一種便攜式顏色自適應識別電路的實現

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。

引言

　　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。

　　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。

　　2 便攜式顏色自適應識別電路設計

　　2.1 便攜式顏色自適應識別電路設計原理

　　電致變色器件是隨施加在器件上的電壓而顯示不同顏色的模擬器件，一般變色的電壓范圍是-4～+4 V，且不同顏色顯示的電壓差值在0.1 V左右，因此本設計的重點是如何輸出該電壓值。

　　圖2為便攜式顏色探測自適應系統框圖。整個系統實現的關鍵是系統的控制模塊，在本設計中采用單片機來進行數據和命令的控制。本文的主要工作是基于電致變色器件而設計相應的電路，電路的功能主要是控制電致變色器件的變色情況受外界環境的控制，從而起到識別作用。

　　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。