颜色传感器TCS230 及颜色识别电路
TCS230的功能
颜色识别是模式识别领域的一个重要研究方向，利用颜色识别技术能使传统依靠人眼进行颜色判别的方法发生根本变革。
这种新型技术采用颜色传感器获取外界的颜色信息，进而通过基于计算机的信号处理技术实现颜色的精确识别。
颜色识别技术经历了传统模拟识别方法和现代数字化识别两个阶段。
传统的颜色识别方法采用模拟颜色探测器件来进行外界颜色获取，这种探测器件通常是在独立的光电二极管上覆盖经过修正的红、绿、蓝滤光片，经过光电转换产生对应的模拟信号；如果用微控制器对这些模拟信号进行处理，就必须采用额外的AD转换电路才能实现和微控制器的接口，而AD转换电路的引入增加了信号的处理时间，对整个系统的速度有很大的影响；此外，由于一般的AD转换存在量化误差，系统的精度受到很大的限制，这些使得传统的颜色识别方法逐渐被现在的数字式化的颜色识别技术所替代。
随着半导体技术的发展，数字式的颜色传感器逐步取代了传统的光电二极管传感器，这种技术把颜色传感器所需的光学、机械、电子等信号处理集成在很小的芯片上极大地缩小了颜色传感器的体积。
由于这种传感器输出的是数字量，因此可以通过数字处理技术来提高探测速度并保持检测器输出信号的精度。
例如采用改进的动态检测方法来提高颜色探测的速度，采用数字电路来处理颜色数据等。
虽然数字传感器已经取得了一些成功，但其应用于市场的技术还不够成熟，随着美国TAOS（Texas Advanced Optoelectronic Solutions）公司最新推出的颜色传感器TCS230的面世，数字传感器才真正被工程师们采用。
这种颜色传感器具有分辨率高、可编程的颜色选择、数字输出等特点。
本文采用TCS230来作为系统的探测部分，基于该器件设计的颜色识别系统可以应用于军事领域，也可以应用于电致变色材料的变色研究以便获得材料的变色参数。
1 TCS230简介1.1 主要特性TCS230是美国TAOS公司推出的可编程光到频率的转换器。
它把可配置的硅光电二极管与电流频率转换器集成在一个单一的CMOS（Comple-mentary Metal Oxide Semiconductor）电路上，同时在单一芯片上还集成了红、绿、蓝（RGB）3种滤光器，是业界第一个有数字兼容接口的RGB颜色传感器。
基于TCS230颜色传感器的颜色识别器设计
颜色别传感器又称作色彩传感器色。目前通用的颜色测量方法是采用通过测量待测颜色的三个基本颜色的频率输入到单片机等处理器中进行数据处理，得到三基色的值，通过仿真软件或RGB颜色对应表将三基色按所测数据合，从而成得到样品的颜色。
目前市面上常见的色颜色传感器大致有两种类型：一种是RGB(红、绿、蓝)三基色型颜色传感器，通过检测带测光的红、绿、蓝三基色刺激值来识别颜色； 另一种为色差传感器，主要通过测量待测物体颜色与基准颜色之间的色差来识别颜色。下边简要介绍三种常见的颜色传感器的设计方案：
1.2
颜色识别技术是新兴检测技术，在彩色打印、商标识别和材料分拣等方面已在我国拥有广泛应用。虽然我国在机器人视觉系统领域已取得举世瞩目的成就，但是在高分辨的颜色识别方面仍然缺乏自主研发能力。高精度的颜色识别技术仍然由少数发达国家掌控，我国高分辨率颜色传感器的研究工作任重而道远。
颜色识别系统提出的时间较晚，出现在自动控制系统之后。其作为一种新兴的检测技术也是控制理论的简单应用，经过几十年的发展，在工业控制中逐渐开始大范围的应用。颜色传感器在实时检测系统以及自动控制方面有着重要的意义，伴随着单片机等处理器技术的发展，颜色识别系统的效率也大大的增加。颜色识别在现代生产中的应用愈加广泛，特别是在遥感技术、工业过程控制、材料分拣、图像处理、机器人视觉系统等方面的起着重要的作用，颜色传感器的快速发展为上述生产应用自动化的实现提供了可能。随着颜色传感器的广泛应用，颜色识别技术已成为工业自动化必不可少的部分，发展前景十分广阔。
RGB颜色模型如下图2.1所示。由三基色原理可知自然界中所有色光都可由R、G、B三种基本颜色按照不同的比例叠加合成，当三基色分量都为0时，叠加出的光为黑色，对应于立方体坐标中的（0,0,0）点；当三基色分量都为255时，叠加出的光为白色光，对应于立体坐标中得（255,255,255）。以由黑到白为对角线的正方体的其他六个顶点分别为红（255,0,0），黄（255,255,0），绿（0,255,0），青（0,255,255），蓝（0,0,255）和品红（255,0,255）。每个颜色都有其独自RGB值。
TCS230CN 颜色传感器中文手册
Dawmoon整理1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 下一页rrTCS230可编程彩色L I G H T -T O -F R E Q U E N C Y 变换器TAOS046Q − JULY 2008D 高分辨率光转换D D D D D D D强度，频率可编程颜色和满量程输出频率直接与微控制器单电源供电(2.7 V 到5.5 V )掉电功能非线性误差通常在0.2%千赫50温度系数稳定200 p p m /°C 低调铅(P b )免费R o H S符合表面贴装包装包装 D 8-LEAD SOIC（顶视图）S0 1S1 2OE 3GND 48 S37 S26输出5 V DD说明该T C S 230可编程颜色l i g h t -t o -f r e q u e n c y 转换器可配置的硅光电二极管和结合上一个单片集成电路c u r r e n t -t o -f r e q u e n c y C M O S 转换器.输出为方波(50%占空比）与频率成正比的光强度（辐射）.满量程输出频率可通过三种规模预设值通过两个控制输入p i n s .数字输入和数字输出允许直接连接到微控制器或其它逻辑电路.输出使能(O E )地方在输出高阻抗状态的多单元的微控制器输入行共享.该l i g h t -t o -f r e q u e n c y 转换器读取8 x 光电二极管8阵列.十六个光电二极管有蓝过滤器，16光电二极管是绿色过滤器，过滤器有红色16光电二极管，光电二极管和16过滤器是没有明确.这四种类型的光电二极管（颜色）叉，以尽量减少非均匀性对入射辐射.同一颜色的所有16光电二极管并联连接，哪些类型的光电二极管设备运行过程中u s e s 是引脚可选.光电二极管120μm x 120μm 在大小和144-μm 是中心.功能框图输出光光电二极管阵列Current-to-Frequency转换器S2S3S0S1OE该LUMENOLOGYr 公司得克萨斯高级光电解决方案I n c .1001克莱恩路S 套房300S 普莱诺，T X 75074S (972) 673-0759r1rCopyrightE 2008, TAOS Inc.TCS230可编程彩色L I G H T-T O-F R E Q U E N C Y变换器TAOS046Q − JULY 2008终端功能终端名称GND OE输出S0, S1 S2, S3 V DD 没有.4361, 27, 85IOIII / O描述电源地.所有电压都参考G N D.启用f o（低电平有效）.输出频率(f o).选择输入输出频率调整.光电二极管类型选择输入.电源电压可选择的选项表1.S0LLHHS1LHLH输出频率调节(f o)掉电2%20%100%S2LLHHS3LHLH光电二极管型红蓝清除（不过滤）绿可用选项装置TCS230T A−40°C到85°C包装 −引线SOIC−8包装指示符D订购号TCS230D绝对最大额定值（除非另有说明）在操作自由空气的温度范围†电源电压，V DD（见注1)............................................输入电压范围，所有投入，V I.........................................DD+ 0.3 V 经营自由空气的温度范围内，T A（见注2).................................存储温度范围（见注2) (40)在最高温度与J E D E C J−S T D−020A,按照焊锡条件（见注3)...260°C†超越“绝对最大额定值”，就可能造成永久性损坏设备.这些压力额定值只，该设备的功能操作下，在这些或超出“推荐工作条件”所标明的任何其它条件不暗示.暴露于a b s o l u t e-m a x i m u m-r a t e d长时间条件下可能影响器件的可靠性.注：1.所有电压值与尊重是G N D.2.长期储存或以上70°C操作可能导致包装泛黄，这将降低灵敏度波长<500n m.3.装置可能是手工焊接提供的热量是只适用于没有接触焊焊垫和尖端之间所作焊锡铁和设备领先.热的最长时间应适用于该设备是5秒.推荐工作条件最小电源电压，V DD高电平输入电压，V IH低电平输入电压，V IL经营自由空气的温度范围内，T A V DD=2.7V到5.5VV DD=2.7V到5.5V2.72−40NOM5最大5.5V DD0.870单位VVV°CCopyright E2008, TAOS Inc.rr该LUMENOLOGY r公司上一页 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 下一页TCS230可编程彩色L I G H T-T O-F R E Q U E N C Y变换器TAOS046Q − JULY 2008在T电气特性A= 25°C, V DD=5V（除非另有说明）参数V OH V OL I IH I ILI DD 高电平输出电压低电平输出电压高电平输入电流低电平输入电流上电模式电源电流掉电模式S0 = H, S1 = H 满量程满量程频率（见注4)温度响应系数k SVS供电电压灵敏度S0 = H, S1 = LS0 = L, S1 = Hλ ≤600 nm, −25°C≤TA≤70°CV DD= 5 V±10%500100102760012012±200±0.5测试条件I OH= − 4 mAI OL= 4 mH最小4TYP4.50.250.4055315最大单位VVμAμAmAμA千赫千赫千赫ppm/°C%/ V注4:满量程频率是未饱和的设备的最大工作频率.该LUMENOLOGY r公司rr Copyright E2008, TAOS Inc.3上一页 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 下一页TCS230可编程彩色L I G H T-T O-F R E Q U E N C Y变换器TAOS046Q − JULY 2008在V工作特性DD= 5 V, T A= 25°C,S0=H,S1=H（除非另有说明）（见注5,6,7,8,和9).参数试验条件E e= 47.2μW/cm2,λp= 470 nmf O 输出频率q yE e= 40.4μW/cm2,λp= 524 nmE e= 34.6μW/cm2,λp= 640 nmf D 黑暗频率E e= 0λp= 470 nmR e 发光λp= 524 nm 响应λp= 565 nm （注10)λp= 640 nmλp= 470 nm 饱和辐照（注11)λp= 524 nmλp= 565 nmλp= 640 nmλp= 470 nmR v 照度λp= 524 nm响应λp= 565 nm（注12)λp= 640 nmf O=0到5千赫非线性f=0到50千赫O（注13)f O=0到500千赫恢复从电源向下响应时间到了，将启用(OE)清除光电二极管S2 = H, S3 = L最小161616TYP202020242449553257814101210113010405659589373±0.1%±0.2%±0.5%10046431620±0.1%±0.2%±0.5%100108655219±0.1%±0.2%±0.5%100最大2424241223481633731172017801940109035715355±0.1%±0.2%±0.5%100% F.S.% F.S.% F.S.μsHz/lxμW/cm2122813373092912蓝光电二极管S2 = L, S3 = H最小11.2TYP16.4最大21.6813.619.214192263591550Hz/(μW/( W/cm2)2412绿色光电二极管S2 = H, S3 = H最小TYP最大红光电二极管S2 = L, S3 = L最小TYP最大千赫千赫千赫Hz单位100100100100ns注：5.光学测量是使用一个发光二极管（L E D）光源小角度入射辐射.6.的470n m输入辐照基本上是由供应氮化铟镓发光二极管具有以下特点：峰值波长λp=470n m,光谱半宽度Δλ½=35n m,和发光效率=75l m/W7.的524n m输入辐照基本上是由供应氮化铟镓发光二极管具有以下特点：峰值波长λp=524n m,光谱半宽度Δλ½=47n m,和发光效率=520l m/W8.的565n m输入辐照是由一个具有以下特征的磷化镓发光二极管：峰值波长λp=565n m,光谱半宽度Δλ½=28n m,和发光效率=595l m/W9.的640n m输入辐照是由一个具有以下特征的A l I n G a P发光二极管：峰值波长λp=640n m,光谱半宽度Δλ½=17n m,和发光效率=155l m/W10.辐照响应R e特点是在由0到5千赫.11.饱和光照=（满量程频率）/（辐照响应）.12.照度响应R v从辐照响应计算采用了L E D发光效率值列账于附注6,7,8,和9,和使用1l x=1l m/米2.13.非线性是指在f偏差O从零和满量程之间的直线，作为全面百分比来表示.Copyright E2008, TAOS Inc.rr该LUMENOLOGY r公司上一页 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 下一页上一页 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 下一页TCS230可编程彩色L I G H T -T O -F R E Q U E N C Y 变换器TAOS046Q − JULY 2008典型特征光电二极管的光谱响应10.90.8RedClear光电二极管的光谱响应与外部红外过滤器阻塞†1归清除@ 540 nm T A = 25°CBlueGreen归清除@ 715 nmT A = 25°C相对响应度0.9Clear0.80.70.60.50.4Red相对响应度0.7Green0.6Blue0.50.40.30.20.10300Blue0.30.2Green0.10300500700900λ−波长 −n m1100500700900λ−波长 −n m1100†典型的例子包括IR 过滤肖特B G 18,和肖特B G 39,Hoya CM500.图1归一化输出频率对比角位移1fO—输出频率—归图2光电二极管的响应度温度系数对比光波长入射11k 10k温度系数— p p m /d e g C900.8光轴9k 8k7k6k 5k4k 3k2k1k060065070075080085090095010000.60.40.2角位移是这两方面的平等0−90−60−303060Q −角位移−°λ−光波长入射 −n m图3图4该LUMENOLOGYr 公司rrCopyrightE 2008, TAOS Inc.5TCS230可编程彩色L I G H T-T O-F R E Q U E N C Y变换器TAOS046Q − JULY 2008应用信息供电思考电源线必须由0.01-μF分离到0.1-μF短引线电容式接近设备包装.输入接口低阻抗的器件引脚和O E引脚电气连接设备G N D需要提高抗干扰能力.输出接口该装置的输出设计在短距离驱动标准T T L或C M O S逻辑输入.如果线条大于12英寸是在输出，缓冲或行驱动器使用的建议.对产出启用高状态(O E)置于高阻抗状态多单位共享的输出微控制器的输入行.断电传感器使用S0/S1（午/L）的将导致在一个较低的状态进行输出.因为输出为低，传感器不能断电在一个有公共输出引脚多单元配置.光电二极管型（彩色）的选择类型的光电二极管（蓝色，绿色，红色，或清除）设备使用是由两个逻辑输入，S2和控制S3（见表1).输出频率调节输出频率调整是由两个逻辑输入，S0和S1.内部l i g h t-t o-f r e q u e n c y转换器生成一个固定脉宽脉冲序列.缩放是通过内部连接脉冲串输出一频器系列变频器.除以输出方波周期50%-d u t y相对对100%,20%,和2%.频率值，因为输出的分频是通过计数主体内部频率脉冲，最终输出的时期是一个多时期的平均这一原则的频率.输出缩放计数器寄存器清零后，下一个脉冲的主频率在任何转型期S0,S1,S2,S3,和O E线.输出g o e s在下次随后的脉冲式高主频率，开始了新的有效的时期.这最大限度地减小了对输入之间的时间延迟变化由此产生的新线和输出周期.响应时间的输入编程改变或一个发光阶跃变化是一种新的频率加1期μs.缩放的输出变化都满量程频率与被选中的比例因子黑暗的频率.频率缩放功能允许输出范围为各种优化的测量技术.在规模较小的输出可以用在一个较低的频率计数器只可用，如低成本的微控制器，或周期测量技术的使用.该LUMENOLOGY r公司Copyright E2008, TAOS Inc.rr上一页 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 下一页TCS230可编程彩色L I G H T-T O-F R E Q U E N C Y变换器TAOS046Q − JULY 2008应用信息测量频率该接口和测量技术的选择取决于期望分解和数据采集率.为了获得最大的数据采集速率，周期测量技术的使用.输出数据可在输出频率的两倍或一个点收集的数据速率为每微秒满量程输出.周期测量需要一个快速参考时钟直接使用与现有分解相关的参考时钟频率.输出比例可用于提高给定的时钟速率分解或最大限度地随着光线的变化分解输入.周期测量用于测量快变轻水平或做一个恒定光源非常快的测量.最大分解和准确性可能获得使用频率测量，脉冲积累，或集成技术.频率测量提供了额外的好处的平均随机或高频率的变化（抖动）从光信号噪音.分解是有限的，主要受可用计数寄存器和允许测量时间.频率测量是非常适合于慢变或常亮水平和读数在很短的时间周期平均光水平.整合（即在积累了很长一段时间的脉冲），可用于测量曝光，光量目前在一个地区在给定的时间段.P C B焊垫布局建议P C B焊垫的D包装布局准则如图5.4.65 6.901.270.502.25注：是A.所有的线性尺寸以毫米为单位.B.本图如有变更，恕不另行通知.图5.建议D包装 P C B布局该LUMENOLOGY r公司rr Copyright E2008, TAOS Inc.7上一页 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 下一页TCS230可编程彩色L I G H T-T O-F R E Q U E N C Y变换器TAOS046Q − JULY 2008机械信息T h i s S O I C包装由安装在一个封装用引线框架和一个电动的集成电路不导电的透明塑料复合.该T C S230有8×8光电二极管阵列和一个总规模的1.15m m 由1.15m m.光电二极管是120μm×120μm在大小和位置上144μm中心.包装 D注B2.12 +0.2503.00+0.250塑料小外形顶视图底视图PIN 1PIN 16y1.278y0.5100.330侧视图j 2.8 TYP清除窗口终结时0.500.255.004.805.3最大4550.88T Y P顶部传感器电路小片A1.751.354.003.806.205.80一个细节0.250.19 Pb注：A.B.C.D.1.270.410.250.10所有的线性尺寸以毫米为单位.The center of the 1.15-mm by 1.15-mm photo-active area is referenced to the upper left corner tip of the lead frame (Pin 1).包装是塑造具有不导电的透明塑料有一对1.55.折射率化合物这幅画如有变更，恕不另行通知.图6.包装 D—塑料小包装配置外形 I CCopyright E2008, TAOS Inc.rr该LUMENOLOGY r公司上一页 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 下一页TCS230可编程彩色L I G H T-T O-F R E Q U E N C Y变换器TAOS046Q − JULY 2008机械信息侧视图K o 2.11+0.10 [0.083+0.004]0.292+0.013[0.0115+0.0005]顶视图j 1.508+0.1[0.315+0.004]4+0.1[0.157+0.004]2+0.05[0.079+0.002]1.75+0.10[0.069+0.004]终结时B5.50+0.05[0.217+0.002]12 + 0.3 − 0.1[0.472 + 0.12 − 0.004]A AB一个细节详细BA o注：A.B.C.D.E.F.6.45+0.10[0.254+0.004]B o5.13+0.10[0.202+0.004]所有的线性尺寸以毫米[英寸].在此画的尺寸仅供参考.一个实际载波尺寸可能稍有不同.画上的符号o, B o,和K o定义在A N S I E I A标准481−B2001.每卷的直径178毫米，包含1000部分.T A O S包装带和卷轴符合E I A标准481−B.的要求这幅画如有变更，恕不另行通知.图7.包装 D载波胶带该LUMENOLOGY r公司rr Copyright E2008, TAOS Inc.9上一页 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 下一页TCS230可编程彩色L I G H T-T O-F R E Q U E N C Y变换器TAOS046Q − JULY 2008制造业信息化这种塑料小外形 I C包装 (D)已经过测试，并显示了有能力将回流焊到P C B基板.焊料回流曲线描述了在焊接元件预计最高热暴露回流焊温度对一P C B.产品过程是根据构件的顶部.该组件应被限制在这三个经过焊接回流温度曲线的最大值.表2.T C S230回流焊简介参数预热的平均温度梯度浸泡时间时间超过217°C时间超过230°C时间超过T peak−10°C 峰值回流温度冷却温度梯度t soakt1t2t3T peak参考TCS2302.5°C/sec2到3分钟最大 60秒最大 50秒最大 10秒260° C (−0°C/+5°C)最大 -5°C/s e cT峰值不按比例仅作参考—T3T2T1温度(5C)时间（秒）t浸泡图8.T C S230回流焊曲线图t3 t2 t1Copyright E2008, TAOS Inc.rr该LUMENOLOGY r公司上一页 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 下一页TCS230可编程彩色L I G H T-T O-F R E Q U E N C Y变换器TAOS046Q − JULY 2008潮湿敏感度其光学特性，可产生不利影响的释放和在焊接过程中水分蒸发以前已吸收到包装成型化合物.为了防止这些不利的条件下，载波磁带出货的所有设备已被预焙并装入密封运防潮袋.没有进一步的行动是必要的，如果这些设备都是通过回流焊内处理小时的密封24被打破的防潮袋.不过，在管或如果在防潮袋密封出货的所有设备已被打破的24小时或更长的时间，我们建议使用下列程序，以确保包装塑封料含有水分的吸收量可能最小.对于运管设备：1.删除管设备2.烘烤装置4小时，90°C3.冷却后成管，负载设备回4.小时内执行24回流焊后烘烤只有数量，可以通过在24小时回流焊接加工设备.设备可以再烤4小时90°C，如需12小时(3烤的4小时累计在90°C).对于载波磁带运设备：1.烘烤装置4小时，在磁带90°C2.小时内执行24回流焊后烘烤只有数量，可以通过在24小时回流焊接加工设备.设备可以r e−b a k e d在磁带4小时90°C，如需12小时累计总(3小时4烧烤在90°C).该LUMENOLOGY r公司rr Copyright E2008, TAOS Inc.11上一页 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 下一页TCS230可编程彩色L I G H T-T O-F R E Q U E N C Y变换器TAOS046Q − JULY 2008生产数据—本文件的信息，出版日期电流.产品符合按照规格与得克萨斯高级光电解决方案，I n c.标准的条款保修.生产加工不一定包括所有参数测试.无铅(P b-F R E E)及绿色声明Pb-Free (RoHS)T A O S'条款无铅或Pb-Free半导体产品，与当前的兼容R o H S要求所有6物质，包括要求领导不得超过重量均匀0.1%材料.凡设计为在高温焊接，T A O S P b-F r e e产品是适合使用在指定无铅工艺.绿色(R o H S和N O S b/B r)T A O S定义绿指P b-F r e e(R o H S兼容），溴(B r)和自由锑(S b)系阻燃剂(B r或S b不超过在均质材料重量0.1%）.重要信息和免责声明The information provided in this statement represents TAOS' knowledge and 作为信仰的日期，这是规定.T A O S基地由第三方提供的信息的知识和信念，并不会就这些资料的准确性作出任何陈述或保证.目前正在努力，以更好地整合信息来自第三方.T A O S已经采取并将继续采取合理的步骤，以提供有代表性的而准确的信息，但可能没有进行无损检测和来料或化学分析化学品.T A O S和T A O S供应商认为某些信息是专有的，因此C A S数字和其他有限的信息可能不发布.公告得克萨斯高级光电解决方案，I n c.(T A O S)保留权利，在这一变化中包含的产品文件，以提高性能或用于任何其他目的，或终止，恕不另行通知他们.建议客户联系T A O S在下订单前取得，或设计成系统T A O S产品的最新产品信息.T A O S不承担任何责任的产品或电路使用本文档或客户的产品描述设计，传达没有牌照，任何专利或其他权利任何明示或暗示，并没有表示该电路是免费的专利侵权.T A O S更使得以它的产品适合没有任何特别要求目的，也不承担任何法律责任T A O S所产生的任何产品或电路使用了，并明确否认任何和所有责任，包括但不限于间接或附带损失.得克萨斯高级光电解决方案，I N C.产品是没有设计或设计用于在关键应用中使用，其中故障或T A O S产品故障可能造成人身伤害或死亡.广泛运用寿命支持系统的产品是明确T A O S未经授权，任何由客户此种使用是完全可根据客户的风险.L U M E N O L O G Y，T A O S,的T A O S标志和得克萨斯高级光电解决方案的注册商标得克萨斯高级光电解决方案公司.该LUMENOLOGY r公司Copyright E2008, TAOS Inc.rr上一页 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12。
基于TCS230传感器的新鲜辣椒颜色识别研究
基于TCS230传感器的新鲜辣椒颜色识别研究陈熵，陶栋材，刘新庭，袁开放（湖南农业大学工学院，长沙410128）摘要：为实现用机器代替人眼对辣椒进行自动分类的目的，利用青、红以及杂色辣椒的颜色特征进行提取分析，设计并构建以TCS230高分辨率可编程颜色传感器与高频率STM32单片机相结合的硬件系统；同时设计多个品种辣椒识别实验，将系统识别结果与人眼识别感受进行对比，得出系统识别的正确率在94%以上。
关键词：辣椒分类；TCS230传感器；STM32单片机；颜色识别中图分类号：TP22.1文献标志码：A论文编号：casb15020042Research on Color Identification of Fresh Pepper Based on TCS230Colorimeter SensorsChen Shang,Tao Dongcai,Liu Xinting,Yuan Kaifang(College of Engineering,Hunan Agricultural University ,Changsha 410128)Abstract:To achieve the purpose of pepper automatic classification using machines instead of human eyes,based on color feature of red,green and versicolor pepper,we design and build a hardware system that combines high-resolution programmable TCS230color sensor with high frequency STM32microcontroller.Meanwhile we design recognition experiments for more varieties of pepper,compare the results of system identification with eye recognition feelings,and draw the conclusion that the accuracy of system recognition is above 94%.Key words:pepper classification;TCS230colorimeter sensors;STM32microcontroller;color recognition0引言随着颜色识别技术的发展，国内外专家学者逐渐意识到颜色识别技术对于食品工业自动化领域及农业领域有着非常不错的发展前景。
颜色传感器TCS230及颜色识别电路
颜色传感器TCS230及颜色识别电路(一)1 TCS230芯片的结构框图与特点TCS230是TAOS公司推出的可编程彩色光到频率的转换器。
它把可配置的硅光电二极管与电流频率转换器集成在一个单一的CMOS电路上，同时在单一芯片上集成了红绿蓝(RGB)三种滤光器，是业界第一个有数字兼容接口的RGB 彩色传感器。
TCS230的输出信号是数字量，可以驱动标准的TTL或CMOS逻辑输入，因此可直接与微处理器或其他逻辑电路相连接。
由于输出的是数字量，并且能够实现每个彩色信道10位以上的转换精度，因而不再需要A/D转换电路，使电路变得更简单。
图1是TCS230的引脚和功能框图。
图1中，TCS230采用8引脚的SOIC表面贴装式封装，在单一芯片上集成有64个光电二极管。
这些二极管共分为四种类型。
其中16个光电二极管带有红色滤波器；16个光电二极管带有绿色滤波器；16个光电二极管带有蓝色滤波器；其余16个不带有任何滤波器，可以透过全部的光信息。
这些光电二极管在芯片内是交叉排列的，能够最大限度地减少入射光辐射的不均匀性，从而增加颜色识别的精确度；另一方面，相同颜色的16个光电二极管是并联连接的，均匀分布在二极管阵列中，可以消除颜色的位置误差。
工作时，通过两个可编程的引脚来动态选择所需要的滤波器。
该传感器的典型输出频率范围从2 Hz~500 kHz，用户还可以通过两个可编程引脚来选择100%、20%或2%的输出比例因子，或电源关断模式。
输出比例因子使传感器的输出能够适应不同的测量范围，提高了它的适应能力。
例如，当使用低速的频率计数器时，就可以选择小的定标值，使TCS230的输出频率和计数器相匹配。
从图1可知：当入射光投射到TCS230上时，通过光电二极管控制引脚S2、S3的不同组合，可以选择不同的滤波器；经过电流到频率转换器后输出不同频率的方波(占空比是50%)，不同的颜色和光强对应不同频率的方波；还可以通过输出定标控制引脚S0、S1，选择不同的输出比例因子，对输出频率范围进行调整，以适应不同的需求。
(完整word版)颜色传感器TCS230中文资料(word文档良心出品)
颜色传感器TCS230及颜色识别电路随着现代工业生产向高速化、自动化方向的发展，生产过程中长期以来由人眼起主导作用的颜色识别工作将越来越多地被相应的颜色传感器所替代。
例如：图书馆使用颜色区分对文献进行分类，能够极大地提高排架管理和统计等工作；在包装行业，产生包装利用不同的颜色和装潢来表示其不同的性质或用途。
目前的颜色传感器通常是在独立的光电二极管上覆盖经过修正的红、绿、蓝滤波片，然后对输出信号进行相应的处理，才能将颜色信号识别出来；有的将两者集合起来，但是输出模拟信号，需要一个A/D电路进行采集，对该信号进一步处理，才能进行识别，增加了电路的复杂性，并且存在较大的识别误差，影响了识别的效果。
TAOS（Texas Advanced Optoelectronic Solutions）公司最新推出的颜色传感器TCS230，不仅能够实现颜色的识别与检测，与以前的颜色传感器相比，还具有许多优良的新特性。
1 .TCS230芯片的结构框图与特点:TCS230是TAOS公司推出的可编程彩色光到频率的转换器，它把可配置的硅光电二极管与电流频率转换器集成在一个单一的CMOS电路上，同时在单一芯片上集成了红绿蓝（RGB）三种滤光器，是业界第一个有数字兼容接口的RGB彩色传感器，TCS230的输出信号是数字量，可以驱动标准的TTL或CMOS逻辑输入，因此可直接与微处理器或其他逻辑电路相连接，由于输出的是数字量，并且能够实现每个彩色信道10位以上的转换精度，因而不再需要A/D转换电路，使电路变得更简单，图1是TCS230的引脚和功能框图。
图1中，TCS230采用8引脚的SOIC表面贴装式封装，在单一芯片上集成有64个光电二极管，这些二极管分为四种类型，其16个光电二极管带有红色滤波器；16个光电二极管带有绿色滤波器；16个光电二极管带有蓝色滤波器，其余16个不带有任何滤波器，可以透过全部的光信息，这些光电二极管在芯片内是交叉排列的，能够最大限度地减少入射光辐射的不均匀性，从而增加颜色识别的精确度；另一方面，相同颜色的16个光电二极管是并联连接的，均匀分布在二极管阵列中，可以消除颜色的位置误差。
颜色传感器TCS230及颜色识别电路
颜色传感器TCS230及颜色识别电路
胡建民
【期刊名称】《单片机与嵌入式系统应用》
【年(卷),期】2006(000)004
【摘要】TCS230是美国TAOS公司生产的一种可编程彩色光到频率的传感器.该传感器具有分辨率高、可编程的颜色选择与输出定标、单电源供电等特点;输出为数字量,可直接与微处理器连接.文中主要介绍TCS230的原理和应用,以及色光和白平衡的知识,并用一个实例说明TCS230识别颜色的过程.
【总页数】3页(P40-41,53)
【作者】胡建民
【作者单位】深圳光硕科技有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TN43
【相关文献】
1.TCS230颜色传感器结合BP神经网络在颜色识别系统上的研究 [J], 彭波;李旭宇
2.使用颜色传感器TCS230的色卡检测研究 [J], 冯婷;钟澔
3.基于TCS230颜色传感器的尿液分析检测系统 [J], 万江中;李佳凌;王香;钟丽莎
4.采用 TCS230颜色传感器的测温方法及实验研究 [J], 赵光艺;赵光兴
5.基于TCS230颜色传感器的内瘘出血报警装置设计 [J], 陈兴富; 钟小仕; 黄垂文; 许世林; 吴若梅; 刘岩
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基于TCS230颜色传感器与51单片机的颜色辨别系统
基于TCS230颜色传感器与51单片机的颜色辨别系统颜色传感器的出现使辨别物体的颜色更便捷，使生产线能根据工件的颜色进行分拣，大大提高了工业自动化。
在以前生产线上采用人工分拣有颜色的工件，自动化程度低，效率低，已经不能适应工业生产需要了。
而TCS230颜色传感器具备分辨率高、可编程的颜色选择与输出定标、单电源供电等特点;输出为数字量，可直接与微处理器连接。
本设计以STC89C51单片机为处理器，将TCS230采集的颜色信号经过单片机处理，再通过LCD1602液晶屏把数据显示出来。
标签：TCS230颜色传感器51单片机LCD1602液晶颜色辨别一、引言1.研究背景随着现代工业生产向高速化、自动化方向的发展，颜色辨别的技术广泛应用于工业检测和自动化控制领域。
特别是微机技术的不断深入发展，从单片机到嵌入式系统一步一步的发展和迈向成熟，进而使自动化水平再上一个阶段。
再者，顺应各类场所的传感器连续的出现，它们有着可靠性极高、能经受恶劣情况的考验、功能强大以及使用简单方便等强大优越特点，因此快速地占领自动控制领域产业，成为工业自动控制领域的领头产品。
颜色分拣是工农行业的重要手段，而在当今竞争日益激烈的市场经济中，各厂家为赢得更广泛的客户群获得更多的利益，他们在成本控制、系统稳定性和流程控制等方面花了很大功夫，以求得在竞争对手中赢得上风。
2.研究的目的与意义我国是制造业大国，对自动化提出越来越高的要求，同时也为自动化技术的革新提供了必要条件。
颜色分拣系统对工业的生产提出更高的要求，基本满足当代人的需求。
实现自动控制的颜色分拣系统能够极大的提高生产效率和产品质量，明显消除靠人眼分拣产生的误差，有效减少员工的劳动强度并降低能源和资源的损耗。
颜色辨别的技术广泛应用于各类工业检测和自动控制范畴，而生产过程当中长期以来由人眼起主导作用的颜色辨别工作将越来越多地被相关的颜色传感器所替换。
如：各类物体外观颜色辨别如产品包装色标检测，产品外表特点颜色的检测等等。
颜色识别传感器
TCS230与TCS3200D 原理一致，下面具体谈谈：1、TCS230识别颜色的原理TCS230这种可编程的彩色光到频率转换器适合于色度计测量应用领域，如彩色打印、医疗诊断、计算机彩色监视器校准以及油漆、纺织品、化妆品和印刷材料的过程控制和色彩配合。
本文以TCS230 在液体颜色识别中的应用为例，介绍它的具体使用。
在开始介绍TCS230 的颜色识别前，先来了解一些光与颜色的知识。
2、三原色的感应原理通常所看到的物体的颜色，实际上是物体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应。
白色是由各种频率的可见光混合在一起构成的，也就是说白光中包含着各种颜色的色光(如红R、黄Y、绿G、青V、蓝B、紫P)。
根据德国物理学家赫姆霍兹(Helinholtz)的三原色理论可知，各种颜色是由不同比例的三原色(红、绿、蓝)混合而成的。
3、TCS230识别颜色的原理由上面的三原色感应原理可知，如果知道构成各种颜色的三原色的值，就能够知道所测试物体的颜色。
对于TCS230 来说，当选定一个颜色滤波器时，它只允许某种特定的原色通过，阻止其它原色的通过。
例如：当选择红色滤波器时，入射光中只有红色可以通过，蓝色和绿色都被阻止，这样就可以得到红色光的光强；同理，选择其它的滤波器，就可以得到蓝色光和绿色光的光强。
通过这三个值，就可以分析投射到TCS230 传感器上的光的颜色。
4、白平衡和颜色识别原理白平衡就是告诉系统什么是白色。
从理论上讲，白色是由等量的红色、绿色和蓝色混合而成的；但实际上，白色中的三原色并不完全相等，并且对于TCS230 的光传感器来说，它对这三种基本色的敏感性是不相同的，导致TCS230 的RGB 输出并不相等，因此在测试前必须进行白平衡调整，使得TCS230 对所检测的“白色”中的三原色是相等的。
进行白平衡调整是为后续的颜色识别作准备。
在本装置中，白平衡调整的具体步骤和方法如下：（1）将空的试管放置在传感器的上方，试管的上方放置一个白色的光源，使入射光能够穿过试管照射到TCS230 上；（2）根据前面所介绍的方法，依次选通红色、绿色和蓝色滤波器，分别测得红色、绿色和蓝色的值，然后就可计算出需要的三个调整参数。
基于TCS230传感器的高精度颜色识别系统设计
基于TCS230传感器的高精度颜色识别系统设计High-precision color recognition system based on TCS230 sensor（广西大学机械工程学院）潘海鸿 陈琳 黄炳琼 蒙健义PAN HAIHONG CHEN LIN HUANG BINGQIONG MENG JIANYI摘要：采用颜色传感器TCS230与单片机AT89S52设计高精度颜色识别系统平台。
分别在3种不同工作条件下，对5种颜色的LED 做测试，采用更直观的HSL 颜色空间方法分析实验数据，验证系统在不同条件下对颜色识别的准确性。
实验结果表明：该系统以白色LED 灯调白平衡，在密封和自然光条件下都具有准确的颜色识别性能和良好的抗干扰性。
关键词: TCS230传感器; 颜色识别; HSL 颜色空间法中图分类号: TP273 文献标识码: AAbstract: The design of high-precision color recognition system was based on a new color sensorTCS230 and a single-chip microcontroller AT89S52. In order to verify the validity and the colorrecognized accuracy, the color recognition system was tested by five different kinds of color LEDunder three different working conditions, and a more intuitive HSL color space method wasintroduced for analyzing the experimental data. The results show that: the color recognitionsystem with white LED lights for white balance adjustment has accurate color recognition andhigh performance for anti- interference under natural light or in sealed conditions.Keywords: TCS230 Sensor, Color Recognition, HSL Color Space Method潘海鸿：博士 副教授1 引言颜色传感技术是现代颜色测量仪器核心技术之一，现已发展为集光学、机械、电子于一体的系统。
基于TCS230传感器的颜色识别系统设计
基于TCS230传感器的颜色识别系统设计李静;梁鹏超【期刊名称】《计算机与数字工程》【年(卷),期】2017(045)005【摘要】In order to facilitate detection and analysis of the light color components,a STC89C52 MCU and TCS230 sensor as the core of the color detection system is designed. The hardware design circuit of the detection system and the program flow of the test results are given. The color component is converted into a pulse wave of different frequency by using the TCS230 sensor. The I/O port of the microcontroller directly obtains the RGB brightness value of a color and the result is displayed on the three bit digital tube to verify the accuracy of the system. Experiments show thatthe system has accurate color recognition performance and good stability.%为了方便对光色成分进行检测和分析,设计了一种以STC89C52单片机和TCS230传感器为核心的颜色检测系统.给出了该检测系统的硬件设计电路以及检测过程的程序流程.用TCS230传感器直接将颜色分量转化为不同频率的脉冲波,通过单片机的I/O口直接获取某一颜色的RGB亮度值,并将结果显示到三位数码管上,以验证该系统对颜色识别的准确性.实验表明:该系统具有准确的颜色识别性能和良好的稳定性.【总页数】4页(P984-987)【作者】李静;梁鹏超【作者单位】西安工业大学电子信息工程学院西安 710032;西安工业大学电子信息工程学院西安 710032【正文语种】中文【中图分类】TP212【相关文献】1.基于TCS230颜色识别传感器的纸币清分机 [J], 谢天海;梁磊磊;代献泽;李仲洁;王玉琳2.基于TCS230传感器的高精度颜色识别系统设计 [J], 潘海鸿;陈琳;黄炳琼;蒙健义3.基于51单片机控制TCS230传感器分拣物体系统设计 [J], 程琦4.基于TCS230传感器的新鲜辣椒颜色识别研究 [J], 陈熵;陶栋材;刘新庭;袁开放5.基于TCS230的颜色识别系统设计 [J], 张智博;王艳;殷天明因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
颜色识别原理
1、TCS230原理介绍
2、显示器的显示原理
3、51单片机和显示器的连接 4、 51单片机和传感器的连接
5、系统结构图 6、 LCD显示模块
TCS230识别颜色原理简介
• TCS230颜色传感器中有三个颜色滤波器，当识别颜 色时，滤波器分时工作，即选定一种颜色的滤波器 之后，其他颜色的分量都不能够通过滤波器，而只 有这种颜色能够通过滤波器，该分量通过滤波器之 后，则得出要识别颜色中该分量的值。简单来说就 是当蓝色滤波器处于工作状态时，只有蓝色光能通 过滤波器，而红色、绿色不通过，这样就能够得出 蓝色分量的值。当入射光通过三个颜色滤波器之后， 得出三个颜色分量值，这样，叠加在一起则得出被 测物体颜色。通过这三个值，就可以分析投射到 TCS230传感器上的光的颜色。
51单片机和传感器的连接
S0 S1 E TCS230 S2 S3 OUT P1.0 P1.1 P1.2 P1.6 P1.7 P3.2 51单片机
TCS230颜色传感器的S0管脚接51单片机的P1.0管脚，S1管脚接 P1.1管脚，OE管脚接P1.2管脚，GND管脚接地，Vcc管脚接电 源，OUT管脚接P3.2管脚，S2管脚接P1.6管脚，S3管脚接P1.7管 脚。
显示器的原理简介
• 字符的显示： 在液晶显示器上显示字符的过程是首先要确定字符在显示器上显示位置 的地址，地址是根据RAM进行选择的，每个字符都是由矩阵组成的， 在矩阵中对应要显示的部分呈高亮状态，而不需要显示的部分呈现出 暗的状态即可。显示的字符相对比较简单，允许控制器在文本模式下 工作的基础上，对每行和列数的液晶显示开头的列数，找出相应的显 示RAM地址，建立一个光标，给出相应的代码字符即可。 • 汉字的显示： 汉字显示常用的方法是图形方式，通过计算机提取字符点阵代码（通常 是用矩阵提取软件），每个字符占32B，分左、右两半，各16B，左侧 为单数，右侧为双数。基于LCD显示屏上的行列号及每行的列数，能 识别显示RAM对应的地址，建立一个光标，送上汉字要显示部分的第 一个字节，光标位置加一，发送第二个字节，换行对齐，发送第三个 字节至32B显示完成则可以在液晶显示屏上一个完整的汉字。
高分辨率颜色传感器TCS230的原理和应用
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
P30 P31 P32 P33 P34 P35 P36 P37 X2 X1 GND
EA/VPP 30 ALE/P 29 PSEN
P27
28 27
P26 P25
26 25
P24 24
P23 P22
23 22
P21 P20
21
VCC
89C51
图３ ＴＣＳ２３０颜色识别接口电路
使能输出引脚以及通信参数的设置 初始化完成后 检 测是否需要进行白平衡调整 如有 调用白平衡子程 序 否则 转到下一步 检测是否需要进行颜色识别 如没有 返回 如需要颜色识别 调用颜色识别子程序 直到颜色识别完毕
４ 应用中需要注意的问题
颜色识别时要避免外界光线的干扰 否则会影响 颜色识别的结果 最好把传感器 光源等放置在一个密 闭 无反射的箱子中进行测试
图 １ 中 ＴＣＳ２３０ 采用 ８ 引脚的 ＳＯＩＣ 表面贴装式封装 在单一芯片上集成有 ６ ４ 个光电二极管 这些二极管共
分为四种类型 其中 １ ６ 个光电二极管带有红色滤波器 １６ 个光电二极管带有绿色滤波器 １ ６ 个光电二极管带有 蓝色滤波器 其余 １ ６ 个不带有任何滤波器 可以透过 全部的光信息 这些光电二极管在芯片内是交叉排列 的 能够最大限度地减少入射光幅射的不均匀性 从而 增加颜色识别的精确度 另一方面 相同颜色的 １ ６ 个 光电二极管是并联连接的 均匀分布在二极管阵列中 可以消除颜色的位置误差 工作时 通过两个可编程的 引脚来动态选择所需要的滤波器 该传感器的典型输出 频率范围从 ２Ｈｚ￣５００ｋＨｚ 用户还可以通过两个可编程引 脚来选择 １ ０ ０ ％ ２ ０ ％ 或 ２ ％ 的输出比例因子 或电源关 断模式 输出比例因子使传感器的输出能够适应不同的 测量范围 提高了它的适应能力 例如 当使用低速的 频率计数器时 就可以选择小的定标值 使 Ｔ Ｃ Ｓ ２ ３ ０ 的 输出频率和计数器相匹配
GYJ-0102 TCS230颜色识别传感器 颜色比较 色差判定 提供例程 带透镜防干扰
【简要说明】序号Type ♦产品型号GYJ-01021.Appearance♦产品外形图参考图在下面2.Outline ♦外形尺寸长x宽x高34mmX 26mmX 10mm3.Important chips♦重要芯片TCS23004.power voltage ♦供电电压供电DC5V 信号DC5V5.Features♦主要特征所有的引脚全部引出采用高亮白色LED灯补光可直接和单片机连接2.54mm 管脚距排针静态检测被测物颜色检测距离5厘米以内抗干扰能力强提供原理图、尺寸图、例程6.Rating ♦参数7.Ambient Temperature ♦环境温度-30℃ to +70℃8.Ambient humidity♦环境湿度20% to 80%RH【标注图片】【工作电压和电流】（直流5V0.04A）【输出波形】【原理图】/** TCS3200模块* 用途：TCS3200颜色测试,读取RGB值,LCD1602显示R,G,B值//接线说明：//模块S2-----单片机P1.1//模块S3-----单片机P1.0//模块OUT----单片机P3.5(计数器1输入)//模块VCC----单片机VCC//模块GND----单片机GND#include<REG52.H>#include<math.h> //Keil library#include<stdio.h> //Keil library#include<INTRINS.H>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define DataPort P2 //LCD1602 数据端口sbit LCM_RS=P0^2; //LCD1602 控制端口sbit LCM_RW=P0^1; //LCD1602 控制端口sbit LCM_EN=P0^0; //LCD1602 控制端口/**引脚定义**/sbit s2=P1^1; //TCS3200 S2sbit s3=P1^0; //TCS3200 S3//TCS3200 S0 模块内部默认上拉//TCS3200 S1 模块内部默认上拉//TCS3200 OE 模块内部接地sbit test_pin=P1^2; //用示波器看这个引脚，可知道定时器中断频率//变量、常量定义uchar ge,shi,bai ;uchar rp=3,gp=3,bp=6; //定义比例因子，具体环境可以修改uchar count; //颜色标志位（0:红1:绿2:蓝）//显示数组uchar disp_R[3]; //红uchar disp_G[3]; //绿uchar disp_B[3]; //蓝//********定义函数***************************** void delay(unsigned int k);void InitLcd();void WriteDataLCM(uchar dataW);void WriteCommandLCM(uchar CMD,uchar Attribc); void DisplayOneChar(uchar X,uchar Y,uchar DData);//*********LCD1602初始化********************** void InitLcd(){WriteCommandLCM(0x38,1);WriteCommandLCM(0x08,1);WriteCommandLCM(0x01,1);WriteCommandLCM(0x06,1);WriteCommandLCM(0x0c,1);}//**********检测忙信号************************ void WaitForEnable(void){DataPort=0xff;LCM_RS=0;LCM_RW=1;_nop_();LCM_EN=1;_nop_();_nop_();while(DataPort&0x80);LCM_EN=0;}//**********写命令至LCD*********************** void WriteCommandLCM(uchar CMD,uchar Attribc){if(Attribc)WaitForEnable();LCM_RS=0;LCM_RW=0;_nop_();DataPort=CMD;_nop_();LCM_EN=1;_nop_();_nop_();LCM_EN=0;}//**********写数据至LCD************************ void WriteDataLCM(uchar dataW){WaitForEnable();LCM_RS=1;LCM_RW=0;_nop_();DataPort=dataW;_nop_();LCM_EN=1;_nop_();_nop_();LCM_EN=0;}//*********写一个字符数据到指定的目标***********void DisplayOneChar(uchar X,uchar Y,uchar DData) {Y&=1;X&=15;if(Y)X|=0x40;X|=0x80;WriteCommandLCM(X,0);WriteDataLCM(DData);}//**********延时函数***************void delay(unsigned int k){unsigned int i,j;for(i=0;i<k;i++){for(j=0;j<121;j++){;}}}/******************************************* * 函数名称: t0_init()* 函数功能: 定时器0初始化* 入口参数: 无* 出口参数: 无/********************************************/ void t0_init(){TMOD=0x51; //T1计数T0定时工作方式1TH1=0x00; //计数初值TL1=0x00;TH0=0xE0;TL0=0x00; //11。
TCS230颜色传感器原理与应用编程
TCS230颜色传感器1 . 颜色传感器原理TCS23Q采用8引脚的SOIC表面贴装式封装，在单一芯片上集成有64 个光电二极管。
这些二极管共分为四种类型。
其中16 个光电二极管带有红色滤波器；16 个光电二极管带有绿色滤波器；16 个光电二极管带有蓝色滤波器；其余16 个不带有任何滤波器，可以透过全部的光信息。
这些光电二极管在芯片内是交叉排列的，能够最大限度地减少入射光辐射的不均匀性，从而增加颜色识别的精确度；另一方面，相同颜色的16 个光电二极管是并联连接的，均匀分布在二极管阵列中，可以消除颜色的位置误差。
工作时，通过两个可编程的引脚来动态选择所需要的滤波器。
该传感器的典型输出频率范围从Hz~5QQkHz,用户还可以通过两个可编程引脚来选择100% 20%或2%的输出比例因子，或电源关断模式。
输出比例因子使传感器的输出能够适应不同的测量范围，提高了它的适应能力。
例如，当使用低速的频率计数器时，就可以选择小的定标值，使TCS230的输出频率和计数器相匹配。
2. 引脚图及其控制与功能a. 实物图（芯片的4引脚延伸进去这是区分引脚的标志。
）Tsob.引脚编程设置及其功能 1.输出频率分频选择SO S1 输出频率分频比例 L L 掉电L H 2% H L 20% HH100%so S3 SI S2 OEOUT GNPVCC2 2 4s7 6T 光电一段管LJ 电流—锁率輸出帥1S S1 3OEOU圏2 TCS 烦的引脚排列2.滤光颜色选择3.测量频率的方法（1）依次选通三种颜色的滤波器，然后对TCS230的输出脉冲依次进行计数。
当计数到250时停止计数，分别计算每个通道所用的时间。
这些时间对应于实际测试时TCS230每种滤波器所采用的时间基R、准，通过串口观察。
在这段时间内所测得的脉冲数就是所对应的G和B的值。
（实际测得的是一个范围的值）（2）设置定时器为一固定时间（例如10 ms），然后选通三种颜色的滤波器，计算这段时间内TCS230勺输出脉冲数，计算出一个比例因子，通过这个比例因子可以把这些脉冲数变为255。
基于TCS230颜色识别器的设计剖析
实物图
结论
1、根据阅读文献和参考资料，进行理论内容的 梳理，建立基本的颜色模型，简单介绍几种颜 色识别算法。 2、介绍51单片机的基本理论，以及主要模块如： TCS230颜色识别模块、LCD1602显示模块，能 实现的功能和优势等。 3、根据理论知识对系统进行整体设计，包括软 件的连接方面，硬件的焊接方面。
强，而阴天则光线较暗，因此，使实验结果有一定的误差。 ? 2、不同的芯片对光线的敏感度不同。因为我们不保证所有的芯片完全
相同，例如不同的厂家不同的生产工艺生产的产品则不同，所以，造 成一定的误差。 ? 3、在TCS230传感器上现在一般都有四个LED补光原件，补光原件不一 定稳定，因此会使结果造成一定误差。 ? 4、另外，不同的物体对光的反射和吸收能力不同，因此，会造成一定 的误差。
075 128 062
069 133 058
035 043 107
028 045 101
031 042 105
在硬件焊接并调试成功的情况下，应出现如上结果。
误差分析
? 可能是硬件连接的问题，也可能是软件调试的问题使本次设计没能成 功做出硬件识别系统。
对于成功的系统误差分析如下： ? 1、外界光线的影响。因为外界天气存在一定的差异，例如晴天光线较
驱动模块
? TCS230采用8引脚的SOIC表面贴装式封装，在单一芯片上集成有64个 光电二极管，这些二极管分为四种类型，其16个光电二极管带有红色 滤波器；16个光电二极管带有绿色滤波器；16个光电二极管带有蓝色 滤波器，其余16个不带有任何滤波器，可以透过全部的光信息，这些 光电二极管在芯片内是交叉排列的，能够最大限度地减少入射光辐射 的不均匀性，从而增加颜色识别的精确度；另一方面，相同颜色的16 个光电二极管是并联连接的，均匀分布在二极管阵列中，可以消除颜 色的位置误差。
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颜色传感器TCS230及颜色识别电路
引言
随着现代工业生产向高速化、自动化方向的发展，生产过程中长期以来由人眼起主导作用的颜色识别工作将越来越多地被相应的颜色传感器所替代。
例如：图书馆使用颜色区分对文献进行分类，能够极大地提高排架管理和统计等工作；在包装行业，产品包装利用不同的颜色或装潢来表示其不同的性质或用途。
目前的颜色传感器通常是在独立的光电二极管上覆盖经过修正的红、绿、篮滤光片，然后对输出信号进行相应的处理，才能将颜色信号识别出来；有的将两者集合起来，但是输出模拟信号，需要一个A/D电路进行采样，对该信号进一步处理，才能进行识别，增加了电路的复杂性，并且存在较大的识别误差，影响了识别的效果。
TAOS(Texas Advanced Optoelectronic Solutions)公司最新推出的颜色传感器
TCS230，不仅能够实现颜色的识别与检测，与以前的颜色传感器相比，还具有许多优良的新特性。
1 TCS230芯片的结构框图与特点
TCS230是TAOS公司推出的可编程彩色光到频率的转换器。
它把可配置的硅光电二极管与电流频率转换器集成在一个单一的CMOS电路上，同时在单一芯片上集
成了红绿蓝(RGB)三种滤光器，是业界第一个有数字兼容接口的RGB彩色传感器。
TCS230的输出信号是数字量，可以驱动标准的TTL或CMOS逻辑输入，因此可直接与微处理器或其他逻辑电路相连接。
由于输出的是数字量，并且能够实现每个彩色信道10位以上的转换精度，因而不再需要A/D转换电路，使电路变得更简单。
图1是TCS230的引脚和功能框图。
图1中，TCS230采用8引脚的SOIC表面贴装式封装，在单一芯片上集成有64个光电二极管。
这些二极管共分为四种类型。
其中16个光电二极管带有红色滤波器；16个光电二极管带有绿色滤波器；16个光电二极管带有蓝色滤波器；其余16个不带有任何滤波器，可以透过全部的光信息。
这些光电二极管在芯片内是交叉排列的，能够最大限度地减少入射光辐射的不均匀性，从而增加颜色识别的精确度；另一方面，相同颜色的16个光电二极管是并联连接的，均匀分布在二极管阵列中，可以消除颜色的位置误差。
工作时，通过两个可编程的引脚来动态选择所需要的滤波器。
该传感器的典型输出频率范围从2 Hz~500 kHz，用户还可以通过两个可编程引脚来选择100%、20%或2%的输出比例因子，或电源关断模式。
输出比例因子使传感器的输出能够适应不同的测量范围，提高了它的适应能力。
例如，当使用低速的频率计数器时，就可以选择小的定标值，使TCS230的输出频率和计数器相匹配。
从图1可知：当入射光投射到TCS230上时，通过光电二极管控制引脚S2、S3的不同组合，可以选择不同的滤波器；经过电流到频率转换器后输出不同频率的方波(占空比是
50%)，不同的颜色和光强对应不同频率的方波；还可以通过输出定标控制引脚S0、S1，选择不同的输出比例因子，对输出频率范围进行调整，以适应不同的需求。
图1 TCS230的引脚和功能框图
下面简要介绍TCS230芯片各个引脚的功能及它的一些组合选项。
S0、S1用于选择输出比例因子或电源关断模式；S2、S3用于选择滤波器的类型；OE 是频率输出使能引脚，可以控制输出的状态，当有多个芯片引脚共用微处理器的输入引脚时，也可以作为片选信号；OUT是频率输出引脚，GND是芯片的接地引脚，VCC为芯片提供工作电压。
表1是S0、S1及S2、S3的可用组合。
表1 S0、S1及S2、S3的组合选项
2 TCS230识别颜色的原理
由上面的介绍可知，这种可编程的彩色光到频率转换器适合于色度计测量应用领域，如彩色打印、医疗诊断、计算机彩色监视器校准以及油漆、纺织品、化妆品和印刷材料的过程控制和色彩配合。
下面以TCS230在液体颜色识别中的应用为例，介绍它的具体使用。
首先了解一些光与颜色的知识。
（1）三原色的感应原理
通常所看到的物体颜色，实际上是物体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应。
白色是由各种频率的可见光混合在一起构成的，也就是说白光中包含着各种颜色的色光(如红R、黄Y、绿G、青V、蓝B、
紫P)。
根据德国物理学家赫姆霍兹(Helinholtz)的三原色理论可知，各种颜色是由不同比例的三原色(红、绿、蓝)混合而成的。
（2）TCS230识别颜色的原理
由三原色感应原理可知，如果知道构成各种颜色的三原色的值，就能够知道所测试物体的颜色。
对于TCS230来说，当选定一个颜色滤波器时，它只允许某种特定的原色通过，阻止其他原色的通过。
例如：当选择红色滤波器时，入射光中只有红色可以通过，蓝色和绿色都被阻止，这样就可以得到红色光的光强；同理，选择其他的滤波器，就可以得到蓝色光和绿色光的光强。
通过这三个值，就可以分析投射到TCS230传感器上的光的颜色。
（3）白平衡和颜色识别原理
白平衡就是告诉系统什么是白色。
从理论上讲，白色是由等量的红色、绿色和蓝色混合而成的；但实际上，
白色中的三原色并不完全相等，并且对于TCS230的光传感器来说，它对这三种基本色的敏感性是不相同的，导致TCS230的RGB输出并不相等，因此在测试前必须进行白平衡调整，使得TCS230对所检测的“白色”中的三原色是相等的。
进行白平衡调整是为后续的颜色识别作准备。
在本装置中，白平衡调整的具体步骤和方法如下：将空的试管放置在传感器的上方，试管的上方放置一个白色的光源，使入射光能够穿过试管照射到TCS230上；根据前面所介绍的方法，依次选通红色、绿色和蓝色滤波器，分别测得红色、绿色和蓝色的值，然后就可计算出需要的3个调整参数。
当用TCS230识别颜色时，就用这3个参数对所测颜色的R、G和B进行调整。
这里有两种方法来计算调整参数：①依次选通三种颜色的滤波器，然后对TCS230的输出脉冲依次进行计数。
当计数到255时停止计数，分别计算每个通道所用的时间。
这些时间对应于实际测试时TCS230每种滤波器所采用的时间基准，在这段时间内所测得的脉冲数就是所对应的R、G和B的值。
②设置定时器为一固定时间(例如10 ms)，然后选通三种颜色的滤波器，计算这段时间内TCS230的输出脉冲数，计算出一个比例因子，通过这个比例因子可以把这些脉冲数变为255。
在实际测试时，使用同样的时间进行计数，把测得的脉冲数再乘以求得的比例因子，然后就可以得到所对应的R、G和B的值。
3 TCS230的应用——颜色识别电路
基于上述分析，采用89C51和TCS230设计一个医用液体颜色识别装置。
该装置具有结构简单、识别精度和效率高的特点，并且能够和上位机通信，以将识别的结果实时传送给上位机。
由于是说明TCS230的使用情况，下面仅给出其中的TCS230识别电路，如图2所示。
图2中用89C51的P1口的几图3软件流程个引脚来控制TCS230的各个控制引脚，而TCS230的输出引脚连接到89C51的定时器/计数器1的输入端(P35)。
设置89C51定时
器/计数器为相应的工作方式，初始化89C51定时器为一个定值，再选择TCS230的输出比例因子，并使能输出引脚。
实际使用中，通过读取89C51计数器的值，就可以分别计算出TCS230的3种输出频率，进而确定R、G、B值及颜色。
相应的软件流程如图3所示。
图2 TCS230颜色识别接口电路
在程序流程中：系统初始化负责设置89C51的定时器/计数器的工作方式，选择TCS230的输出比例因子，使能输出引脚以及通信参数的设置。
初始化完成后，检测
是否需要进行白平衡调整。
如有，调整白平衡子程序；否则，转到下一步，检测是否需要进行颜色识别。
如不需要颜色识别，返回；如需要颜色识别，调用颜色识别子程序，直到颜色
识别完毕。
图3 软件流程
4 应用中需要注意的问题
①颜色
识别时要避免外界光线的干扰，否则会影响颜色识别的结果。
最好把传感器、光源等放置在一个密闭、无反射的箱子中进行测试。
②对光源没有特殊的要求，但是光源发出的光要尽量集中，否则会造成传感器之间的相互干扰。
③当第1次使用TCS230时，或TCS230识别模块重启、更换光源等情况时，都需要进行白平衡调整。
结语
文章从TCS230的结构特点出发，介绍了色光理论和颜色识别的知识，以及白平衡的原理和进行调整的方法。
结合一个具体的应用，给出了相应的硬件设计电路和软件流程图。
该传感器和文中介绍的方法对进行其他的颜色识别，也有很大的帮助。