基于單片機便攜式顏色自適應識別電路的設計

摘要：為解決電致變色器件的顏色變化受外界環境顏色控制的問題，設計了一種基于單片機的便攜式顏色自適應識別電路。與傳統顏色識別電路相比較，該電路利用數字式的顏色傳感器來獲取外界環境顏色，產生的數字顏色信號易于單片機進行處理。在電路中，下位機部分主要負責獲取電致變色器件變色參數及控制電致變色器件的顏色變化；而上位機部分主要負責把下位機獲取的電致變色器件變色參數進行電壓到顏色的曲線擬合，并通過藍牙通信把擬合曲線參數傳遞給下位機。結果表明，該電路能自動根據環境顏色提供-4～4 V范圍步進為0．1 V的電壓來驅動電致變色器件的顏色顯示，與傳統的顏色識別電路設計相比，識別的精度和速度都得到了明顯改善。
關鍵詞：顏色傳感器；顏色識剮；藍牙；單片機

顏色識別是模式識別領域的一個重要研究方向，利用顏色識別技術能使傳統依靠人眼進行顏色判別的方法發生根本變革。這種新型技術采用顏色傳感器獲取外界的顏色信息，進而通過基于計算機的信號處理技術實現顏色的精確識別。
顏色識別技術經歷了傳統模擬識別方法和現代數字化識別兩個階段。傳統的顏色識別方法采用模擬顏色探測器件來進行外界顏色獲取，這種探測器件通常是在獨立的光電二極管上覆蓋經過修正的紅、綠、藍濾光片，經過光電轉換產生對應的模擬信號；如果用微控制器對這些模擬信號進行處理，就必須采用額外的AD轉換電路才能實現和微控制器的接口，而AD轉換電路的引入增加了信號的處理時間，對整個系統的速度有很大的影響；此外，由于一般的AD轉換存在量化誤差，系統的精度受到很大的限制，這些使得傳統的顏色識別方法逐漸被現在的數字式化的顏色識別技術所替代。隨著半導體技術的發展，數字式的顏色傳感器逐步取代了傳統的光電二極管傳感器，這種技術把顏色傳感器所需的光學、機械、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字量，因此可以通過數字處理技術來提高探測速度并保持檢測器輸出信號的精度。例如采用改進的動態檢測方法來提高顏色探測的速度，采用數字電路來處理顏色數據等。
雖然數字傳感器已經取得了一些成功，但其應用于市場的技術還不夠成熟，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、數字輸出等特點。本文采用TCS230來作為系統的探測部分，基于該器件設計的顏色識別系統可以應用于軍事領域，也可以應用于電致變色材料的變色研究以便獲得材料的變色參數。

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換器。它把可配置的硅光電二極管與電流頻率轉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(RGB)3種濾光器，是業界第一個有數字兼容接口的RGB顏色傳感器。該數字兼容接口可以和微處理器直接連接，使電路設計變得簡單；此外，TCS230內部每個顏色通道有10位的數字轉換精度，大大提高了顏色的獲取精度。
1．2 引腳說明
TCS230引腳及內部結構圖如圖1所示。TCS230外部有8個引腳，其內部主要由光電二極管陣列和電流頻率轉換器組成，通過微處理器控制S0，S1，S2，S3的引腳電平可以控制TCS230輸出紅綠藍三顏色頻率值，通過標定可以得到數值化的BGB值，該值可以采用計算機來進行處理識別。