摘要：本文主要介紹顏色分析儀的研制方法，采用顏色傳感器TCS3200D對顏色進行采集，以單片機為控制核心，識別出相應(yīng)的顏色并與存于數(shù)據(jù)庫中的標準顏色相比較，然后打印出所識別的顏色與標準顏色的差別，以利于進一步的進行分析處理。本儀器產(chǎn)品成本較低，適于普通家庭使用，可以達到微型化的設(shè)計目標。

關(guān)鍵詞：顏色分析儀；顏色傳感器TCS3200D；單片機；數(shù)據(jù)庫

中圖分類號：X853 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599 （2012） 22-0000-02

1 前言

隨著紡織印染、造紙、玻璃等制造行業(yè)的發(fā)展，為了提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低因顏色與標準樣式的偏差及不均等現(xiàn)象而出現(xiàn)次品和廢品，對物體顏色的測量不僅要求精度高，而且要作在線測量，以便隨時監(jiān)測產(chǎn)品的顏色，出現(xiàn)偏差及時處理。CCD圖像傳感器（Charged Coupled Device）于1969年在貝爾試驗室研制成功，之后由日商等公司開始量產(chǎn)，其發(fā)展歷程已經(jīng)將近30多年，從初期的10多萬像素已經(jīng)發(fā)展至目前主流應(yīng)用的500萬像素。CCD又可分為線型（Linear）與面型（Area）兩種，其中線型應(yīng)用于影像掃瞄器及傳真機上，而面型主要應(yīng)用于數(shù)碼相機（DSC）、攝錄影機、監(jiān)視攝影機等多項影像輸入產(chǎn)品上。這些都造就了儀器昂貴的價格，僅國產(chǎn)的儀器價格就為五千左右，進口的儀器甚至達到了千萬，如西門子、科寶等產(chǎn)品，不適用于普通家庭使用。

隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)向高速化、自動化方向的發(fā)展，顏色檢測系統(tǒng)被越來越廣泛地應(yīng)用于顏色測量、顏色變化的識別、打印控制、顏色校正和機器人安全監(jiān)控等領(lǐng)域。目前，顏色傳感器通常是在獨立的光電二極管上覆蓋經(jīng)過修正的紅、綠、藍濾光片，然后對輸出信號進行相應(yīng)處理，才能識別顏色信號。其輸出為模擬信號，需要一個A/D電路進行采樣，再對該信號進一步處理，才能進行識別，因此增加了電路的復(fù)雜性，并且存在較大的識別誤差，影響了識別效果。美國TAOS公司最新推出的顏色傳感器TCS3200D，不僅能實現(xiàn)顏色的識別與檢測，與傳統(tǒng)的顏色傳感器相比，還具有許多優(yōu)良特性。TCS3200D的反應(yīng)速度快，可用軟件設(shè)置改變對顏色的選擇，輸出為數(shù)字信號，使用方便，有較強的抗干擾能力，可以大大地簡化電路，降低成本，滿足人們的需求，也漸漸地被廣大群眾接受并使用。

2 系統(tǒng)硬件方案設(shè)計

2.1 系統(tǒng)工作原理

采用最新的顏色傳感器TCS3200D對顏色進行采集，并分析出不同顏色與存于數(shù)據(jù)庫中的標準顏色相比較所具有的誤差，然后打印分析的結(jié)果[1]。而生產(chǎn)過程中長期以來由人眼起主導(dǎo)作用的顏色識別工作將越來越多地被相應(yīng)的顏色傳感器所替代。目前的顏色傳感器通常是在獨立的光電二極管上覆蓋經(jīng)過修正的紅、綠、藍濾光片，然后對輸出信號進行相應(yīng)的處理，才能將顏色信號識別出來， 但是輸出的是模擬信號，需要一個A/D 電路進行采樣，再對信號進一步處理才能進行識別，增加了電路的復(fù)雜性，并且存在較大的識別誤差，影響了識別的效果。

2.2 顏色傳感器的選擇

國內(nèi)及國外的顏色分析儀及相關(guān)使用到顏色分析的儀器都采用最先進的彩色CCD光電耦和感應(yīng)系統(tǒng)，采用發(fā)光二極管并使用光電耦合感應(yīng)CCD系統(tǒng)進行光電信號轉(zhuǎn)換。CCD是一種金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的新型元件，它具有光電轉(zhuǎn)換、信號存儲和信號傳輸?shù)墓δ?。在圖象傳感、信息處理和信息存貯等方面應(yīng)用廣泛，愈發(fā)受到人們的青睞。在軍事、精密跟蹤與測量、產(chǎn)品在線檢測、無損探測、攝像、航天航空攝影等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。

色彩是不同波長的電磁波組成的，光是電磁波的一種，紅色光的波長要長些，藍色要短些，人的眼睛只能接受紅綠藍三種波長的光，這些顏色是大腦合成出來的，紅外線、紫外線人眼不能看見，也就沒有辦法轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的顏色。顏色識別儀主要的設(shè)計內(nèi)容為進行顏色識別，現(xiàn)代社會需要識別不同物體的顏色，然而簡單的利用人眼識別有很大的誤差。生產(chǎn)過程中長期以來由人眼起主導(dǎo)作用的顏色識別工作將越來越多地被相應(yīng)的顏色傳感器所替代。而傳感器選擇的不一樣，整個系統(tǒng)方案就完全不一樣，主要有兩種方案。

方案一為在獨立的光電二極管上覆蓋經(jīng)過修正的紅、綠、藍綠光片，然后對輸出信號進行相應(yīng)處理后再進行顏色信號識別[2]。

方案二為選用TAOS公司推出的可編程彩色光到頻率的轉(zhuǎn)換器TCS3200D來采集顏色信號。美國TAOS公司最新推出的顏色傳感器TCS3200D，不僅能實現(xiàn)顏色的識別與檢測，與傳統(tǒng)的顏色傳感器相比，還具有許多優(yōu)良特性。TCS3200D的反應(yīng)速度快，可用軟件設(shè)置改變對顏色的選擇，使出為數(shù)字信號，使用方便，有較強的抗干擾能力。而且TCS3200D最大的特點是將信號采集、放大、A/D接口集于一身。TCS3200D輸出信號為一系列方波信號，故可直接接至微機（如單片機的計數(shù)器管腳）。其不再需要像模擬輸出那樣要有A/D接口和專門的信號處理電路，大大精簡了檢測系統(tǒng)，是產(chǎn)品成本降低的同時，也可以達到微型化的設(shè)計目標。因此選用這種作為本次設(shè)計的方案。

2.3 顏色傳感器的優(yōu)點

在TCS3200D單一的芯片上集成了紅綠藍三種濾光器。用戶還可以通過S0、S1兩個引腳來選擇100%、20%、2%輸出比例因子，即對于不同的未處理器，通過對比例因子的選擇，使傳感器的輸出頻率能和微處理器相匹配。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電路上，同時在單一芯片上還集成了紅綠藍（RGB）三種濾光器，是業(yè)界第一個有數(shù)字兼容接口的RGB彩色傳感器。TCS3200D的輸出信號是數(shù)字量，可以驅(qū)動標準的TTL或CMOS邏輯輸入，因此可直接與微處理器或其它邏輯電路相連接。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，使電路變得更簡單。顏色傳感器TCS3200D如圖1所示[3]。

這種可編程的彩色光到頻率轉(zhuǎn)換器適合于色度計測量應(yīng)用領(lǐng)域，如彩色打印、醫(yī)療診斷、計算機彩色監(jiān)視器校準以及油漆、紡織品、化妝品和印刷材料的過程控制和色彩配合。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計方案

系統(tǒng)主程序流程圖如圖2所示。圖中的數(shù)據(jù)傳輸部分包括上位機數(shù)據(jù)傳輸、液晶數(shù)據(jù)傳輸及打印機數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>

3.1 顏色識別程序設(shè)計

在顏色識別時，必須得到它的RGB值才能判斷出其顏色，為了在短時間內(nèi)得到顏色的RGB值，可在顏色識別程序中循環(huán)開通紅色濾波器、綠色濾波器和藍色濾波器。顏色識別子程序的流程圖如圖3所示[4]。

3.2 數(shù)據(jù)傳輸程序設(shè)計

采用RS232串口通訊線來將單片機發(fā)送的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C界面上。

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸程序的流程圖如圖4所示。

3.3 微型打印機程序設(shè)計

微型打印機的打印數(shù)據(jù)程序在顏色RGB值采集后可以進行打印預(yù)覽或者直接打印，若無打印機，還可以將結(jié)果以PDF的格式保存起來。

4 總結(jié)

采用顏色傳感器TCS3200D來設(shè)計顏色分析儀，不僅精度高容量大，分析采集的顏色與原來的顏色誤差很小，而且成本低，適合于家庭使用和批量生產(chǎn)。

參考文獻：

[1]周梅，趙光興.一種便攜式尿液分析儀設(shè)計.中國儀器儀表，2007年12月：75-77.

[2]張松燦，肖本賢.高分辨率顏色傳感器TCS230的原理和應(yīng)用.單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2005年3月：44-46.

[3]胡建民.顏色傳感器TCS230及顏色識別電路.單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2006年第4期：40-53.

[4]陸徐平，徐耀良等.基于TCS230的新型雙路顏色傳感器的研制.電子技術(shù)應(yīng)用，2007年第8期：89-91.

[作者簡介]

王麗平（1974-），女，漢族，吉林長春人，長春工程學(xué)院，講師；蔡長青（1971-），女，漢族，吉林長春人，長春工程學(xué)院，副教授。

“吉林省教育廳“十二五”科學(xué)技術(shù)研究項目：吉教科合字2011第244號”