畢業(yè)設計--基于tcs230顏色傳感器的色彩識別器的設計

1、<p><b>　　畢業(yè)設計(論文)</b></p><p>　圖書分類號：</p><p>　密 級：</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)向高速化、自動化方向的發(fā)展，色彩識別廣泛應用于各種工業(yè)檢測和自動控制領域，而生產(chǎn)過程中長期以來由

2、人眼起主導作用的顏色識別工作將越來越多地被相應的顏色傳感器所替代。如：各種物體表面顏色識別（產(chǎn)品包裝色標檢測，產(chǎn)品外表特征顏色的檢測，液體溶液顏色變化過程的檢測與控制，等等）。而本文就是介紹如何通過使用TCS230顏色傳感器來實現(xiàn)色彩識別的功能的。</p><p>　　首先，通過了解一定深度的光與顏色的知識（主要是三原色的感應原理）以及深入學習研究TCS230識別顏色的原理，實現(xiàn)TCS230顏色傳感器測量顏色的功

3、能。其次，對所測得的數(shù)據(jù)進行處理，轉(zhuǎn)換成RGB三種顏色光數(shù)值。最后，通過LCD將經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)顯示出來。 本設計具有體積小、成本低、功能強等特點。</p><p>　　關鍵字：TCS230顏色傳感器；AT89S51單片機；LCD1602；色彩識別</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　As the mode

4、rn industrial production to high-speed, automatic direction of development, color recognition is widely used in various industrial areas of detection and automatic control, and the production process has long played a le

5、ading role by the human eye color will be more and more recognition Be replaced by the corresponding color sensor. Such as: all kinds of surface color recognition (detection of color product packaging, the products look

6、like the color of the test, the liquid solution, </p><p>　　First, by understanding light and color of a certain depth of knowledge (mainly primary colors of the induction principle) and identify the color-de

7、pth study of the principles TCS230, TCS230 color sensor to achieve the function of color. Secondly, the measured data is processed, converted into RGB three colors of light values. Finally, the LCD will be processed by t

8、he data displayed. The design has the characteristics of small size, low cost, functionality and so on.</p><p>　　Keywords TCS230 Color-Sensor AT89S51 MCU Color-Recognition</p><p><b>

9、　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要II</b></p><p><b>　　1 緒 論3</b></p><p>　　1.1 研究背景3</p><p>　　1.2 色彩識別及顏色傳感器技術的發(fā)展趨勢3</p><p>　　1

10、.2.1 顏色識別技術的研究成果3</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)顏色傳感器的研究成果與動態(tài)4</p><p>　　1.3本論文的主要工作及意義5</p><p>　　2 顏色識別及顏色傳感器技術介紹6</p><p>　　2.1 色彩識別6</p><p>　　2.2 色彩識別算法6</p&g

11、t;<p>　　2.2.1色彩識別的應用6</p><p>　　2.2.2色彩識別一般算法6</p><p>　　2.3顏色傳感器技術7</p><p>　　2.3.1顏色檢測的難點7</p><p>　　2.3.2顏色傳感器8</p><p>　　2.4本章小結(jié)12</p>&

12、lt;p>　　3 基于TCS230的設計13</p><p>　　3.1 MCS-51單片機簡介13</p><p>　　3.2 顏色傳感器及硬件電路的連接14</p><p>　　3.2.1 顏色傳感器14</p><p>　　3.2.2 TCS230顏色傳感器與51單片機的連接15</p><p>

13、　　3.2.3 LCD1602與51單片機的連接16</p><p>　　3.3 TCS230顏色識別原理簡介20</p><p>　　3.4液晶顯示器各種圖形顯示的原理簡介21</p><p>　　3.5本章小結(jié)21</p><p>　　4 色彩識別器系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)22</p><p>　　4.1 系統(tǒng)

14、結(jié)構框圖22</p><p>　　4.2 TCS230驅(qū)動模塊23</p><p>　　4.3 TCS230顏色采集模塊的設計24</p><p>　　4.3.1 TCS230顏色采集模塊與51單片機的接口24</p><p>　　4.3.2 TCS230顏色采集模塊的軟件設計25</p><p>　

15、　4.4 4個白色LED補光模塊的設計27</p><p>　　4.5 LCD1602液晶顯示模塊28</p><p>　　4.5.1 LCD1602液晶顯示模塊硬件設計28</p><p>　　4.5.2 LCD1602液晶顯示模塊軟件設計28</p><p>　　4.6 本章小結(jié)31</p><p&g

16、t;　　5 色彩識別系統(tǒng)的實驗32</p><p>　　5.1色彩識別的實驗過程32</p><p>　　5.2 實驗結(jié)果分析32</p><p>　　5.3 本章小結(jié)32</p><p>　　6 結(jié)論與展望33</p><p><b>　　6.1 結(jié)論33</b></p>

17、<p><b>　　6.2展望33</b></p><p><b>　　致謝34</b></p><p><b>　　參考文獻35</b></p><p>　　附錄 1 外文翻譯36</p><p>　　附錄2 程序代碼45</p><

18、;p>　　附錄3 電路圖48</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)向高速化、自動化方向的發(fā)展，顏色識別廣泛應用于各種工業(yè)檢測和自動控制領域，而生產(chǎn)過程中長期以來由人眼起主導作用的顏色識別工作將越來越多地被相應的顏色

19、傳感器所替代。如：各種物體表面顏色識別（產(chǎn)品包裝色標檢測，產(chǎn)品外表特征顏色的檢測，液體溶液顏色變化過程的檢測與控制，等等）。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、籃濾光片，然后對輸出信號進行相應的處理，才能將顏色信號識別出來；有的將兩者集合起來，但是輸出模擬信號，需要一個A/D電路進行采樣，對該信號進一步處理，才能進行識別，增加了電路的復雜性，并且存在較大的識別誤差，影響了識別的效果。而TCS230顏色傳感器是

20、美國TAOS公司生產(chǎn)的一種可編程彩色光到頻率的轉(zhuǎn)換器，比市面上見到的光轉(zhuǎn)電壓顏色檢測儀器在性能上有更多的優(yōu)勢。TCS230它對光的動態(tài)響應范圍大于250,000～1，標準輸出頻率范圍為2Hz～500kHz，TCS230有兩個可編程的引腳，使用者可以對100%、20%、2%或者是動力關閉模塊的輸出量程進行選擇使用。TCS230在不需要DCs的情況下，給每個彩色通道至少能提供10字節(jié)的分辨。TCS</p><p>　

21、　1.2 色彩識別及顏色傳感器技術的發(fā)展趨勢</p><p>　　顏色傳感器也叫色彩識別傳感器。</p><p>　　標準的顏色測量方法是采用光譜光度測色儀,通過測量樣品的三刺激值,從而得到樣品的顏色。</p><p>　　目前,基于各種原理的顏色識別傳感器有兩種基本類型: 其一是RGB(紅綠藍) 顏色傳感器, 檢測的是三刺激值; 其二是色差傳感器,檢測被測物體與標

22、準顏色的色差。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 顏色識別技術的研究成果</p><p>　　1). MAZET公司最新推出的顏色傳感器MTCSiCS，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)顏色的識別與檢測，色彩傳感器具有高精度的3色測量(CIE)，是測量光源系統(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)圖像信號反饋的信

23、息控制并達到相應的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的傳感器也不會有任何老化。</p><p>　　MTCSiCS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。圖1是

24、MTCSiCS的引腳和功能框圖。從圖 1可知，當入射光投射到MTCSiCS上時，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％)，不同的顏色和光強對應不同頻率的方波；還可以通過輸出定標控制引腳S0、S1，選擇不同的輸出比例因子，對輸出頻率范圍進行調(diào) 整，以適應不同的需求。</p><p>　　2). 德國ELTROTEC色標傳感器可以檢

25、測出顏色的差異，ELTROTEC色標檢測器具有靈敏度高、響應速度快、抗背景干擾能力強。即使顏色上的細微差異或高光澤目標物也能夠被ELTROTEC檢測到，產(chǎn)品被廣泛的運用于包裝機械和印刷機械，造紙機械等自控系統(tǒng)中。</p><p>　　ELTROTEC色標檢測器適用于必須快速和準確檢測色標或其他用顏色對比作記號的場合。在30多種不同的灰度等級中，色標檢測器可檢測所有類型的色標標記，可給不同的用戶界面提供多種對比度檢

26、測技術，以滿足廣泛的應用領域，是業(yè)界最佳的色彩辨識儀器。</p><p>　　3). FT50C-1顏色傳感器：自2001年，通過測試開始投入應用至今FT50C-1一直得到廣泛應用。該傳感器使用直徑4mm的圓光斑。適合用于分選包裝或檢測不同類型的標簽。FT50C-2顏色傳感器：使用2mm的正方形光斑。適合于檢測非常微小的物體。典型應用是：檢測小部件或檢測細致的儀器。FT50C-3顏色傳感器：使用1mm*5mm的長

27、方形光斑。專為檢測長方形物體而設計。典型應用為：檢測導管內(nèi)半導體芯片的缺失和正確順序。</p><p>　　4）. CS顏色檢測器利用三色光方法鑒別顏色。CS顏色檢測器可以發(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行運算和標準化。所有的紅、綠、藍（RGB）波長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值中。

28、這些測量與保存的參考值在數(shù)微秒內(nèi)進行比較，根據(jù)結(jié)果，改變開關輸出的狀態(tài)。顏色檢測器可利用接收光和發(fā)射光的顏色檢測而鑒別物體-例如透明物體或液體。根據(jù)工作需要，可以通過自學習模式存儲一個或三個顏色參考值。因為顏色檢測器對周圍光線極度不敏感，所以檢測的可靠性不會被進入傳感器一端的反映或光線影響。 </p><p>　　1.2.2 國內(nèi)顏色傳感器的研究成果與動態(tài)</p><p>　　1）.

29、 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Si-PIN光電管以及在片濾波器集成在一起的，每個光電管都各自有三種顏色之一的濾波器。它具備小尺寸設 計，高質(zhì)量濾波器和三種顏色同步記錄的特點。三個不同區(qū)域的顏色識別響應，類似于人眼。每個光電管對相應光譜濾波器的顏色光最敏感，主要是紅色，綠色，藍色。對高動態(tài)工業(yè)顏色應用（允許信號頻率到 MHz范圍），新的緊湊型顏色傳感器是首選，適合低價格快速信號處理。這種光電管的環(huán)型排列，

30、適合輔助光纖測量信號的耦合。這些傳感器提供TO5和 SOP8透明塑料或者玻璃封裝。</p><p>　　2）. 廣州創(chuàng)光電子有限公司的PDIC903B顏色傳感器主要用來檢測環(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備降低功耗，延長LCD屏幕的使用壽命。這些經(jīng)濟型傳感器可以根據(jù)制造商預先設定的模式來控制便攜式LCD顯示器的背光。尺寸（寬x長x高）5.0x 

31、5.0 x 1.0mm 受光面積：4.0x4.0mm 波長范圍:390-700nm 峰值波長:620nm\550nm\470nm(三色)工作電壓：2.3-5V 靈敏度范圍：3 lx-80 klx 精確度：輸入電流500mμA時對數(shù)曲線上下偏差3% 可提供樣品。廣泛應用于：移動設備 PDA、移動電話、筆記本電腦和數(shù)碼相機的鍵盤和顯示屏背光控制。</p><p>　　3）. 深圳市易創(chuàng)特自動化設備有限公司推出的新一代

32、數(shù)字顏色傳感器TCS3414CS，不但可以偵測顏色，同時還可以偵測色溫。其應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，PMP等移動設備也都有應用。 其產(chǎn)品的低檔系列，以其優(yōu)良偵測精度和優(yōu)勢的價格，尤其適合玩具類等產(chǎn)品開發(fā)應用。</p><p>　　4）. 上海精電電子設備有限公司研發(fā)生產(chǎn)的顏色識別傳感器、色標傳感器系列產(chǎn)品，作為國內(nèi)最專業(yè)的光學測量及檢測設備研發(fā)及生

33、產(chǎn)廠家特別在辨色識別，激光測距,光纖的技術上處于領先地位,運用了當今先進的數(shù)字化背景抑制技術,大大提高了測量精度和抗干擾能力,因為有這樣的特點，使得該公司產(chǎn)品在國內(nèi)市場有相當占有率，依靠合理的價格更適合國內(nèi)市場的服務理念成為少數(shù)幾家能與國外頂級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時的方便性為一般傳感器望塵莫及， RGB 顏色傳感器利用數(shù)模轉(zhuǎn)換的高精度放大器，成為業(yè)界最佳的色彩辨識，即使顏色上的細微差異或高光

34、澤目標物也能夠輕易的檢測。</p><p>　　1.3本論文的主要工作及意義</p><p>　　本文以色彩識別系統(tǒng)設計為目的，采用AT89S51單片機為核心，利用TCS230顏色傳感器和LCD1602建立起來的。文中給出整個系統(tǒng)的設計思路，包括，根據(jù)對三原色的感應原理和TCS230顏色傳感器識別顏色的原理的分析，設計出一個合適的可行的實驗環(huán)境。其次，利用TCS230顏色傳感器，在合適的環(huán)

35、境下，對被測物體進行檢測，將測得的數(shù)據(jù)進行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AT89S51單片機進行處理，得到被測物體所包含的RGB三原色的顏色值，之后利用LCD1602顯示出來。</p><p>　　本文研究的色彩識別系統(tǒng)的意義在于降低了色彩識別的難度，而且檢測結(jié)果能準確可信，將有利于自動化行業(yè)以及相關行業(yè)的發(fā)展，同時為這個領域以后的研究提出自己的一點見解。另外，文中實現(xiàn)的顏色識別系統(tǒng)可用于機

36、器人比賽的視覺識別系統(tǒng)。</p><p>　　2 顏色識別及顏色傳感器技術介紹</p><p><b>　　2.1 色彩識別</b></p><p>　　正如我們所知道的那樣，色彩實際上是頻率連續(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，而且存在著個體差異。專業(yè)人士在設計一個色彩識別系統(tǒng)的時候，會很仔細地以5%甚至更小的區(qū)別來

37、仔細調(diào)整色彩之間的比值。當這些類似色并排在一起時，即使是沒有經(jīng)過訓練的普通人，除了色盲意外，都能夠看出它們之間的區(qū)別。但是當一個色彩識別系統(tǒng)被確定并且單獨展現(xiàn)時，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)人會簡單的將他們所看到的某個色彩歸類到他們能用簡單語言描述的一類顏色，比如紅、黃、白，或在這個基礎上加以設當?shù)膮^(qū)分，比如橘黃，有點發(fā)白的橘黃等。這種普通人感知的色彩可以被看作圍繞著一個核心色的一個一個的區(qū)間，在這個區(qū)間中的所有

38、顏色在色彩識別的時候，都會被看作是一種色彩。初中同一色彩識別區(qū)間的所有色彩盡管值不一樣，但是對于受眾而言是一樣的。</p><p>　　2.2 色彩識別算法</p><p>　　2.2.1色彩識別的應用</p><p>　　在現(xiàn)今的工業(yè)化社會中，色彩識別被廣泛的應用于各行各業(yè)之中，如：各種物體表面顏色識別（產(chǎn)品包裝色標檢測，產(chǎn)品外表特征顏色的檢測，液體溶液顏色變化過

39、程的檢測與控制，等等）。又如：圖書館使用顏色區(qū)分對文獻進行分類，能夠極大的提高排架管理和統(tǒng)計等工作；在包裝行業(yè)，產(chǎn)品包裝利用不同的顏色或裝磺來表示其不同的性質(zhì)或用途；在品牌的形象設計和品牌推廣的競爭中，色彩系統(tǒng)是一個比較重要的部分，設計師都會花費大量的時間細致地調(diào)整不同色彩搭配之間的組合關系，以達到更好的視覺效果。</p><p>　　2.2.2色彩識別一般算法</p><p><b

40、>　　1). 色彩空間</b></p><p>　　通常所看到的物體的顏色, 實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。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顏色模型,即RGB模型。如圖2.1所示,在這個顏色模型中, 3個軸分別為R、G、B。原點對

41、應的為黑色(0, 0, 0),離原點最遠的頂點對應白色(255, 255, 255)。 由黑到白的灰度分布在從原點到最遠頂點間的連線上, 正方體的其他六個角點分別為紅、 黃、綠、青、藍、和品紅。需要注意的一點是,RGB顏色模型所覆蓋的顏色域取決于顯示設備因光電的顏色特性。每一種顏色都有唯一的RGB值與它對應。</p><p><b>　　2). 白平衡算法</b></p>&l

42、t;p>　　顏色實際就是物體對光的反射或投射而表現(xiàn)出來在人眼中的反映, 而 TCS230 就是通過分別檢測一種顏色反映出來的光的紅、綠、藍分量, 通過把光強線性轉(zhuǎn)換為頻率信號, 量化出R、G、B值, 從而計算出顏色。值得注意的是, 不同的光線通過物體反映出來的光強是不同的, 而且非標準白光 (RGB三者不相等)在物體上反映出來的光強分量也是不同的。</p><p>　　為解決這個問題,就要進行白平衡, 即首

43、先測量出基準光源的RGB光強值, 再測量出在標準光源下物體所反映出的光強值,兩者之比就是物體的反射(或透射)性質(zhì), 即物體的實際顏色, 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><p>　　B=P物藍/P源藍 (3)</p><p>　　由

44、于在 RGB 坐標下的顏色標準坐標為 0-255 之間,所以把所得結(jié)果乘以 255,即得到標準的 RGB 值。 透明物體直接測量光源的光強-頻率值,不透明物體需要用白紙測量反射光源。</p><p>　　2.3顏色傳感器技術</p><p>　　2.3.1顏色檢測的難點</p><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

45、藍)的刺激值。影響顏色檢測準確度的參數(shù)主要有:照射光、物體反射、光源方位、觀測方位和傳感器性能等,任何一個參數(shù)發(fā)生變化都會導致觀察到的顏色發(fā)生變化。</p><p><b>　　1）.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、云層厚度和其它天氣條件都會導致照射光發(fā)生變化,從而導致被測物體顏色發(fā)生變化。</p>

46、<p>　　為彌補光源變化帶來的測量誤差,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的誤差仍不容忽視。</p><p>　　2).光源方位和觀測方位的影響</p><p>　　光源方位,也就是被測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光作為入射光。觀測方位是指被測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。<

47、/p><p>　　3).被測物表面反射狀況的影響</p><p>　　傳感器探頭與被測物之間的距離影響著輸出信號,可能會造成不同顏色信號的交叉,形成測量誤差,所以存在某一最佳距離對輸出特性影響最小,以保證顏色與輸出信號的一一對應關系。被測物表面的較明顯凹凸區(qū)域也會給輸出信號帶來較大的誤差,為此 , Phong,Shafer和 Nayar等人先后提出了反射模型以彌補測量誤差。</p>

48、<p>　　2.3.2顏色傳感器</p><p>　　1）. RGB 顏色傳感器</p><p>　　RGB顏色傳感器對相似顏色和色調(diào)的檢測可靠性較高。它的測量原理示意圖如圖2.21 所示。</p><p>　　圖2.2　RGB顏色傳感器</p><p>　　在三個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)射后被目標物體

49、反射,根據(jù)測出的數(shù)據(jù)求出顏色的成分。由于這種顏色檢測法是通過測量構成物體顏色的三基色實現(xiàn)顏色檢測的,所以精密度極高,能準確區(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量模式:一種是分析紅、綠、藍光的比例。因為檢測距離無論怎樣變化,只能引起光強的變化,而三種顏色光的比例不會變,因此,即使在目標有機械振動的場合也可以檢測;第二種模式是利用紅綠藍三基色的反射光強度實現(xiàn)檢測目

50、的 ,利用這種模式可實現(xiàn)微小顏色判別的檢測,但傳感器會受目標機械位置的影響。無論應用哪種模式,大多數(shù) RGB 顏色傳感器都有導向功能,使其非常容易設置。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分析手段可以較精確地測定顏色,一般來說,它至少需要三個光電二極管以及三個相應的濾光器,以獲得顏色的三刺激值,因此結(jié)構和電路都比較復雜。</p&g

51、t;<p><b>　　2). 色差傳感器</b></p><p>　　在一些實際應用中(如分揀、 質(zhì)量監(jiān)控等行業(yè)),并不需要確切了解被測物的具體顏色,而只需要對兩個物體的色差進行識別與判斷,區(qū)別出從一種顏色到另一種顏色的變化。例如,對家用電器、汽車外殼的色彩管理,對紙漿、油漆、彩色鋼板等色彩進行讀取和控制,只要檢測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

52、出硅雙結(jié)、 光纖、有機材料等多種,由于其價格便宜,動態(tài)響應效果好,能實現(xiàn)在線實時測量,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)構及主要特性如圖2.3所示。</p><p>　　圖2.3 　硅顏色傳感器的結(jié)構原理圖與特性曲線</p><p>　　圖

53、2.3(a)中所示的N-P-N是結(jié)深不同的兩個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),當有入射光照射時，N+，P，N每個區(qū)域及其間的勢壘區(qū)中都有光子吸收,根據(jù)硅的光學性質(zhì),藍紫光部分吸收系數(shù)大,經(jīng)很短距離已吸收完畢,因此淺結(jié)光電二極管對藍紫光的靈敏度高,而紅外光的透射深度則一直達到深結(jié)區(qū),因此深結(jié)光電二極管對紅外光的靈敏度高。這就是說此結(jié)構中的不同區(qū)域?qū)ν徊ㄩL入射光具有不同的靈敏度,這一特

54、性提供了將這種器件用于顏色識別的可能性。在不同波長的光照射下,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與色敏器件的短路電流比的對數(shù)存在近似的線性關系,即</p><p><b>　　,</b></p><p>　　式中A和B值通過對預先測定數(shù)據(jù)擬合得到。所以根據(jù)短路電流比,如圖 2.3(b

55、) 所示,就可以得到入射光的波長。</p><p>　　這種傳感器的突出優(yōu)點是:短路電流比與光強無關,幾乎只與入射光波長相關。但色敏器件的輸出電流很小,很容易受外界的干擾,因此需要對放大電路進行屏蔽。</p><p><b>　　液晶顏色傳感器：</b></p><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

56、電二極管組成,其結(jié)構截面如圖2.4 所示。</p><p>　　圖2.4　顏色傳感器結(jié)構</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)為傳感器的光譜靈敏度;Ir(λ)為透過紅外濾色片的光強;I(λ)為透過液晶單元的光強;Ph(λ)為光

57、電二極管檢測到的光強;λ為入射光的波長。透過液晶的光強 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

58、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 I(λ)。光電二極管檢測到光強與存儲在計算機中的顏色數(shù)據(jù)進行比較,就可知所測物體的顏色。</p><p>

59、;　　用該傳感器檢測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70年代為通信而發(fā)展的一種新型材料,與其它材料相比,光纖具有良好的傳光性能和較寬的頻帶,因而被廣泛地應用在通信領域中。除此之外,光纖本身還是

60、一個敏感元件,即光在光纖中傳輸時,光的特性如振幅、波長(顏色)、相位、偏振態(tài)等將隨檢測對象變化而相應變化。光從光纖射出時,光的特性得到調(diào)制,通過對調(diào)制光的檢測,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,如光纖強度、相位、(波長)顏色傳感器等。</p><p>　　光纖顏色傳感器的裝置如圖2.5 所示。</p><p>　　圖2.5　光纖顏色

61、傳感器的實驗裝置</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)分光板反射到達被測物,RGB 標準濾色片同裝在一個旋轉(zhuǎn)盤上,當旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動時,物體反射的不同波長的光相繼經(jīng)過濾色片到達光探測器,從光敏管電流強弱,即可反映被測圖樣顏色。與傳統(tǒng)傳感器相比它具有以下優(yōu)點:</p><p>　　(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>&l

62、t;p>　　(2) 結(jié)構小而緊湊, 便于安裝, 可實現(xiàn)在線檢測,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) 響應速度快,便于與計算機接口自動地判斷或記數(shù)。</p><p>　　有機靜電感應顏色傳感器：</p><p>　　近年來,已有越來越多的研究者提出采用有機材料制成光電傳感器,這種傳感器成本低,應用范圍廣,但目前還只處

63、于實驗室研究階段。1986年Tang曾報道了利用有機材料制成光電轉(zhuǎn)換效率很高的太陽能電池,由此可見有機材料具有良好的光敏性能,所以有機材料顏色傳感器被認為是很有發(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型有機靜電感應傳感器(static induction t ransistor ,SIT) ,并研究了其光電特性。圖2.6是 Kudo制成的有機靜電感應顏色傳感器的結(jié)構圖。<

64、/p><p>　　有機靜電感應顏色傳感器有兩個有機半導體層,分別是酞青藍和部化青兩種染料,酞青藍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,酞青藍和部化青膜之間具有P型半導體特性。有機染料膜上面覆蓋一層金屬金(Au)并與錫銦氧化層形成測量電極,酞青藍和部化青膜之間有一非常薄的鋁電極。當加載在鋁電極上的電壓增加時,測量電極之間的電流增加,反之,測量電極間的電流減少。K

65、udo對有機靜電感應顏色傳感器進行了光敏實驗,光從部化青膜側(cè)照射,在兩個測量電極上加載2.5V的輸入電壓,電極間的測量電流IDS則隨著加載在鋁電極上的電壓(VG)變化而變化的,測量結(jié)果如圖2.7所示。</p><p>　　圖2.6 有機靜電感應傳感器結(jié)構</p><p>　　圖2.7 有機靜電感應傳感器的光敏特性</p><p>　　從圖2.7中還可以看出,ID

66、S 在600nm時有一峰值,這說明酞青藍層對600nm光的吸收性非常強。</p><p>　　從 Kudo的實驗結(jié)果可知,有機材料的光敏特性不僅與電壓VG有關,還與有機材料本身有關,所以利用有機材料完全有希望發(fā)展出一種新型的價格低廉且性能優(yōu)良的顏色傳感器。</p><p><b>　　2.4本章小結(jié)</b></p><p>　　本章對色彩識別與

67、各種顏色傳感器技術進行了深入的介紹，主要包括色彩識別的一般算法（白平衡算法），以及色彩識別在現(xiàn)實社會中的一些具體應用，另外還介紹了幾種主要的傳感器技術，為后面的色彩識別系統(tǒng)的設計做好了準備。</p><p>　　3 基于TCS230的設計</p><p>　　本論文主要是研究和設計色彩識別系統(tǒng)。本系統(tǒng)是以AT89S51單片機為核心，以TCS230顏色傳感器和LCD1602為子系統(tǒng)建立起來的

68、。</p><p>　　3.1 MCS-51單片機簡介</p><p>　　MCS-51系列單片機是美國Intel公司在1980年推出的高性能8位單片機，它包含51和52兩個子系列。</p><p>　　對于51子系列，主要有8031、8051、8751三種機型，它們的指令系統(tǒng)與芯片引腳完全兼容，僅片內(nèi)程序存儲器有所不同，8031芯片不帶ROM，8051芯片待4KB

69、的ROM，8751芯片待4KB的EPROM。51子系列單片機的主要特點為：</p><p>　　4k／8k字節(jié)程序存儲器；</p><p>　　128／256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器；</p><p><b>　　32條I／O口線；</b></p><p>　　111條指令，其中大多數(shù)是單字節(jié)指令；</p><

70、p><b>　　21個專用寄存器：</b></p><p>　　2個可編程定時／計數(shù)器：</p><p>　　5個中斷源，2個優(yōu)先級；</p><p>　　一個全雙工串行通信口；</p><p>　　外部數(shù)據(jù)存儲器尋址空間為64k字節(jié)：</p><p>　　外部程序存儲器尋址空間64k字節(jié)；

71、</p><p><b>　　邏輯操作位尋址功能</b></p><p>　　MCS-51系列單片機應用十分廣泛，各種教材和應用資料也很多。盡管INTEL公司本身沒有在品種和功能上對MCS-51系列單片機作進一步的擴展，但是由于lNTEL公司開放了MCS-51系列單片機的核心技術，加之51系列單片機已經(jīng)成為8位通用單片機的公認標準，因此，許多著名的半導體生產(chǎn)廠家。如A

72、tmel、Philips、Cygnal、Dallas等紛紛推出以80C51為基核的各具特色、性能優(yōu)異、功能強大的單片機，形成了龐大的 80C51系列單片機家族，為熟悉51系列單片機的人們提供了最廣泛的選擇空間，也為51系列單片機注入了勃勃的生機。</p><p>　　圖3.1 C51單片機管腳圖 圖3.2 C51單片機實物圖</p><p>　　3.2 顏色

73、傳感器及硬件電路的連接</p><p>　　3.2.1 顏色傳感器</p><p>　　TCS230芯片的結(jié)構框圖與特點:</p><p>　　TCS230是TAOS公司推出的可編程彩色光到頻率的轉(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電路上，同時在單一芯片上集成了紅綠藍（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

74、器，TCS230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，圖3.3是TCS230的引腳和功能框圖。</p><p>　　圖3.3 TCS230的引腳和功能圖</p><p>　　圖3.3中，TCS230采用8引腳的SO

75、IC表面貼裝式封裝，在單一芯片上集成有64個光電二極管，這些二極管分為四種類型，其16個光電二極管帶有紅色濾波器；16個光電二極管帶有綠色濾波器；16個光電二極管帶有藍色濾波器，其余16個不帶有任何濾波器，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，從而增加顏色識別的精確度；另一方面，相同顏色的16個光電二極管是并聯(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，通過

76、兩個可編程的引腳來動態(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可編程引腳來選擇100％、20％或2％的輸出比例因子，或電源關斷模式。輸出比例因子使傳感器的輸出能夠適應不同的測量范圍，提高了它的適應能力。例如，當使用低速的頻率計數(shù)器時，就可以選擇小的定標值，使TCS230的輸出頻率和計數(shù)器相匹配。</p><p>　　從圖3.3可知：當入射光投射到TCS230上時，通

77、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％），不同的顏色和光強對應不同頻率的方波；還可以通過輸出定標控制引腳S0、S1，選擇不同的輸出比例因子，對輸出頻率范圍進行調(diào)整，以適應不同的需求。 </p><p>　　下面簡要介紹TCS230芯片各個引腳的功能及它的一些組合選項。</p><p>　　S0、S1用于選擇輸

78、出比例因子或電源關斷模式；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)，當有多個芯片引腳共用微處理器的輸出引腳時，也可以作為片選信號，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3.1是S0、S1及S2、S3的可用組合。</p><p>　　表3.1 S0、S1及S2、S3的組合選項</p><p>　　3.2.2 TCS23

79、0顏色傳感器與51單片機的連接</p><p>　　TCS230是TAOS公司推出的可編程彩色光到頻率的轉(zhuǎn)換器，該傳感器具有分辨率高、可變成的顏色選擇與輸出定標、單電源供電等特點；輸出為數(shù)字量，可直接與微處理器連接。圖3.4為TCS230顏色傳感器的實物圖。</p><p>　　TCS230顏色傳感器的S0管腳接51單片機的P1.0管腳，S1管腳接P1.1管腳，OE管腳接P1.2管腳，GN

80、D管腳接地，Vcc管腳接電源，OUT管腳接P3.2管腳，S2管腳接P1.6管腳，S3管腳接P1.7管腳。如下圖3.5所示。</p><p>　　圖3.4 TCS230顏色傳感器實物管腳圖</p><p>　　圖3.5 TCS230與單片機的連接圖</p><p>　　3.2.3 LCD1602與51單片機的連接</p><p><b&

81、gt;　　1、液晶顯示器簡介</b></p><p>　　液晶顯示器簡稱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。液晶顯示器具有體積小、重量輕、功耗極低、顯示內(nèi)容豐富等特點，在單片機應用系統(tǒng)中得到了日益廣泛的應用。液晶顯示器按其功能可分為三類：筆段式液晶顯示器、字符點陣式液晶顯示器和圖形點陣式液晶顯示器。前兩種可顯示數(shù)字、字符和符號等，而圖形點陣式液晶顯示器還可以顯示漢

82、字和任意圖形，達到圖文并茂的效果。</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、符號等的點陣式液晶顯示模塊。它是由若干個5*7或5*11等點陣符位組成的，每一個點陣字符位都可以顯示一個字符。點陣字符位之間有一定點距的間隔，這樣就起到了字符間距和行距的作用。</p><p>　　要使用點陣型LCD顯示器，必須有相應的LCD控制器、驅(qū)動器來對LCD顯示器進行掃描、驅(qū)動

83、，以及一定空間的ROM和RAM來存儲寫入的命令和顯示字符的點陣。現(xiàn)在往往將LCD控制器、驅(qū)動器、RAM、ROM和LCD顯示器連接在一起，稱為液晶顯示模塊LCM。使用時只要向LCM送入相應的命令和數(shù)據(jù)就可以實現(xiàn)顯示所需的信息。</p><p>　　目前市場上常用的有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1

84、6*2字符型液晶顯示模塊CA1602A的應用。</p><p>　　（1）、字符型液晶顯示模塊CA1602A的外觀與引腳</p><p>　　CA1602A字符型液晶顯示模塊是2行16字的5*7點陣圖形字符的液晶顯示器，它的外觀形狀如圖3.6。</p><p>　　圖3.6 CA1602A的外觀</p><p>　　CA1602A采用標準的1

85、6腳接口，各引腳情況如下：</p><p>　　第1腳：Vss，電源地</p><p>　　第2腳：Vcc，+5v電源</p><p>　　第3腳：Vo，液晶顯示偏壓信號</p><p>　　第4腳：RS，數(shù)據(jù)/命令選擇端，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時選擇指令寄存器。</p><p>　　第5腳：RW：讀/寫選擇端

86、，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。但RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址；當RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號；當RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。</p><p>　　第6腳：E，使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。</p><p>　　第7-14腳：D0-D7，為8位雙向數(shù)據(jù)線。</p><p>　　第15腳：A

87、，背光源正極</p><p>　　第16腳：K，背光源負極</p><p>　?。?）、指令格式與指令功能</p><p>　　LCD控制器HD44780內(nèi)有多個寄存器，通過RS和RW引腳共同決定選擇哪一個寄存器，選擇情況見表3.2。</p><p>　　表3.2 HD44780內(nèi)部寄存器選擇表</p><p>　　

88、總共有11條指令，它們的格式和功能如下表3.3：</p><p>　　表3.3 控制命令表</p><p>　　液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，圖3.7是1602的內(nèi)部顯示地址。</p><p>　　圖3.7 1602的內(nèi)

89、部顯示地址</p><p>　　1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大 小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址 41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。</p><p>　?。?）、LCD

90、顯示器的初始化</p><p>　　LCD使用之前須對它進行初始化，初始化可以通過復位完成，也可以在復位后完成，初始化過程如下：</p><p><b>　　1）.清屏。</b></p><p><b>　　2）.功能設置。</b></p><p>　　3）.開/關顯示設置。</p>

91、<p>　　4）.輸入方式設置。</p><p>　　2、1602顯示器與單片機的連接</p><p>　　在本設計中，1602顯示器與單片機的連接如下圖3.8所示：Vss管腳接地，Vcc管腳接+5V電源，Vo管腳接地，RS管腳接P2.0管腳，RW管腳接P2.1管腳，E管腳接P2.7管腳，D0-D7管腳依次接P0.0-P0.7管腳，A管腳接+5V電源，K管腳接地。</p&g

92、t;<p>　　圖3.8 1602顯示與單片機連接圖</p><p>　　3.3 TCS230顏色識別原理簡介</p><p>　　TCS230識別顏色的原理:</p><p>　　由上面的介紹可知，這種可編程的彩色光到頻率轉(zhuǎn)換器適合于色度計測量應用領域，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。

93、下面以TCS230在液體顏色識別中的應用為例，介紹它的具體使用。首先了解一些光與顏色的知識。</p><p>　　三原色的感應原理： </p><p>　　通常所看到的物體顏色，實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。白色是由各種頻率的可見光混合在一起構成的，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

94、B、紫P）。根據(jù)德國物理學家赫姆霍茲（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）混合而成的。</p><p>　?。?）TCS230識別顏色的原理： </p><p>　　由三原色感應原理可知，如果知道構成各種顏色的三原色的值，就能夠知道所測試物體的顏色。對于TCS230來說，當選定一個顏色濾波器時，它只允許某種特定的原色通過，阻止其他原色的通過。例

95、如：當選擇紅色濾波器時，入射光中只有紅色可以通過，藍色和綠色都被阻止，這樣就可以得到紅色光的光強；同時，選擇其他的濾波器，就可以得到藍色光和綠色光的光強。通過這三個值，就可以分析投射到TCS230傳感器上的光的顏色。</p><p>　?。?）白平衡和顏色識別原理： </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、綠色和藍色混合而成的；但實際上，白色中的

96、三原色并不完全相等，并且對于TCS230的光傳感器來說，它對這三種基本色的敏感性是不相同的，導致TCS230的RGB輸出并不相等，因此在測試前必須進行白平衡調(diào)整，使得TCS230對所檢測的"白色"中的三原色是相等的。進行白平衡調(diào)整是為后續(xù)的顏色識別作準備。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白色的光源，使入射光能夠穿過試管照射到TCS230上；根據(jù)前面所介紹的方

97、法，依次選通紅色、綠色和藍色濾波器，分別測得紅色、綠色和藍色的值，然后就可計算出需要的3個調(diào)整參數(shù)。 </p><p>　　當TCS230識別顏色時，就用這3個參數(shù)對所測顏色的R、G和B進行調(diào)整。這里有兩種方法來計算調(diào)整參數(shù)：1、依次選通三顏色的濾波器，然后對TCS230的輸出脈沖依次進行計數(shù)。當計數(shù)到255時停止計數(shù)，分別計算每個通道所用的時間，這些時間對應于實際測試時TCS230每種濾波器所采用的時間基準，在

98、這段時間內(nèi)所測得的脈沖數(shù)就是所對應的R、G和B的值。2、設置定時器為一固定時間 （例如10ms），然后選通三種顏色的濾波器，計算這段時間內(nèi)TCS230的輸出脈沖數(shù)，計算出一個比例因子，通過這個比例因子可以把這些脈沖數(shù)變?yōu)?55。在實際測試時，室外同樣的時間進行計數(shù)，把測得的脈沖數(shù)再乘以求得的比例因子，然后就可以得到所對應的R、G和B的值。</p><p>　　3.4液晶顯示器各種圖形顯示的原理簡介</p&g

99、t;<p><b>　　線段的顯示：</b></p><p>　　點陣圖形式液晶由M×N個顯示單元組成，假設LCD顯示屏有64行，每行有128列， 每8列對應1字節(jié)的8位，即每行由16字節(jié)，共16×8=128個點組成，屏上64×16個顯示單元與顯示RAM區(qū)1024字節(jié)相對應，每一字節(jié)的內(nèi)容和 顯示屏上相應位置的亮暗對應。例如屏的第一行的亮暗由RAM

100、區(qū)的000H——00FH的16字節(jié)的內(nèi)容決定，當（000H）=FFH時，則屏幕的左上角顯 示一條短亮線，長度為8個點；當（3FFH）=FFH時，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當（000H）=FFH，（001H）=00H， （002H）=00H，……（00EH）=00H，（00FH）=00H時，則在屏幕的頂部顯示一條由8段亮線和8條暗線組成的虛線。這就是LCD顯示的基本原理。</p><p><b>　　

101、字符的顯示：</b></p><p>　　用LCD顯示一個字符時比較復雜，因為一個字符由6×8或8×8點陣組成，既要找到和 顯示屏幕上某幾個位置對應的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點亮，為“0”的不亮。這樣一來就組成某個 字符。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開始顯示的

102、行列號及每行的列數(shù)找出顯示 RAM對應的地址，設立光標，在此送上該字符對應的代碼即可。</p><p><b>　　漢字的顯示：</b></p><p>　　漢字的顯示一般采用圖形的方式，事先從微機中提取要顯示的漢字的點陣碼（一般用字模提 取軟件），每個漢字占32B，分左右兩半，各占16B，左邊為1、3、5……右邊為2、4、6……根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的

103、列數(shù)可找出顯示RAM對應的地址，設立光標，送上要顯示的漢字的第一字節(jié)，光標位置加1，送第二個字節(jié)，換行按列對齊，送第三個字節(jié)……直到32B顯示完就可以LCD上 得到一個完整漢字。</p><p><b>　　3.5本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了TCS230顏色傳感器和LCD1602液晶顯示器的相應原理，以及它們與單片機的連接方式及相應的電路原理圖

104、，其中對TCS230顏色傳感器的內(nèi)部結(jié)構和各個管腳以及它們的功能作了詳細介紹，另外對顏色傳感器識別顏色的原理以及液晶顯示器顯示各種圖形的原理進行了一定深度的介紹，為后面整個系統(tǒng)的具體設計提供了很好的幫助。</p><p>　　4 色彩識別器系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)</p><p>　　4.1 系統(tǒng)結(jié)構框圖 </p><p>　　色彩識別系統(tǒng)是基于MCS-51系列單片機控制

105、的基礎上，添加了TCS230顏色傳感器采集模塊，TCS230驅(qū)動模塊，四個白色LED補光模塊，LCD1602液晶顯示模塊，在這些模塊的基礎上實現(xiàn)的色彩識別系統(tǒng)，色彩識別系統(tǒng)的設計如圖4.1系統(tǒng)框架所示。實物圖如4.2所示。</p><p>　　圖 4.1 系統(tǒng)框架</p><p>　　圖4.2 色彩識別系統(tǒng)實物圖</p><p>　　4.2 TCS230驅(qū)動模塊

106、</p><p>　　TCS230采用8引腳的SOIC表面貼裝式封裝，在單一芯片上集成有64個光電二極管，這些二極管分為四種類型，其16個光電二極管帶有紅色濾波器；16個光電二極管帶有綠色濾波器；16個光電二極管帶有藍色濾波器，其余16個不帶有任何濾波器，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，從而增加顏色識別的精確度；另一方面，相同顏色的16個光電二極管

107、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。</p><p>　　本模塊主要包括TCS230初始化、定時器初始化和顏色采集，具體程序如下：</p><p>　　void TCS230Inital(void)</p><p>　　{ DDRC= DDRC|0x0f;PORTC = PORTC|0x0f;</p><p>　

108、　PORTC = PORTC|0x20;DDRC= DDRC|0x20;</p><p>　　PORTC = PORTC&0xdf;TCS230Mode(FrequencyMode,PhotoDiodeMode);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void TimerInital(void)</p&g

109、t;<p>　　{TCCR1A=0x00;TCCR1B=0x06;TCNT1H=0x00;TCNT1L=0x00;</p><p>　　ICR1H=0x00;ICR1L=0x00; OCR1AH=0x00; OCR1AL=0x00;</p><p>　　OCR1BH=0x00;OCR1BL=0x00;ASSR= 0x00; TCCR2 = 0x07;</p&