chǎn)品外表特征顏色的檢測(cè)，液體溶液顏色變化過(guò)程的檢測(cè)與控制，等等 ） 。 這里介紹一種最典型的顏色模型 ,即 RGB模型。需要注意的一點(diǎn)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。 為解決這個(gè)問(wèn)題 ,就要進(jìn)行白平衡 , 即首先測(cè)量出基準(zhǔn)光源的 RGB 光強(qiáng)值 , 再測(cè)量出在標(biāo)準(zhǔn)光源下物體所反映出的光強(qiáng)值 ,兩者之比就是物體的反射 (或透射 )性質(zhì) , 即物體的實(shí)際顏色 , 如公式 (1), (2), (3)： R=P 物紅 /P源紅 (1) G=P 物綠 /P源綠 (2) B=P 物藍(lán) /P源藍(lán) (3) 由于在 RGB 坐標(biāo)下的顏色標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)為 0255 之間 ,所以把所得結(jié)果乘以 255,即得到標(biāo)準(zhǔn)的 RGB 值。 （ 1）光源的影響 照射光包含有太陽(yáng)光和外界雜散光 ,太陽(yáng)照射角度、云層厚度和其它天氣條件都會(huì)導(dǎo)致照射光發(fā)生變化 ,從而導(dǎo)致被測(cè)物體顏色發(fā)生變化。 （ 3) 被測(cè)物表面反射狀況的影響 傳感器探頭與被測(cè)物之間的距離影響著輸出信號(hào) ,可能會(huì)造成不同顏色信號(hào)的交叉 ,形成測(cè)量誤差 ,所以存在某一最佳距離對(duì)輸出特性影響最小 ,以保證顏色與輸出信號(hào)的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。 圖 22 RGB顏色傳 感器 在三個(gè)光電二極管上貼上三基色濾色片 ,三種光通過(guò)同一透鏡發(fā)射后被目標(biāo)物體反射 ,根據(jù)測(cè)出的數(shù)據(jù)求出顏色的成分。第二種模式是利用紅綠藍(lán)三基色的反射光強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)檢測(cè)目的 ,利用這種模式可實(shí)現(xiàn)微小顏色判別的檢 測(cè) ,但傳感器會(huì)受目標(biāo)機(jī)械位置的影響。 （ 2) 色差傳感器 在一些實(shí)際應(yīng)用中 (如分揀、 質(zhì)量監(jiān)控等行業(yè) ),并不需要確切了解被測(cè)物的具體顏色 ,而只需要對(duì)兩個(gè)物體的色差進(jìn)行識(shí)別與判斷 ,區(qū)別出從一種顏色到另一種顏色的 變化。 圖 23 硅顏色傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖與特性曲線 圖 23(a)中所示的 NPN 是結(jié)深不同的兩個(gè) PN結(jié)二極管 ,放大作用很小。在不同波長(zhǎng)的光照射下 ,兩只光電二極管電流的比值 I2/I1不同 , I1是淺結(jié)二極管的短路電流 , I2是深結(jié)二極管的短路電 流。 這種傳感器的突出優(yōu)點(diǎn)是 :短路電流比與光強(qiáng)無(wú)關(guān) ,幾乎只與入射光波長(zhǎng)相關(guān)。Ir(λ )為透過(guò)紅外濾色片的光強(qiáng) 。透過(guò)液晶的光強(qiáng) 陜 西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書） 12 I(λ )是加在液晶兩 端電壓 的函數(shù) ,即 I (λ ) = I0(λ )sin2 (2ψ ) sin2 (π R/λ ) , R = ( ne n0) d – Rb 式中 d為液晶層的厚度 。 R 為液晶單元有效的光延遲 。光電二極管檢測(cè)到光強(qiáng)與存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的顏色數(shù)據(jù)進(jìn)行比較 ,就可知所測(cè)物體的顏色。光從光纖射出時(shí) ,光的特性得到調(diào)制 ,通過(guò)對(duì)調(diào)制光的檢測(cè) ,便能感知外界的信息。與傳統(tǒng)傳感器顏色識(shí)別系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 13 相比它具有以下優(yōu)點(diǎn) : (1) 利用光纖束解決了普遍存在的光能量和光源散熱問(wèn)題 。 1986 年 Tang 曾報(bào)道了利用有機(jī)材料制成光電轉(zhuǎn)換效率很高的太陽(yáng)能電池 ,由此可見(jiàn)有機(jī)材料具有良好的光敏性能 ,所以有機(jī)材料顏色傳感器 被認(rèn)為是很有發(fā)展前景的一種傳感器。有機(jī)染料膜上面覆蓋一層金屬金 (Au)并與錫銦氧化層形成測(cè)量電極 ,酞青藍(lán)和部化青膜之間有一非常薄的鋁電極。從 Kudo 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知 ,有機(jī)材料的光敏特性不僅與電壓 VG 有關(guān) ,還與有機(jī)材料本身有關(guān) ,所以利用有機(jī)材料完全有希望發(fā)展出一種新型的價(jià)格低廉且性能優(yōu)良的顏色傳感器。 AT89C52 單片機(jī)簡(jiǎn)介 在眾多的單片機(jī)系列中， AT89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有8K 在系列可編程 Flash 存儲(chǔ)器。 AT89C52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8K 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線， 3 個(gè)16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè)響亮 2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。AT89C52 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且廉價(jià)的方案。對(duì) P0 口端口寫“ 1”時(shí)，引腳作高阻抗輸入。程序效驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。 表 31 引腳號(hào) 功能特性 T2（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2外部計(jì)數(shù)脈沖輸入），時(shí)鐘輸出 T2EX定時(shí) /計(jì)數(shù) 2捕獲 /重裝載觸發(fā)和方向控制 在 Flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1口接收低 8 位地址字節(jié)。 在訪問(wèn)外部好曾許存儲(chǔ)器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2口送出高 8 位地址。 P3 口： P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P3 輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電 流） 4 個(gè) TTL 邏輯電平。 表 32 P3口引腳第二功能 引腳號(hào) 第二功能 RXD（串行輸入） TXD（串行輸出） INT0（外部中斷 0） INT1（外部中斷 1） T0（定時(shí)器 0外部輸 入） T1（定時(shí)器 1外部輸入） WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） 在 Flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P3 口也接收一些控制信號(hào)。在 Flash 編程時(shí)，此引腳（ PROG ）也使用作編程輸入脈沖。這一位置陜 西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書） 18 “ 1”， ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOVC 指令時(shí)有效。當(dāng) AT89C52從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)， PSEN 在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器時(shí)， PSEN 將不被激活。 在 flash 編程期間， EA 也接受 12伏 VPP 電壓。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL 邏輯電平。 在 flash 編程時(shí)， P0 口也用來(lái)接受指令字節(jié)：在程序效驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。 此外，與 AT89C51 不同之處是， 和 還可分別作為定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和輸出（ ），具體如下表 33所示。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流 ILL。在 Flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P2 口接收低 8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。 P3口除了作為一般、的 I/O 口線外，更重要的是它的第二功能，如下表 34 所示。 ALE/PROG ：地址鎖存器控制信號(hào)（ ALE）是訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。 陜 西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書） 20 如果需要，通過(guò)將地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位置“ 1”， ALE 操作無(wú)效。 PSEN ：外部程序儲(chǔ)存器選通信號(hào)（ PSEN ）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令， EA 應(yīng)該接VCC。 TCS3200 顏色識(shí)別原理簡(jiǎn)介 TCS3200 芯片的結(jié)構(gòu)框圖與特點(diǎn) TCS3200 是 TAOS 公司推出的可編程彩色光到頻率的轉(zhuǎn)換器。圖 32是 TCS3200 的引腳和功能框圖。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(shí)別的精確度；另一方面，相同顏色的 16 個(gè)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。例如，當(dāng)使用低速的頻率計(jì)數(shù)器時(shí) ，就可以選擇小的定標(biāo)值，使 TCS3200 的輸出頻率和計(jì)數(shù)器相匹配。表 35是 S0、 S1 及 S S3 的可用組合。 (1)三原色的感應(yīng)原理 通常所看到的物體顏色，實(shí)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)。對(duì)于 TCS3200 來(lái)說(shuō)，當(dāng)選定一個(gè)顏色濾波器時(shí)，它只允許某 種特定的原色通過(guò)，阻止其他原色的通過(guò)。從理論上講，白色是由等量的紅色、綠色和藍(lán)色混合而成的；但實(shí)際上，白色中的三原色并不完全相等，并且對(duì)于 TCS3200 的光傳感器來(lái)說(shuō)，它對(duì)這三種基本色的敏感性是不相同的，導(dǎo)致 TCS3200 的 RGB輸出并不相等，因此在測(cè)試前必須進(jìn)行白平衡調(diào)整，使得 TCS3200 對(duì)所檢測(cè)的 白色 中的三原色是相等的。這里有兩種方法來(lái)計(jì)算調(diào)整參數(shù) :（ a)依次選通三顏色的濾波器，然后對(duì) TCS3200 的輸出脈沖依次進(jìn)行計(jì)數(shù)。 LCD1602 簡(jiǎn)介 液晶顯示器簡(jiǎn)稱 LCD顯示器，它是利用液晶經(jīng)過(guò)處理后能改變光線的傳輸方向的特性顯示信息的。 字符型液晶顯示器模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣式液晶顯示模 塊?，F(xiàn)在往往將 LCD 控制器、驅(qū)動(dòng)器、 RAM、 ROM 和 LCD 顯示器連接在一起，稱為液晶顯示模塊 LCM。本文將介紹 16*2 字符型液晶顯示模塊 CA1602A 的應(yīng)用。但 RS和 RW共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址；當(dāng) RS為低電平 RW 為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)；當(dāng) RS 為高電平 RW為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。 表 36 HD44780內(nèi)部寄存器選擇表 RS RW 寄存器及操作 0 0 指令寄存器寫入 0 1 忙標(biāo)志和地址計(jì)數(shù)器讀出 1 0 數(shù)據(jù)寄存器寫入 1 1 數(shù)據(jù)寄存器讀出 總共有 11 條指令，它們的格式和功能如下表 37。 LCD 顯示器的初始化 LCD 使用之前須對(duì)它進(jìn)行初始化，初始化可以通過(guò)復(fù)位完成，也可以在復(fù)位后完成，初始化過(guò)程如下： （ 1）清屏。 本章 小結(jié) 本章主要介紹了 TCS3200 顏色傳感器和 LCD1602 液晶顯示器的相應(yīng)原理，以及它們與單片機(jī)的連接方式及相應(yīng)的電路原理圖，其中對(duì) TCS3200 顏色傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和各個(gè)管腳以及它們的功能作了詳細(xì)介紹，為后面整個(gè)系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)提供了很好的幫助。單片機(jī)電源： AT89C52 單片機(jī)的工作電壓范圍： — ， 所以通常給單片機(jī)外接 5V 直流電源。時(shí)鐘電路連接方式如下 圖 44 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 ：確定單片機(jī)工作的起始狀態(tài)，完成單片機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程。手動(dòng)按鈕復(fù)陜 西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書） 28 位的電路如所示。通常在單片機(jī)工作出現(xiàn)混亂或 “ 死機(jī) ” 時(shí)，使用手動(dòng)復(fù)位可實(shí)現(xiàn)單片機(jī) “ 重啟 ” 。 PORTC = PORTC|0x20。TCS3200Mode(FrequencyMode,PhotoDiodeMode)。 TCNT1L=0x00。 OCR1AL=0x00。 TCCR2 = 0x07。 } unsigned char TCS3200Mode(unsigned char FOutMode,unsigned char PhotoType) { if( FOutMode == F_POWERDOWN) { PORTC = PORTC amp。PORTD = PORTD | 0x02。} else if(FOutMode == F_100_100) { 。 0xfd。 } else if(FOutMode == F_100_2) { PORTD = PORTD amp。 OCR2= 0x00。 OCR1BL=0x00。ICR1L=0x00。 TCCR1B=0x06。 PORTC = PORTCamp。 本模塊主要包括 TCS3200 初始化、定時(shí)器初始化和顏色采集，具體程序如下： void TCS3200Inital(void) { DDRC= DDRC|0x0f。復(fù)位電路如圖 45.