基于單片機便攜式顏色自適應識別電路的設計

傳統的顏色識別系統中涉及到多次模數-數模轉換，該轉換需要系統額外的處理時間，因此，減少這種模數-數模轉換的次數則能提高系統的處理速度，其中最主要的方法是采用數字式的顏色傳感器和帶模數轉換的單片機來實現。在本系統中采用了TCS230來作為外界顏色采集器件，其數字式的輸出接口可以直接和單片機進行數據交換，不需要采用模數轉換電路。單片機采用的是帶16位的數模轉換的低功耗器件AD-UC845，它可以把處理過的顏色數據通過內部集成的DA轉換電路轉換為模擬的信號，該信號用來驅動電致變色器件進行顏色重現。
系統的控制部分主要完成對顏色到電壓的轉換功能，通過顏色傳感器獲取外界環境的顏色值，然后通過處理把顏色值轉換為電致變色器件能夠精確顯示該顏色的電壓。本文提出了兩種自適應的顏色到電壓的轉換方法：第一種方法采用matlab的曲線擬合方法，通過擬合顏色-電壓曲線得到擬合參數，并得到顏色-電壓函數；系統在該函數的作用下自動根據顏色值輸出對應的電壓從而控制電致變色器件的顯示。第二種方法是采用比較大的存儲系統，通過控制部分不斷的給電致變色器件送入電壓，然后獲取對應的顏色數據，把電壓-顏色值存入存儲器建立一個數據庫；系統運行的時候，會把外界的顏色值和存儲的顏色值進行比對，若相同則把存儲的對應電壓值輸出。由于要頻繁的讀取存儲器，該方法的速度比第一種方法慢。通過對比兩種方法的優缺點本系統采用第一種方法來實現顏色重現。
2．2 便攜式顏色探測自適應電路硬件圖
本系統的硬件框圖如圖3所示。主要由4個模塊組成：穩壓電源模塊，顏色傳感器模塊，單片機處理模塊，電壓偏移模塊和藍牙通信模塊。

系統中的穩壓電源模塊可提供兩種不同的電壓值：9 V的電壓偏移模塊工作電壓和單片機3．3 V的工作電壓值(3．3 V也用來驅動顏色傳感器、藍牙模塊、存儲芯片)，模塊中采用二極管來防止電源的反接而導致破壞系統的正常工作。
顏色傳感器采用的是TCS230，由于其工作電壓為3．3 V，因此直接與單片機進行接口設計，電路結構簡單。
單片機處理模塊中采用了EEPROM來存放擬合好的顏色-電壓參數值，系統在運行的時候會根據讀取的參數值給出顏色-電壓擬合函數，并在該函數的控制下進行顏色的重現。
電壓偏移模塊主要是負責對電壓進行極性的反轉和電壓的適當放大，由于電致變色器件的變色范圍有負電壓的出現，因此在本系統單電源供電的情況下必須采用偏移電路實現負極性電壓的輸出。
藍牙通信模塊是負責數據的上下位機通信，通過把獲取的顏色數據發送給上位PC機，PC機在matlab的處理下，擬合顏色-電壓曲線，并把得到的擬合參數發送下位單片機。由于PC機的處理速度快，因此擬合的時間很少，主要的時間是上下位機之間的通信時間。