基于tcs3200顏色傳感器的色彩識(shí)別器的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p>　　題 目 基于TCS3200顏色傳感器 </p><p>　　的色彩識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué) 院 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè) 電子信息

2、工程 </p><p>　　畢業(yè)屆別 2013屆 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　職 稱

3、 講 師 </p><p>　　XXXXXXXXX大學(xué)教務(wù)處制</p><p><b>　　二〇一三年五月</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要………………………………………………………………………………………………iii

4、</p><p>　　關(guān)鍵詞……………………………………………………………………………………………iii</p><p>　　Abstract ………………………………………………………………………………………iiiv</p><p>　　Key words………………………………………………………………………………………iiiv</p><p&

5、gt;　　1 緒 論 …………………………………………………………………………………………1</p><p>　　1.1 研究背景…………………………………………………………………………………1</p><p>　　1.2 色彩識(shí)別及顏色傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)………………………………………………1</p><p>　　1.2.1 顏色識(shí)別技術(shù)的研究成果……………………

6、…………………………………1</p><p>　　1.2.2 國(guó)內(nèi)顏色傳感器的研究成果與動(dòng)態(tài)……………………………………………3</p><p>　　1.3本論文的主要工作及意義 ………………………………………………………………4</p><p>　　2 顏色識(shí)別及顏色傳感器技術(shù)介紹……………………………………………………………5</p><p&

7、gt;　　2.1 色彩識(shí)別…………………………………………………………………………………5</p><p>　　2.2 色彩識(shí)別算法……………………………………………………………………………5</p><p>　　2.2.1色彩識(shí)別的應(yīng)用 …………………………………………………………………5</p><p>　　2.2.2色彩識(shí)別一般算法 …………………………………

8、……………………………5</p><p>　　2.3顏色傳感器技術(shù) …………………………………………………………………………6</p><p>　　2.3.1顏色檢測(cè)的難點(diǎn) …………………………………………………………………6</p><p>　　2.3.2顏色傳感器 ………………………………………………………………………7</p><p>

9、　　2.4 本章小結(jié) ………………………………………………………………………………12</p><p>　　3 基于TCS3200的硬件設(shè)計(jì) …………………………………………………………………13</p><p>　　3.1 AT89S52單片機(jī)簡(jiǎn)介……………………………………………………………………13</p><p>　　3.1.1 AT89S52的主要性能和參

10、數(shù)……………………………………………………13</p><p>　　3.1.2 AT89S52的主要功能……………………………………………………………14</p><p>　　3.2 TCS3200顏色識(shí)別原理簡(jiǎn)介……………………………………………………………16</p><p>　　3.2.1 TCS3200芯片的結(jié)構(gòu)框圖與特點(diǎn) ……………………………………………

11、…16</p><p>　　3.2.2 TCS3200識(shí)別顏色的原理 ………………………………………………………18</p><p>　　3.3 液晶顯示器LCD1602簡(jiǎn)介……………………………………………………………19</p><p>　　3.3.1 字符型液晶顯示模塊CA1602A的外觀與引腳 ………………………………19</p><p&

12、gt;　　3.3.2 指令格式與指令功能……………………………………………………………20</p><p>　　3.3.3 LCD顯示器的初始化 ……………………………………………………………21</p><p>　　3.4本章小結(jié)…………………………………………………………………………………22</p><p>　　4 色彩識(shí)別器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ……………………

13、………………………………………23</p><p>　　4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 …………………………………………………………………………23</p><p>　　4.2 AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng) ……………………………………………………………24</p><p>　　4.3 TCS3200驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì) ……………………………………………………………25</

14、p><p>　　4.4 TCS3200顏色采集模塊的設(shè)計(jì) ………………………………………………………27</p><p>　　4.4.1 TCS3200顏色采集模塊與52單片機(jī)的接口…………………………………27</p><p>　　4.4.2 TCS3200顏色采集模塊的軟件設(shè)計(jì)……………………………………………28</p><p>　　4.5

15、 4個(gè)白色LED補(bǔ)光模塊的設(shè)計(jì)……………………………………………………31</p><p>　　4.6 LCD1602液晶顯示模塊…………………………………………………………………31</p><p>　　4.6.1 LCD1602液晶顯示模塊硬件設(shè)計(jì)………………………………………………32</p><p>　　4.6.2 LCD1602液晶顯示模塊軟件設(shè)計(jì)…………

16、……………………………………32</p><p>　　4.7 本章小結(jié) ………………………………………………………………………………34</p><p>　　5 色彩識(shí)別系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn) ………………………………………………………………………35</p><p>　　5.1色彩識(shí)別的實(shí)驗(yàn)過程……………………………………………………………………35</p>&

17、lt;p>　　5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 …………………………………………………………………………35</p><p>　　5.3 本章小結(jié) ………………………………………………………………………………36</p><p>　　6 結(jié)論與展望 …………………………………………………………………………………37</p><p>　　6.1 結(jié)論 ……………………………

18、………………………………………………………37</p><p>　　6.2 展望 ……………………………………………………………………………………37</p><p>　　參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………………………38</p><p>　　致謝 ……………………………………………………………………………………………40</p&

19、gt;<p>　　附錄1 程序代碼 ………………………………………………………………………………41</p><p>　　附錄2 電路圖 …………………………………………………………………………………48</p><p>　　基于TCS3200顏色傳感器的色彩識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)向高速化、自動(dòng)化方向不斷

20、進(jìn)步，色彩識(shí)別技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)檢測(cè)和自動(dòng)控制領(lǐng)域，生產(chǎn)過程中長(zhǎng)期以來由人眼起主導(dǎo)作用的顏色識(shí)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(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程的檢測(cè)與控制等等。本文主要介紹如何通過使用TCS3200顏色傳感器來實(shí)現(xiàn)色彩識(shí)別的功能。</p><p>　　本論文首先介紹不同顏色識(shí)別技術(shù)，利用三原色的感應(yīng)原理以及TCS3200識(shí)

21、別顏色的原理，實(shí)現(xiàn)TCS3200顏色傳感器測(cè)量顏色的功能，并對(duì)所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換成RGB三種顏色光數(shù)值，通過LCD將經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)顯示出來。最后在此理論基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的總體方案，通過硬件實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)功能。相關(guān)部分附有硬件電路圖、程序流程圖。本設(shè)計(jì)具有體積小、成本低、功能強(qiáng)等特點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵字：TCS3200顏色傳感器；AT89S52單片機(jī)；顏色識(shí)別 </p><p&g

22、t;　　THE COLOR RECOGNITION DESIGN BASED ON TCS3200 COLOR SENSOR</p><p>　　Abstract：With the rapid development of science and technology, modern manufacturing industry has been making great advances towards hig

23、h-speed growth and automation. Meanwhile, the color-recognition technology has been widely-used in the fields of industrial inspection and automatic control. The color-recognition work, which used to rely on human eyes f

24、or years, is now increasingly replaced by a specific color-sensor. There are numerous examples in terms of the application of color-sensors, incl</p><p>　　This paper illustrated how to recognize color by usi

25、ng a TCS3200 Color-Sensor. In the beginning, the paper reavealed different kinds of color-recognition technology. Under the induction principle of three primary colors and the operating principle of a TCS3200 Color-Sens

26、or, the color-recognition function of this device was practiced. Secondly, this paper analyzed the data and converted it into the light figures of RGB color afterwards. Subsequently, the processed data was displayed thr

27、ough a L</p><p>　　Keywords: TCS3200 Color-Sensor；AT89S52MCU；Color-Recognition</p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p><b>　　1.1 研究背景</b></p><p>　　隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)向高

28、速化、自動(dòng)化方向的發(fā)展，顏色識(shí)別廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)檢測(cè)和自動(dòng)控制領(lǐng)域，而生產(chǎn)過程中長(zhǎng)期以來由人眼起主導(dǎo)作用的顏色識(shí)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(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程的檢測(cè)與控制，等等）。目前的顏色傳感器通常是在獨(dú)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(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理，才能將顏色信號(hào)識(shí)別出來；有的將兩者集合起來，但是輸出模擬信號(hào)，需要一

29、個(gè)A/D電路進(jìn)行采樣，對(duì)該信號(hào)進(jìn)一步處理，才能進(jìn)行識(shí)別，增加了電路的復(fù)雜性，并且存在較大的識(shí)別誤差，影響了識(shí)別的效果。而TCS3200顏色傳感器是美國(guó)TAOS公司生產(chǎn)的一種可編程并且能實(shí)現(xiàn)彩色光到頻率轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換器，比市面上見到的光轉(zhuǎn)電壓顏色檢測(cè)儀器在性能上有更多的優(yōu)勢(shì)。TCS3200它對(duì)光的動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍大，標(biāo)準(zhǔn)輸出頻率范圍為2Hz～500kHz，TCS3200有兩個(gè)可編程的引腳，使用者可以對(duì)100%、20%、2%或者是動(dòng)力關(guān)閉模塊的輸出

30、量程進(jìn)行選擇使用。TCS3200在不需要DCs系統(tǒng)的情況下，給每個(gè)彩色通道至少能提供10字節(jié)的分辨。</p><p>　　1.2 色彩識(shí)別及顏色傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　顏色傳感器也叫色彩識(shí)別傳感器。</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)的顏色測(cè)量方法是采用光譜光度測(cè)色儀,通過測(cè)量樣品的三刺激值,從而得到樣品的顏色。</p><p>　　

31、目前,基于各種原理的顏色識(shí)別傳感器有兩種基本類型: 其一是RGB(紅綠藍(lán)) 顏色傳感器, 檢測(cè)的是三刺激值; 其二是色差傳感器,檢測(cè)被測(cè)物體與標(biāo)準(zhǔn)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。</p><p>　　1.2.1 顏色識(shí)別技術(shù)的研究成果</p><p>　?。?) 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(shí)別

32、與檢測(cè)，色彩傳感器具有高精度3色測(cè)量(CIE)，是測(cè)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)圖像信號(hào)反饋的信息控制并達(dá)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(huì)有任何老化。</p><p>　　MTCSiCS的輸出信號(hào)是數(shù)字量，可以驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的TTL或CMOS邏輯輸入，因此可直接與微處理器或

33、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(gè)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(jiǎn)單。當(dāng)入射光投射到MTCSiCS上時(shí)，通過光電二極管控制引腳S2、S3的不同組合，可以選擇不同的濾波器：經(jīng)過電流到頻率轉(zhuǎn)換器后輸出不同頻率的 方波(占空比是50％)，不同的顏色和光強(qiáng)對(duì)應(yīng)不同頻率的方波；還可以通過輸出定標(biāo)控制引腳S0、S1，選擇不同的輸出比例因子，對(duì)輸出頻率范圍進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)不同的需求。<

34、;/p><p>　?。?) 德國(guó)ELTROTEC色標(biāo)傳感器可以檢測(cè)出顏色的差異，ELTROTEC色標(biāo)檢測(cè)器具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、抗背景干擾能力強(qiáng)。即使顏色上的細(xì)微差異或高光澤目標(biāo)物也能夠被ELTROTEC檢測(cè)到，產(chǎn)品被廣泛的運(yùn)用于包裝機(jī)械和印刷機(jī)械，造紙機(jī)械等自控系統(tǒng)中。</p><p>　　ELTROTEC色標(biāo)檢測(cè)器適用于必須快速和準(zhǔn)確檢測(cè)色標(biāo)或其他用顏色對(duì)比作記號(hào)的場(chǎng)合。在30多種不同

35、的灰度等級(jí)中，色標(biāo)檢測(cè)器可檢測(cè)所有類型的色標(biāo)標(biāo)記，可給不同的用戶界面提供多種對(duì)比度檢測(cè)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(shí)儀器。</p><p>　?。?) FT50C-1顏色傳感器：自2001年，通過測(cè)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(cè)不同類型的標(biāo)簽。FT50C-2顏色傳感器：使用2mm的正方形光斑。適合于檢測(cè)非常微小的物體。典型

36、應(yīng)用是：檢測(cè)小部件或檢測(cè)細(xì)致的儀器。FT50C-3顏色傳感器：使用1mm*5mm的長(zhǎng)方形光斑。專為檢測(cè)長(zhǎng)方形物體而設(shè)計(jì)。典型應(yīng)用為：檢測(cè)導(dǎo)管內(nèi)半導(dǎo)體芯片的缺失和正確順序。</p><p>　?。?） CS顏色檢測(cè)器利用三色光方法鑒別顏色。CS顏色檢測(cè)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(cè)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(jìn)行運(yùn)算和標(biāo)準(zhǔn)化。所有的紅、綠

37、、藍(lán)（RGB）波長(zhǎng)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(hào)值中。這些測(cè)量與保存的參考值在數(shù)微秒內(nèi)進(jìn)行比較，根據(jù)結(jié)果，改變開關(guān)輸出的狀態(tài)。顏色檢測(cè)器可利用接收光和發(fā)射光的顏色檢測(cè)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(chǔ)一個(gè)或三個(gè)顏色參考值。因?yàn)轭伾珯z測(cè)器對(duì)周圍光線極度不敏感，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。 </p><p>　　1.2.2

38、 國(guó)內(nèi)顏色傳感器的研究成果與動(dòng)態(tài)</p><p>　　（1） 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(gè)Si-PIN光電管以及在片濾波器集成在一起的，每個(gè)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(jì)，高質(zhì)量濾波器和三種顏色同步記錄的特點(diǎn)。三個(gè)不同區(qū)域的顏色識(shí)別響應(yīng)，類似于人眼。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。對(duì)高動(dòng)態(tài)工業(yè)顏色應(yīng)用（允許信號(hào)頻率到 MH

39、z范圍），新的緊湊型顏色傳感器是首選，適合低價(jià)格快速信號(hào)處理。這種光電管的環(huán)型排列，適合輔助光纖測(cè)量信號(hào)的耦合。這些傳感器提供TO5和 SOP8透明塑料或者玻璃封裝。</p><p>　?。?） 廣州創(chuàng)光電子有限公司的PDIC903B顏色傳感器主要用來檢測(cè)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(zhǎng)LCD屏幕的使用壽命。這些經(jīng)濟(jì)型傳感器可以根據(jù)制造商

40、預(yù)先設(shè)定的模式來控制便攜式LCD顯示器的背光。尺寸（寬x長(zhǎng)x高）5.0x 5.0 x 1.0mm 受光面積：4.0x4.0mm 波長(zhǎng)范圍:390-700nm 峰值波長(zhǎng):620nm\550nm\470nm(三色)工作電壓：2.3-5V 靈敏度范圍：3 lx-80k lx 精確度：輸入電流500mμA時(shí)對(duì)數(shù)曲線上下偏差3% 可提供樣品。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。</p

41、><p>　?。?） 深圳市易創(chuàng)特自動(dòng)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(cè)顏色，同時(shí)還可以偵測(cè)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(jī)，PMP等移動(dòng)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(cè)精度和優(yōu)勢(shì)的價(jià)格，尤其適合玩具類等產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用。</p><p>　?。?） 上海精電電子設(shè)備有限公司研發(fā)

42、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)。目前生產(chǎn)的超高功率RGB數(shù)字光纖傳感器在檢測(cè)時(shí)的方便性為一般傳感器望塵莫及， RGB 顏色

43、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(shí)，即使顏色上的細(xì)微差異或高光澤目標(biāo)物也能夠輕易的檢測(cè)。</p><p>　　1.3本論文的主要工作及意義</p><p>　　本文以色彩識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)為目的，采用AT89S52單片機(jī)為核心，利用TCS3200顏色傳感器和LCD1602建立起來的。文中給出整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，包括，根據(jù)對(duì)三原色的感應(yīng)原理和TCS3200顏色傳感器識(shí)別顏色的

44、原理的分析，設(shè)計(jì)出一個(gè)合適的可行的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。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。最后，將轉(zhuǎn)化后的數(shù)字量送到AT89S52單片機(jī)進(jìn)行處理，得到被測(cè)物體所包含的RGB三原色的顏色值，之后利用LCD1602顯示出來。</p><p>　　本文研究的色彩識(shí)別系統(tǒng)的意義在于降低了色彩識(shí)別的難度，而且檢測(cè)結(jié)果能準(zhǔn)確可信，將有利于自動(dòng)化行業(yè)以及相關(guān)行

45、業(yè)的發(fā)展，同時(shí)為這個(gè)領(lǐng)域以后的研究提出自己的一點(diǎn)見解。另外，文中實(shí)現(xiàn)的顏色識(shí)別系統(tǒng)可用于機(jī)器人比賽的視覺識(shí)別系統(tǒng)。</p><p>　　2 顏色識(shí)別及顏色傳感器技術(shù)介紹</p><p><b>　　2.1 色彩識(shí)別</b></p><p>　　正如我們所知道的那樣，色彩實(shí)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，

46、而且存在著個(gè)體差異。專業(yè)人士在設(shè)計(jì)一個(gè)色彩識(shí)別系統(tǒng)的時(shí)候，會(huì)很仔細(xì)地以5%甚至更小的區(qū)別來仔細(xì)調(diào)整色彩之間的比值。當(dāng)這些類似色并排在一起時(shí)，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(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)，普通人是無法區(qū)別出這5%什么更大的差異的。因此大多數(shù)人會(huì)簡(jiǎn)單的將他們所看到的某個(gè)色彩歸類到他們能用簡(jiǎn)單語言描述的一類顏色，比如紅、黃、白，或在這個(gè)基礎(chǔ)上加以設(shè)當(dāng)?shù)膮^(qū)分，比如橘黃，有點(diǎn)發(fā)白的

47、橘黃等。這種普通人感知的色彩可以被看作圍繞著一個(gè)核心色的一個(gè)一個(gè)的區(qū)間，在這個(gè)區(qū)間中的所有顏色在色彩識(shí)別的時(shí)候，都會(huì)被看作是一種色彩。初中同一色彩識(shí)別區(qū)間的所有色彩盡管值不一樣，但是對(duì)于受眾而言是一樣的。</p><p>　　2.2 色彩識(shí)別算法</p><p>　　2.2.1色彩識(shí)別的應(yīng)用</p><p>　　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

48、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程的檢測(cè)與控制，等等）。又如：圖書館使用顏色區(qū)分對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行分類，能夠極大的提高排架管理和統(tǒng)計(jì)等工作；在包裝行業(yè)，產(chǎn)品包裝利用不同的顏色或裝潢來表示其不同的性質(zhì)或用途；在品牌的形象設(shè)計(jì)和品牌推廣的競(jìng)爭(zhēng)中，色彩系統(tǒng)是一個(gè)比較重要的部分，設(shè)計(jì)師都會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間細(xì)致地調(diào)整不同色彩搭配之間的組合關(guān)系，以達(dá)到更好的視覺效果。</p><p

49、>　　2.2.2色彩識(shí)別一般算法</p><p><b>　　（1) 色彩空間</b></p><p>　　通常所看到的物體的顏色, 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)。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。</p><p>　　這里介紹一種最典型的

50、顏色模型,即RGB模型。如圖2.1所示,在這個(gè)顏色模型中, 3個(gè)軸分別為R、G、B。原點(diǎn)對(duì)應(yīng)的為黑色(0, 0, 0),離原點(diǎn)最遠(yuǎn)的頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)白色(255, 255, 255)。 由黑到白的灰度分布在從原點(diǎn)到最遠(yuǎn)頂點(diǎn)間的連線上, 正方體的其他六個(gè)角點(diǎn)分別為紅、 黃、綠、青、藍(lán)、和品紅。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。每一種顏色都有唯一的RGB值與它對(duì)應(yīng)。</p><p>

51、;<b>　　（2) 白平衡算法</b></p><p>　　顏色實(shí)際就是物體對(duì)光的反射或投射而表現(xiàn)出來在人眼中的反映, 而 TCS3200 就是通過分別檢測(cè)一種顏色反映出來的光的紅、綠、藍(lán)分量, 通過把光強(qiáng)線性轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào), 量化出R、G、B值, 從而計(jì)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(qiáng)是不同的, 而且非標(biāo)準(zhǔn)白光 (RGB三者不相等)在物體上反映出來的光強(qiáng)分量也是

52、不同的。</p><p>　　為解決這個(gè)問題,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)：</p><p>　　R=P物紅/P源紅 (1)</p><p>　　G=P物綠/P源綠 (2)</p><

53、;p>　　B=P物藍(lán)/P源藍(lán) (3)</p><p>　　由于在 RGB 坐標(biāo)下的顏色標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)為 0-255 之間,所以把所得結(jié)果乘以 255,即得到標(biāo)準(zhǔn)的 RGB 值。 透明物體直接測(cè)量光源的光強(qiáng)-頻率值,不透明物體需要用白紙測(cè)量反射光源。</p><p>　　2.3顏色傳感器技術(shù)</p><p>　　2.3.1顏色檢測(cè)的難點(diǎn)</p><

54、;p>　　物體顏色信息十分廣泛,顏色的確定需要色調(diào)、明度和飽和度三大要素或三原色(紅綠藍(lán))的刺激值。影響顏色檢測(cè)準(zhǔn)確度的參數(shù)主要有:照射光、物體反射、光源方位、觀測(cè)方位和傳感器性能等,任何一個(gè)參數(shù)發(fā)生變化都會(huì)導(dǎo)致觀察到的顏色發(fā)生變化。</p><p><b>　?。?）光源的影響</b></p><p>　　照射光包含有太陽光和外界雜散光,太陽照射角度、云層厚度

55、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。</p><p>　　為彌補(bǔ)光源變化帶來的測(cè)量誤差,Judd等人在1964年提出了照射光修正模型,但盡管如此,照射光引起物體顏色檢測(cè)的誤差仍不容忽視。</p><p>　?。?) 光源方位和觀測(cè)方位的影響</p><p>　　光源方位,也就是被測(cè)物體指向光源的法線方向,它決定了有多少太陽光或外界雜散

56、光作為入射光。觀測(cè)方位是指被測(cè)物體指向傳感器的法線方向,它決定了反射到傳感器中的光強(qiáng)。</p><p>　?。?) 被測(cè)物表面反射狀況的影響</p><p>　　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。被測(cè)物表面的較明顯凹凸區(qū)域也會(huì)給輸出信號(hào)帶來較大的誤差,為此 ,

57、Phong,Shafer和 Nayar等人先后提出了反射模型以彌補(bǔ)測(cè)量誤差。</p><p>　　2.3.2顏色傳感器</p><p>　?。?）RGB 顏色傳感器</p><p>　　RGB顏色傳感器對(duì)相似顏色和色調(diào)的檢測(cè)可靠性較高。它的測(cè)量原理示意圖如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2　RGB顏色傳感器</p>&

58、lt;p>　　在三個(gè)光電二極管上貼上三基色濾色片,三種光通過同一透鏡發(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。由于這種顏色檢測(cè)法是通過測(cè)量構(gòu)成物體顏色的三基色實(shí)現(xiàn)顏色檢測(cè)的,所以精密度極高,能準(zhǔn)確區(qū)別極其相似的顏色,甚至相同顏色的不同色調(diào)。</p><p>　　RGB顏色傳感器有兩種測(cè)量模式:一種是分析紅、綠、藍(lán)光的比例。因?yàn)闄z測(cè)距離無論怎樣變化,只能引起光強(qiáng)的變化,而三種顏色光的比例不會(huì)變,因此

59、,即使在目標(biāo)有機(jī)械振動(dòng)的場(chǎng)合也可以檢測(cè);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。無論應(yīng)用哪種模式,大多數(shù) RGB 顏色傳感器都有導(dǎo)向功能,使其非常容易設(shè)置。這種傳感器大多數(shù)都有內(nèi)建的某種形式的圖表和閾值,利用它可確定操作特性。</p><p>　　利用全色色敏器件及相關(guān)分析手段可以較精確地測(cè)定顏色,一般來說,它至少需要三個(gè)光電二

60、極管以及三個(gè)相應(yīng)的濾光器,以獲得顏色的三刺激值,因此結(jié)構(gòu)和電路都比較復(fù)雜。</p><p><b>　　（2) 色差傳感器</b></p><p>　　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。例如,對(duì)家用電器、汽車外殼的色彩管理,對(duì)紙漿、油漆、彩色鋼板等

61、色彩進(jìn)行讀取和控制,只要檢測(cè)出兩種顏色存在一定的色差,就能將它們區(qū)分開來。色差傳感器已發(fā)展出硅雙結(jié)、 光纖、有機(jī)材料等多種,由于其價(jià)格便宜,動(dòng)態(tài)響應(yīng)效果好,能實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)測(cè)量,所以除染色等特殊行業(yè)外,工業(yè)上一般都采用色差傳感器。</p><p>　　硅雙結(jié)型顏色傳感器：</p><p>　　硅雙結(jié)型顏色傳感器的結(jié)構(gòu)及主要特性如圖2.3所示。</p><p>　　圖2

62、.3 　硅顏色傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖與特性曲線</p><p>　　圖2.3(a)中所示的N-P-N是結(jié)深不同的兩個(gè)P-N結(jié)二極管,放大作用很小。淺結(jié)二極管D1是N+- P結(jié);深結(jié)二極管D2是P-N結(jié),當(dāng)有入射光照射時(shí)，N+，P，N每個(gè)區(qū)域及其間的勢(shì)壘區(qū)中都有光子吸收,根據(jù)硅的光學(xué)性質(zhì),藍(lán)紫光部分吸收系數(shù)大,經(jīng)很短距離已吸收完畢,因此淺結(jié)光電二極管對(duì)藍(lán)紫光的靈敏度高,而紅外光的透射深度則一直達(dá)到深結(jié)區(qū),因此深結(jié)光電二

63、極管對(duì)紅外光的靈敏度高。這就是說此結(jié)構(gòu)中的不同區(qū)域?qū)ν徊ㄩL(zhǎng)入射光具有不同的靈敏度,這一特性提供了將這種器件用于顏色識(shí)別的可能性。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。由于單色入射光的波長(zhǎng)與色敏器件的短路電流比的對(duì)數(shù)存在近似的線性關(guān)系,即</p><p><b>　　,</b></p><

64、p>　　式中A和B值通過對(duì)預(yù)先測(cè)定數(shù)據(jù)擬合得到。所以根據(jù)短路電流比,如圖 2.3(b) 所示,就可以得到入射光的波長(zhǎng)。</p><p>　　這種傳感器的突出優(yōu)點(diǎn)是:短路電流比與光強(qiáng)無關(guān),幾乎只與入射光波長(zhǎng)相關(guān)。但色敏器件的輸出電流很小,很容易受外界的干擾,因此需要對(duì)放大電路進(jìn)行屏蔽。</p><p><b>　　液晶顏色傳感器：</b></p>&

65、lt;p>　　液晶顏色傳感器由紅外玻璃濾色片、 電子控制雙折射液晶和硅 P2N 結(jié)光電二極管組成,其結(jié)構(gòu)截面如圖2.4 所示。</p><p>　　圖2.4　顏色傳感器結(jié)構(gòu)</p><p>　　傳感器的光靈敏度可近似表示為</p><p>　　Tr(λ) ～ Ir(λ)I(λ)Ph(λ) ,</p><p>　　式中Tr(λ)為傳感器的

66、光譜靈敏度;Ir(λ)為透過紅外濾色片的光強(qiáng);I(λ)為透過液晶單元的光強(qiáng);Ph(λ)為光電二極管檢測(cè)到的光強(qiáng);λ為入射光的波長(zhǎng)。透過液晶的光強(qiáng) I(λ)是加在液晶兩端電壓的函數(shù),即</p><p>　　I (λ) = I0(λ)sin2 (2ψ) sin2 (πR/λ) ,</p><p>　　R = ( ne - n0) d – Rb</p><p>　　式中d

67、為液晶層的厚度;ne為液晶層中非常光線的折射率; n0為液晶層中尋常光線的折射率; Rb為聚酯薄膜中的光延遲; R為液晶單元有效的光延遲; I0(λ)為射到液晶上的入射光強(qiáng)度;ψ為液晶分子軸在電極上的投影方向和起偏振器方向夾角。</p><p>　　其測(cè)量原理是利用紅外玻璃濾色片濾掉入射光中的紅外成分,改變液晶兩端的電壓,可以改變液晶層中的非常光折射率 ne ,從而改變光強(qiáng) I(λ)。光電二極管檢測(cè)到光強(qiáng)與存儲(chǔ)在

68、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。</p><p>　　用該傳感器檢測(cè)采用同樣材料編織而穿著方式不同的兩件衣服,傳感器輸出電壓的峰值有差異,這意味著這種傳感器靈敏,可分辨出非常小的顏色差別。</p><p><b>　　光纖顏色傳感器：</b></p><p>　　光纖是20世紀(jì)70年代為通信而發(fā)展的一種新型材料,與其它材料相比

69、,光纖具有良好的傳光性能和較寬的頻帶,因而被廣泛地應(yīng)用在通信領(lǐng)域中。除此之外,光纖本身還是一個(gè)敏感元件,即光在光纖中傳輸時(shí),光的特性如振幅、波長(zhǎng)(顏色)、相位、偏振態(tài)等將隨檢測(cè)對(duì)象變化而相應(yīng)變化。光從光纖射出時(shí),光的特性得到調(diào)制,通過對(duì)調(diào)制光的檢測(cè),便能感知外界的信息。為充分發(fā)揮光纖的這一特性,自70年代中期以來出現(xiàn)了許多特殊的光纖傳感器,如光纖強(qiáng)度、相位、(波長(zhǎng))顏色傳感器等。</p><p>　　光纖顏色傳感

70、器的裝置如圖2.5 所示。</p><p>　　圖2.5　光纖顏色傳感器的實(shí)驗(yàn)裝置</p><p>　　光源發(fā)出的光由透鏡耦合到光纖束,在光纖束的出射端經(jīng)分光板反射到達(dá)被測(cè)物,RGB 標(biāo)準(zhǔn)濾色片同裝在一個(gè)旋轉(zhuǎn)盤上,當(dāng)旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),物體反射的不同波長(zhǎng)的光相繼經(jīng)過濾色片到達(dá)光探測(cè)器,從光敏管電流強(qiáng)弱,即可反映被測(cè)圖樣顏色。與傳統(tǒng)傳感器相比它具有以下優(yōu)點(diǎn):</p><p>

71、;　　(1) 利用光纖束解決了普遍存在的光能量和光源散熱問題;</p><p>　　(2) 結(jié)構(gòu)小而緊湊, 便于安裝, 可實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè),傳感頭高度密封,適于惡劣條件,具有可靠的抗干擾措施;</p><p>　　(3) 響應(yīng)速度快,便于與計(jì)算機(jī)接口自動(dòng)地判斷或記數(shù)。</p><p>　　有機(jī)靜電感應(yīng)顏色傳感器：</p><p>　　近年來,已有

72、越來越多的研究者提出采用有機(jī)材料制成光電傳感器,這種傳感器成本低,應(yīng)用范圍廣,但目前還只處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。1986年Tang曾報(bào)道了利用有機(jī)材料制成光電轉(zhuǎn)換效率很高的太陽能電池,由此可見有機(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。</p><p>　　Kudo利用兩種染料制成了一種P型有機(jī)靜電感應(yīng)傳感器(static induction t ransistor ,SIT)

73、 ,并研究了其光電特性。圖2.6是 Kudo制成的有機(jī)靜電感應(yīng)顏色傳感器的結(jié)構(gòu)圖。</p><p>　　有機(jī)靜電感應(yīng)顏色傳感器有兩個(gè)有機(jī)半導(dǎo)體層,分別是酞青藍(lán)和部化青兩種染料,酞青藍(lán)和部化青膜的厚度分別為80nm和140nm,它們通過真空沉降方法覆蓋在涂有錫銦氧化物的玻璃片上,酞青藍(lán)和部化青膜之間具有P型半導(dǎo)體特性。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

74、電極。當(dāng)加載在鋁電極上的電壓增加時(shí),測(cè)量電極之間的電流增加,反之,測(cè)量電極間的電流減少。Kudo對(duì)有機(jī)靜電感應(yīng)顏色傳感器進(jìn)行了光敏實(shí)驗(yàn),光從部化青膜側(cè)照射,在兩個(gè)測(cè)量電極上加載2.5V的輸入電壓,電極間的測(cè)量電流IDS則隨著加載在鋁電極上的電壓(VG)變化而變化的,測(cè)量結(jié)果如圖2.7所示。</p><p>　　圖2.6 有機(jī)靜電感應(yīng)傳感器結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖2.7 有機(jī)靜電感應(yīng)

75、傳感器的光敏特性</p><p>　　從圖2.7中還可以看出,IDS 在600nm時(shí)有一峰值,這說明酞青藍(lán)層對(duì)600nm光的吸收性非常強(qiáng)。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。</p><p><b>　　2.4 本章小結(jié)</b></p&g

76、t;<p>　　本章對(duì)色彩識(shí)別與各種顏色傳感器技術(shù)進(jìn)行了深入的介紹，主要包括色彩識(shí)別的一般算法（白平衡算法），以及色彩識(shí)別在現(xiàn)實(shí)社會(huì)中的一些具體應(yīng)用，另外還介紹了幾種主要的傳感器技術(shù)，為后面的色彩識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)做好了準(zhǔn)備。</p><p>　　3 基于TCS3200的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　本論文主要是研究和設(shè)計(jì)色彩識(shí)別系統(tǒng)。本系統(tǒng)是以AT89S52單片機(jī)為核心，以TC

77、S3200顏色傳感器和LCD1602為子系統(tǒng)建立起來的。</p><p>　　3.1 AT89S52單片機(jī)簡(jiǎn)介</p><p>　　本系統(tǒng)采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S52單片機(jī)作為微處理器。AT89S52與MCS-51系列單片機(jī)完全兼容，它采用靜態(tài)時(shí)鐘方式，可以大大節(jié)省耗電量。AT89S52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程

78、序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，功能強(qiáng)大的AT89S52單片機(jī)已經(jīng)應(yīng)用于較復(fù)雜的系統(tǒng)控制場(chǎng)合。AT89S52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫口線，AT89S52可按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，亦可在線編程。其將通用之微處理器及Flash存儲(chǔ)器結(jié)合，特別是可反復(fù)擦寫的FLASH存儲(chǔ)器可有效降低開發(fā)成本。AT8

79、9C52及AT89S52之別，在于C及S， C表示需用并行編程器下載（接線多且復(fù)雜），S表示可支持ISP下載，可在89S52系統(tǒng)板上面預(yù)留ISP下載接口,AT89S52引腳如圖3.1所示,實(shí)物圖如圖3.2。</p><p>　　圖3.1 S52單片機(jī)管腳圖 圖3.2 S52單片機(jī)實(shí)物圖</p><p>　　3.1.1 AT89S52的主要性能和參數(shù)</

80、p><p>　?。?）與MCS-51單片機(jī)完全兼容的指令和引腳排列以及工作特性。</p><p>　　（2）片內(nèi)程序存儲(chǔ)器內(nèi)含8K可重復(fù)擦寫的Flash程序存儲(chǔ)器。</p><p>　?。?）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)含256字節(jié)的RAM。</p><p>　?。?）3個(gè)可編程的16位計(jì)數(shù)器(定時(shí)器)和32個(gè)可編程I/O口線。</p><

81、;p>　?。?）串行口是具有一個(gè)全雙工的可編程的串行通信口。</p><p>　?。?）中斷系統(tǒng)是具有8個(gè)中斷源、6個(gè)中斷矢量、2個(gè)優(yōu)先權(quán)的中斷機(jī)構(gòu)。 </p><p>　　（7）低功耗模式有空閑模式和掉電模式。 </p><p>　?。?）編程頻率是3-24MH,編程啟動(dòng)電流是1mA。 </p><p>

82、　?。?）AT89S52的工作電壓為5V。</p><p>　　3.1.2 AT89S52的主要功能</p><p>　　圖3.3 52單片機(jī)管腳功能圖</p><p>　　P0口——8位漏極開路之雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口亦被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種

83、模式下，P0不具有內(nèi)部上拉電阻。在FLASH編程時(shí)，P0口亦用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需外部上拉電阻。</p><p>　　P1口——有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì)P1 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可作輸入口用。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（IIL）。對(duì)P1 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)

84、部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可作輸入口用。作輸入用時(shí)，被外部拉低的引腳因內(nèi)部電阻，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0及P1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2之外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）及時(shí)器/計(jì)數(shù)器2之觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），詳見表3.1所示。在flash編程及校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。 </p><p>　　表3.1 P1口的第二功能</p><p&

85、gt;　　P2口——有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P2 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可作輸入口。作輸入用時(shí)，被外部拉低的引腳因內(nèi)部電阻，將輸出電流（IIL）。 在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR） 時(shí)，P2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在用8位地址（如MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P

86、2口輸出P2鎖存器之內(nèi)容。在FLASH編程及校驗(yàn)時(shí)，P2口亦接收高8位地址字節(jié)及一些控制信號(hào)。 </p><p>　　P3口——有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，p3輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P3端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可用作輸入口。作輸入用時(shí)，被外部拉低的引腳因內(nèi)部電阻之原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）用，如表3.2所示。在FLASH編

87、程及校驗(yàn)時(shí)，P3口亦接收些控制信號(hào)。此外，P3口亦接收些用于FLASH閃存編程及程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。</p><p>　　表3.2 P3口的第二功能</p><p>　　RST——復(fù)位輸入。振蕩器工作時(shí)，RST引腳有兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。 </p><p>　　ALE/PROG——訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于

88、鎖存地址的低8位字節(jié)。一般，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定之脈沖信號(hào)，故它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。需注意：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖。對(duì)FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳亦用于輸入編程脈沖（PROG）。若必要，可通過對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX及MOVC指令方能將ALE激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE

89、禁止位無效。</p><p>　　PSEN——程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器之讀選通信號(hào)，AT89S52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過兩次PSEN信號(hào)。 </p><p>　　EA/VPP——外部訪問允許，要CPU僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H-FFFFH），EA端須保持低電平（

90、接地）。需注意：若加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。若EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器之指令。 </p><p>　　FLASH存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。</p><p>　　XTAL1——振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路之輸入端。</p><p>　　X

91、TAL2——振蕩器反相放大器之輸出端。</p><p>　　3.2 TCS3200顏色識(shí)別原理簡(jiǎn)介</p><p>　　3.2.1 TCS3200芯片的結(jié)構(gòu)框圖與特點(diǎn)</p><p>　　TCS3200是TAOS公司推出的可編程彩色光到頻率的轉(zhuǎn)換器，是TCS32000的升級(jí)版，二者功能基本一致，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(gè)單一的CMOS電路上，

92、同時(shí)在單一芯片上集成了紅綠藍(lán)（RGB）三種濾光器，是業(yè)界第一個(gè)有數(shù)字兼容接口的RGB彩色傳感器，TCS3200的輸出信號(hào)是數(shù)字量，可以驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)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(gè)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(jiǎn)單，圖3.4是TCS3200的引腳和功能框圖。</p><p>　　圖3.4 TCS3200的

93、引腳和功能圖</p><p>　　TCS3200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(gè)光電二極管，這些二極管分為四種類型，其16個(gè)光電二極管帶有紅色濾波器；16個(gè)光電二極管帶有綠色濾波器；16個(gè)光電二極管帶有藍(lán)色濾波器，其余16個(gè)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(shí)別的精確度；另一方面，相同顏色的1

94、6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。工作時(shí)，通過兩個(gè)可編程的引腳來動(dòng)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2Hz－500kHz，用戶還可以通過兩個(gè)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(cè)量范圍，提高了它的適應(yīng)能力。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。<

95、;/p><p>　　從圖3.4可知：當(dāng)入射光投射到TCS3200上時(shí)，通過光電二極管控制引腳S2、S3的不同組合，可以選擇不同的濾波器；經(jīng)過電流到頻率轉(zhuǎn)換器后輸出不同頻率的方波（占空比是50％），不同的顏色和光強(qiáng)對(duì)應(yīng)不同頻率的方波；還可以通過輸出定標(biāo)控制引腳S0、S1，選擇不同的輸出比例因子，對(duì)輸出頻率范圍進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)不同的需求。 下面簡(jiǎn)要介紹TCS3200芯片各個(gè)引腳的功能及它的一些組合選項(xiàng)。</p>

96、;<p>　　S0、S1用于選擇輸出比例因子或電源關(guān)斷模式；S2、S3用于選擇濾波器的類型；OE反是頻率輸出使能引腳，可以控制輸出的狀態(tài)，當(dāng)有多個(gè)芯片引腳共用微處理器的輸出引腳時(shí)，也可以作為片選信號(hào)，OUT是頻率輸出引腳，GND是芯片的接地引腳，VCC為芯片提供工作電壓，表3.3是S0、S1及S2、S3的可用組合。</p><p>　　表3.3 S0、S1及S2、S3的組合選項(xiàng)</p>

97、<p>　　3.2.2 TCS3200識(shí)別顏色的原理</p><p>　　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(jì)測(cè)量應(yīng)用領(lǐng)域，如彩色打印、醫(yī)療診斷、計(jì)算機(jī)彩色監(jiān)視器校準(zhǔn)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TCS3200在液體顏色識(shí)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(shí)。</p><p>　　(1)三原色的

98、感應(yīng)原理 </p><p>　　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)。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(lán)B、紫P）。根據(jù)德國(guó)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(lán)）混合而成的。</p&g

99、t;<p>　?。?）TCS3200識(shí)別顏色的原理 </p><p>　　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(cè)試物體的顏色。對(duì)于TCS3200來說，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，阻止其他原色的通過。例如：當(dāng)選擇紅色濾波器時(shí)，入射光中只有紅色可以通過，藍(lán)色和綠色都被阻止，這樣就可以得到紅色光的光強(qiáng)；同時(shí)，選擇其他的濾波器，就可以得到藍(lán)色光和綠色光

100、的光強(qiáng)。通過這三個(gè)值，就可以分析投射到TCS3200傳感器上的光的顏色。</p><p>　?。?）白平衡和顏色識(shí)別原理 </p><p>　　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(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的光傳感器來說，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

101、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。進(jìn)行白平衡調(diào)整是為后續(xù)的顏色識(shí)別做準(zhǔn)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(gè)白色的光源，使入射光能夠穿過試管照射到TCS3200上；根據(jù)前面所介紹的方法，依次選通紅色、綠色和藍(lán)色濾波器，分別測(cè)得紅色、綠色和藍(lán)色的值，然后就可計(jì)算出需要的3個(gè)調(diào)整參數(shù)。當(dāng)TCS3200識(shí)別顏色時(shí)，就用這3個(gè)

102、參數(shù)對(duì)所測(cè)顏色的R、G和B進(jìn)行調(diào)整。這里有兩種方法來計(jì)算調(diào)整參數(shù)： 1、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)。當(dāng)計(jì)數(shù)到255時(shí)停止計(jì)數(shù)，分別計(jì)算每個(gè)通道所用的時(shí)間，這些時(shí)間對(duì)應(yīng)于實(shí)際測(cè)試時(shí)TCS3200每種濾波器所采用的時(shí)間基準(zhǔn)，在這段時(shí)間內(nèi)所測(cè)得的脈沖數(shù)就是所對(duì)應(yīng)的R、G和B的值。</p><p>　　2、設(shè)置定時(shí)器為一固定時(shí)間 （例如10ms），然后選通三種顏色的濾波器，

103、計(jì)算這段時(shí)間內(nèi)TCS3200的輸出脈沖數(shù)，計(jì)算出一個(gè)比例因子，通過這個(gè)比例因子可以把這些脈沖數(shù)變?yōu)?55。在實(shí)際測(cè)試時(shí)，室外同樣的時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)，把測(cè)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(duì)應(yīng)的R、G和B的值。</p><p>　　3.3 LCD1602簡(jiǎn)介</p><p>　　液晶顯示器簡(jiǎn)稱LCD顯示器，它是利用液晶經(jīng)過處理后能改變光線的傳輸方向的特性顯示信息的。液晶顯示器具有體

104、積小、重量輕、功耗極低、顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到了日益廣泛的應(yīng)用。液晶顯示器按其功能可分為三類：筆段式液晶顯示器、字符點(diǎn)陣式液晶顯示器和圖形點(diǎn)陣式液晶顯示器。前兩種可顯示數(shù)字、字符和符號(hào)等，而圖形點(diǎn)陣式液晶顯示器還可以顯示漢字和任意圖形，達(dá)到圖文并茂的效果。</p><p>　　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。它是由若干個(gè)5*7或5*11等點(diǎn)陣符位組

105、成的，每一個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。點(diǎn)陣字符位之間有一定點(diǎn)距的間隔，這樣就起到了字符間距和行距的作用。</p><p>　　要使用點(diǎn)陣型LCD顯示器，必須有相應(yīng)的LCD控制器、驅(qū)動(dòng)器來對(duì)LCD顯示器進(jìn)行掃描、驅(qū)動(dòng)，以及一定空間的ROM和RAM來存儲(chǔ)寫入的命令和顯示字符的點(diǎn)陣?，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。使用時(shí)只要向LCM送入相應(yīng)的命令和數(shù)據(jù)

106、就可以實(shí)現(xiàn)顯示所需的信息。</p><p>　　目前市場(chǎng)上常用的有16字*1行、16字*2行、20字*2行和40字*2行等的字符液晶顯示模塊。這些LCM雖然顯示字符數(shù)各不相同，但是都具有相同的輸入輸出界面。本文將介紹16*2字符型液晶顯示模塊CA1602A的應(yīng)用。</p><p>　　3.3.1 字符型液晶顯示模塊CA1602A的外觀與引腳</p><p>　　CA