基于單片機(jī)便攜式顏色自適應(yīng)識別電路的設(shè)計

摘要：為解決電致變色器件的顏色變化受外界環(huán)境顏色控制的問題，設(shè)計了一種基于單片機(jī)的便攜式顏色自適應(yīng)識別電路。與傳統(tǒng)顏色識別電路相比較，該電路利用數(shù)字式的顏色傳感器來獲取外界環(huán)境顏色，產(chǎn)生的數(shù)字顏色信號易于單片機(jī)進(jìn)行處理。在電路中，下位機(jī)部分主要負(fù)責(zé)獲取電致變色器件變色參數(shù)及控制電致變色器件的顏色變化；而上位機(jī)部分主要負(fù)責(zé)把下位機(jī)獲取的電致變色器件變色參數(shù)進(jìn)行電壓到顏色的曲線擬合，并通過藍(lán)牙通信把擬合曲線參數(shù)傳遞給下位機(jī)。結(jié)果表明，該電路能自動根據(jù)環(huán)境顏色提供-4～4 V范圍步進(jìn)為0．1 V的電壓來驅(qū)動電致變色器件的顏色顯示，與傳統(tǒng)的顏色識別電路設(shè)計相比，識別的精度和速度都得到了明顯改善。
關(guān)鍵詞：顏色傳感器；顏色識剮；藍(lán)牙；單片機(jī)

顏色識別是模式識別領(lǐng)域的一個重要研究方向，利用顏色識別技術(shù)能使傳統(tǒng)依靠人眼進(jìn)行顏色判別的方法發(fā)生根本變革。這種新型技術(shù)采用顏色傳感器獲取外界的顏色信息，進(jìn)而通過基于計算機(jī)的信號處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)顏色的精確識別。
顏色識別技術(shù)經(jīng)歷了傳統(tǒng)模擬識別方法和現(xiàn)代數(shù)字化識別兩個階段。傳統(tǒng)的顏色識別方法采用模擬顏色探測器件來進(jìn)行外界顏色獲取，這種探測器件通常是在獨(dú)立的光電二極管上覆蓋經(jīng)過修正的紅、綠、藍(lán)濾光片，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生對應(yīng)的模擬信號；如果用微控制器對這些模擬信號進(jìn)行處理，就必須采用額外的AD轉(zhuǎn)換電路才能實(shí)現(xiàn)和微控制器的接口，而AD轉(zhuǎn)換電路的引入增加了信號的處理時間，對整個系統(tǒng)的速度有很大的影響；此外，由于一般的AD轉(zhuǎn)換存在量化誤差，系統(tǒng)的精度受到很大的限制，這些使得傳統(tǒng)的顏色識別方法逐漸被現(xiàn)在的數(shù)字式化的顏色識別技術(shù)所替代。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字式的顏色傳感器逐步取代了傳統(tǒng)的光電二極管傳感器，這種技術(shù)把顏色傳感器所需的光學(xué)、機(jī)械、電子等信號處理集成在很小的芯片上極大地縮小了顏色傳感器的體積。由于這種傳感器輸出的是數(shù)字量，因此可以通過數(shù)字處理技術(shù)來提高探測速度并保持檢測器輸出信號的精度。例如采用改進(jìn)的動態(tài)檢測方法來提高顏色探測的速度，采用數(shù)字電路來處理顏色數(shù)據(jù)等。
雖然數(shù)字傳感器已經(jīng)取得了一些成功，但其應(yīng)用于市場的技術(shù)還不夠成熟，隨著美國TAOS(Texas Advanced Optoelectronic Solutions)公司最新推出的顏色傳感器TCS230的面世，數(shù)字傳感器才真正被工程師們采用。這種顏色傳感器具有分辨率高、可編程的顏色選擇、數(shù)字輸出等特點(diǎn)。本文采用TCS230來作為系統(tǒng)的探測部分，基于該器件設(shè)計的顏色識別系統(tǒng)可以應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，也可以應(yīng)用于電致變色材料的變色研究以便獲得材料的變色參數(shù)。

1 TCS230簡介
1．1 主要特性
TCS230是美國TAOS公司推出的可編程光到頻率的轉(zhuǎn)換器。它把可配置的硅光電二極管與電流頻率轉(zhuǎn)換器集成在一個單一的CMOS(Comple-mentary Metal Oxide Semiconductor)電路上，同時在單一芯片上還集成了紅、綠、藍(lán)(RGB)3種濾光器，是業(yè)界第一個有數(shù)字兼容接口的RGB顏色傳感器。該數(shù)字兼容接口可以和微處理器直接連接，使電路設(shè)計變得簡單；此外，TCS230內(nèi)部每個顏色通道有10位的數(shù)字轉(zhuǎn)換精度，大大提高了顏色的獲取精度。
1．2 引腳說明
TCS230引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。TCS230外部有8個引腳，其內(nèi)部主要由光電二極管陣列和電流頻率轉(zhuǎn)換器組成，通過微處理器控制S0，S1，S2，S3的引腳電平可以控制TCS230輸出紅綠藍(lán)三顏色頻率值，通過標(biāo)定可以得到數(shù)值化的BGB值，該值可以采用計算機(jī)來進(jìn)行處理識別。