摘要：
這里介紹的是一個(gè)探索性的試驗(yàn)。即用顏色識(shí)別傳感器來識(shí)別不同物體顏色有不同對(duì)應(yīng)值(詳見附表)的實(shí)驗(yàn)。 顏色識(shí)別傳感器是由半導(dǎo)體色敏元件和相應(yīng)的器件組裝的(以下簡(jiǎn)稱傳感器)。由于這種傳感器體積小,能識(shí)別物體的彩色標(biāo)記和痕跡,響應(yīng)時(shí)間快,約15×10-6秒左右,很適合對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行在線的顏色識(shí)別和檢測(cè)。該傳感器是繼傳統(tǒng)的光學(xué)色計(jì)量器之后又一種全新的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的、造價(jià)低廉的顏色識(shí)別器。這種傳感器能將顏色的波長(zhǎng)和光譜范圍,直接轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電量信號(hào)值。既容易作為自動(dòng)化裝置的信號(hào)輸入,又可直讀數(shù)據(jù)。
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顏色識(shí)別器傳感器：顏色識(shí)別傳感器_1
TCS230
與
TCS3200D
原理一致，下面具體談?wù)劊?/p>
1
、
TCS230
識(shí)別顏色的原理
TCS230
這種可編程的彩色光到頻率轉(zhuǎn)換器適合于色度計(jì)測(cè)量應(yīng)用領(lǐng)域，如彩色打印、
醫(yī)療診斷、
計(jì)算機(jī)彩色監(jiān)視器校準(zhǔn)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。本文以
TCS230
在液體顏色識(shí)別中的應(yīng)用為例，介紹它的具體使用。在開始介紹
TCS230
的顏色識(shí)別前，先來了解一些光與顏色的知識(shí)。
2
、
三原色的感應(yīng)原理
通常所看到的物體的顏色，
實(shí)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(yīng)。
白色是由各種頻率的可見光混
合在一起構(gòu)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(lán)
B
、
紫
P)
。
根據(jù)德國物理學(xué)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(lán)
)
混合而成的。
3
、
TCS230
識(shí)別顏色的原理
由上面的三原色感應(yīng)原理可知，
如果知道構(gòu)成各種顏色的三原色的值，
就能夠知道所測(cè)
試物體的顏色。對(duì)于
TCS230
來說，當(dāng)選定一個(gè)顏色濾波器時(shí)，它只允許某種特定的原色
通過，阻止其它原色的通過。例如：當(dāng)選擇紅色濾波器時(shí)，入射光中只有紅色可以通過，藍(lán)
色和綠色都被阻止，
這樣就可以得到紅色光的光強(qiáng)；同理，選擇其它的濾波器，就可以得到
藍(lán)色光和綠色光的光強(qiáng)。通過這三個(gè)值，就可以分析投射到
TCS230
傳感器上的光的顏色。
4
、白平衡和顏色識(shí)別原理
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(lán)色混
合而成的；但實(shí)際上，白色中的三原色并不完全相等，并且對(duì)于
TCS230
的光傳感器來說，
它對(duì)這三種基本色的敏感性是不相同的，
導(dǎo)致
TCS230
的
RGB
輸出并不相等，
因此在測(cè)試
前必須進(jìn)行白平衡調(diào)整，
使得
TCS230
對(duì)所檢測(cè)的
“
白色
”
中的三原色是相等的。
進(jìn)行白平衡
調(diào)整是為后續(xù)的顏色識(shí)別作準(zhǔn)備。在本裝置中，白平衡調(diào)整的具體步驟和方法如下：
（
1
）將空的試管放置在傳感器的上方，試管的上方放置一個(gè)白色的光源，使入射光能夠穿
過試管照射到
TCS230
上；
（
2
）根據(jù)前面所介紹的方法，依次選通紅色、綠色和藍(lán)色濾波器，分別測(cè)得紅色、綠色和
藍(lán)色的值，然后就可計(jì)算出需要的三個(gè)調(diào)整參數(shù)。
當(dāng)用
TCS230
識(shí)別顏色時(shí)，就用這三個(gè)參數(shù)對(duì)所測(cè)顏色的
R
、
G
和
B
進(jìn)行調(diào)整。這
里有兩種方法來計(jì)算調(diào)整參數(shù)：
①
依次選通三種顏色的濾波器，然后對(duì)
TCS230
的輸出脈沖依次進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)到
255
時(shí)停止計(jì)數(shù)，分別計(jì)算每個(gè)通道所用的時(shí)間。這些時(shí)間對(duì)應(yīng)于實(shí)際測(cè)試時(shí)
TCS230
每
種濾波器所采用的時(shí)間基準(zhǔn)，在這段時(shí)間內(nèi)所測(cè)得的脈沖數(shù)就是所對(duì)應(yīng)的
R
、
G
和
B
的
值。
②
設(shè)置定時(shí)器為一固定時(shí)間
(
例如
10ms
)
，然后選通三種顏色的濾波器，計(jì)算這段時(shí)間
內(nèi)
TCS230
的輸出脈沖數(shù)，計(jì)算出一個(gè)比例因子，通過這個(gè)比例因子可以把這些脈沖數(shù)變
為
255
。
在實(shí)際測(cè)試時(shí)，
使用同樣的時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)，
把測(cè)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(duì)應(yīng)的
R
、
G
和
B
的值。參考資料：高分辨率顏色傳感器
TCS230
的
原理和應(yīng)用
顏色識(shí)別傳感器 第2張" title="顏色識(shí)別器傳感器：顏色識(shí)別傳感器 第2張-傳感器知識(shí)網(wǎng)"/>
顏色識(shí)別器傳感器：顏色識(shí)別傳感器_2
項(xiàng)目背景：
應(yīng)用背景
制片機(jī)中有貼膠帶的工序
應(yīng)用要求
檢測(cè)片料中是否有貼膠帶
項(xiàng)目目標(biāo)：
目標(biāo) 準(zhǔn)確有效的檢測(cè)到膠帶
難點(diǎn) 膠帶類型比較多，而且顏色偏向透明的，貼完后和背影色很接近。
解決方案：
方案簡(jiǎn)述
我們選用CL1顏色傳感器。強(qiáng)大的三色光原理，可以識(shí)別上千種顏色，就算是很相近的顏色也可以有效區(qū)分出來。同時(shí)選配的F-RP080S同軸光纖，使得發(fā)射光線與接收光線的效果更好。
系統(tǒng)簡(jiǎn)介
因?yàn)槟z帶會(huì)貼在極耳上面，極耳因?yàn)槭墙饘俨馁|(zhì)，反光性比較特殊，通過傳感器的顏色模式，可以避免因?yàn)闃O耳的高反光特性造成的識(shí)測(cè)。同時(shí)也可以通過二點(diǎn)學(xué)習(xí)方式，可以把容易誤測(cè)的地方做對(duì)比對(duì)樣本，從而提高檢測(cè)準(zhǔn)確性。
系統(tǒng)特點(diǎn)
傳感器本身有顏色模式和顏色+光強(qiáng)度模式。 無論片料貼在極耳上，還是其它位置上，都可以選擇適合的方式去檢測(cè)。同時(shí)因?yàn)槠系臄鄶嗬m(xù)續(xù)的運(yùn)動(dòng)過程，片料有抖動(dòng)的情況。我們CL1傳感器檢測(cè)目標(biāo)，不受目標(biāo)的位置變化而影響。
方案優(yōu)勢(shì)：
價(jià)格優(yōu)勢(shì)：現(xiàn)階段大部分是使用進(jìn)口品牌為主，價(jià)格大概在2000-4000左右。 我們價(jià)格在50%就可以實(shí)現(xiàn)。
同價(jià)位的其它競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，檢測(cè)準(zhǔn)確性差。
顏色識(shí)別傳感器 第3張" title="顏色識(shí)別器傳感器：顏色識(shí)別傳感器 第3張-傳感器知識(shí)網(wǎng)"/>
顏色識(shí)別器傳感器：顏色識(shí)別傳感器原理與應(yīng)用介紹
顏色識(shí)別傳感器是什么？顏色識(shí)別傳感器又稱色彩傳感器或顏色傳感器，它是將物體顏色同前面已經(jīng)示教過的參考顏色進(jìn)行比較來檢測(cè)顏色的傳感器，當(dāng)兩個(gè)顏色在一定的誤差范圍內(nèi)相吻合時(shí)，輸出檢測(cè)結(jié)果。
顏色識(shí)別傳感器功能：
1.顏色識(shí)別功能
2.獨(dú)立于工作距離的顏色識(shí)別功能
3.對(duì)振動(dòng)的物體也能提供可靠的檢測(cè)
4.白光LED
5.動(dòng)態(tài)、遙控示教功能
6.觸發(fā)輸入
7.3色通道，5級(jí)閥值
8.可使用反光板
顏色識(shí)別傳感器的工作原理：
色彩傳感器分為三種不同類型：光到光電流轉(zhuǎn)換，光到模擬電壓轉(zhuǎn)換，光到數(shù)字轉(zhuǎn)換。前者通常只代表實(shí)際色彩傳感器的輸入部分，因?yàn)樵脊怆娏鞯姆确浅５停偸且蠓糯螅詫⒐怆娏鬓D(zhuǎn)換成可用的水平。所以，最實(shí)用的模擬輸出色彩傳感器至少會(huì)有一個(gè)跨阻抗放大器，并提供電壓輸出。
2.1光到光電流轉(zhuǎn)換器原理
光到光電流轉(zhuǎn)換器由光電二極管或具有色彩濾波器的光電二極管組成，光電二極管和發(fā)光二極管相似，核心也是p-n結(jié)，但光電二極管是把光能轉(zhuǎn)為電能的轉(zhuǎn)換器。在光電二極管外殼上有一個(gè)能讓光照射到光敏區(qū)的窗口，光電二極管工作在反向電壓下。無光照時(shí)，反向偏置的p-n結(jié)中只有微弱的反向漏電流一暗電流通過。當(dāng)有光子能量大于p-n結(jié)半導(dǎo)體材料禁帶寬度的光波照射時(shí)，p-n結(jié)各區(qū)域中的價(jià)電子吸收光子能量后，將掙脫束縛而成為自由電子，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)空穴，這些由光照產(chǎn)生的自由電子和空穴稱為光生載流子。在遠(yuǎn)離耗盡層的p區(qū)和n區(qū)中，因電場(chǎng)強(qiáng)度弱，光生載流子只能作擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，在擴(kuò)散過程中因復(fù)合而消失，不可能形成光電流。而耗盡層中由于電場(chǎng)強(qiáng)度大，光生自由電子和空穴將在電場(chǎng)力作用下以很大速度分別向n區(qū)和p區(qū)運(yùn)動(dòng)，并到達(dá)電極沿外電路運(yùn)動(dòng)，形成光電流。方向由光電二極管的負(fù)極到正極。將光轉(zhuǎn)換成光電流。可以使用外部電路，將光電流轉(zhuǎn)換成成比例的電壓輸出，然后可以通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器將電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式，輸送到微控制器中。感測(cè)色彩的傳統(tǒng)做法是采用把三至四個(gè)光電二極管組合在一塊芯片上的結(jié)構(gòu)，而將紅、綠、藍(lán)濾色器置于光電二極管的表面（通常將兩個(gè)藍(lán)濾色器組合在一起以補(bǔ)償硅片對(duì)于藍(lán)光的低靈敏度）。獨(dú)立的跨阻抗放大器將每個(gè)光電二極管的輸出饋送到具有8}t2位典型分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器中。
所以光到光電流轉(zhuǎn)換器適合要求響應(yīng)時(shí)間短、定制增益和速度調(diào)節(jié)及在光線變化條件下工作的應(yīng)用。
2.2光到模擬電壓轉(zhuǎn)換器原理
光到模擬電壓轉(zhuǎn)換器由搭配色彩濾波器的光電二極管陣列組成，并整合一個(gè)跨阻抗放大器。要求使用外部電路，將模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出，然后才能輸送到數(shù)字信號(hào)處理器。光到模擬電壓色彩傳感器由色彩濾波器后面的光電二極管陣列與整合的電流到電壓轉(zhuǎn)換電路（通常是跨阻抗放大器）組成，落在每個(gè)光電二極管上的光轉(zhuǎn)換成光電流，其幅度取決于亮度及入射光的波長(zhǎng)（由于色彩濾波器）。如果沒有色彩濾波器，典型的硅光電二極管會(huì)對(duì)從超紫色區(qū)域直到可視區(qū)域的波長(zhǎng)作出響應(yīng)，在光譜接近紅外線的部分，峰值響應(yīng)區(qū)域位于800nm和950nm之間。紅色、綠色和藍(lán)色透射色彩濾波器將重塑和優(yōu)化光電二極管的光譜響應(yīng)。正確設(shè)計(jì)的濾波器將對(duì)模仿人眼的濾波后的光電二極管陣列提供光譜響應(yīng)。三個(gè)光電二極管中的每個(gè)光電二極管的光電流會(huì)使用電流到電壓轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成VRout.VCout和VBout。所以光到模擬電壓轉(zhuǎn)換器適合要求設(shè)計(jì)周期較短、產(chǎn)品開發(fā)周期更快、光線條件和空間利用率設(shè)計(jì)精良的應(yīng)用。
2.3光到數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器
由捂配濾波器的光電二極管陣列、模似數(shù)字轉(zhuǎn)換器及用于通信和靈敏度控制的數(shù)字核心組成。輸出允許直接接口微控制器或其它邏輯控制通路，如2線串行接口。以進(jìn)一步處理信號(hào)。而不需額外的器件。以RGB色彩傳感器的裝飾照明為實(shí)例：
1）使用色彩傳感器測(cè)量LED亮度隨時(shí)間變化情況，提供光學(xué)反饋，控制光源的色彩點(diǎn)
2）可與色彩控制器技術(shù)結(jié)合使用，形成閉環(huán)色彩管理系統(tǒng)
所以這種方法所需的元件數(shù)量比分立型光電二極管的要少，由于對(duì)噪聲敏感的模擬電路位于芯片之上，因此壓縮了電路板的占用空間，降低了安裝成本，并且簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)和電路板布局。
顏色識(shí)別傳感器的應(yīng)用：
1、TCS230簡(jiǎn)介：TCS230是一款可編程彩色光到頻率的轉(zhuǎn)換器。他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(gè)單一的CMOS電路上，同時(shí)在單一芯片上集成了紅綠藍(lán)（RGB）三種濾光器，是第一個(gè)有數(shù)字兼容接口的RGB彩色傳感器。TCS230的輸出信號(hào)是數(shù)字量，可以驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)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(gè)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，使電路變得簡(jiǎn)單。
2、TCS230的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理：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(gè)光電二極管。這些二極管共分為四種類型。其中16個(gè)光電二極管帶有紅色濾波器；16個(gè)光電二極管帶有綠色濾波器；16個(gè)光電二極管帶有藍(lán)色濾波器；其余16個(gè)不帶有任何濾波器，可以透過全部的光信息。
（a）TCS230封裝形式
（b）TCS230內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖
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(shí)別的精確度；另一方面，相同顏色的16個(gè)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(shí)，通過兩個(gè)可編程的引腳來動(dòng)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(gè)可編程引腳來選擇100%、20%或2%的輸出比例因子，或電源關(guān)斷模式。輸出比例因子使傳感器的輸出能夠適應(yīng)不同的測(cè)量范圍，提高了它的適應(yīng)能力。例如，當(dāng)使用低速的頻率計(jì)數(shù)器時(shí)，就可以選擇小的定標(biāo)值，使TCS230的輸出頻率和計(jì)數(shù)器相匹配。
3、基于TCS230的顏色識(shí)別模塊
基于TCS230的顏色識(shí)別模塊如下圖，尺寸為72*16*12立方毫米，配置4只大功率白色LED燈，可識(shí)別R，G，B三原色的分量，通過這三原色分量，通過這三原色的混合，可以識(shí)別顏色，工作電壓5V，電流0.12V。輸出引腳可直接與微控制器的I/O口連接。
TCS230模組具有3個(gè)顏色濾波器，有三原色理論可知：各種顏色是由不同比例的三原色混合而成的。該模組具有三個(gè)顏色濾波器，當(dāng)選擇其中一個(gè)顏色濾波器時(shí)，它只允許某個(gè)特定的原色通過，阻止其他顏色通過，例如：當(dāng)選擇藍(lán)色濾波器時(shí)，入射光中只有藍(lán)色可以通過，紅色和綠色都阻止，而此時(shí)TCS230的脈沖輸出腳會(huì)輸出一定頻率的脈沖，由脈沖數(shù)就可以得到藍(lán)色光的強(qiáng)度；同理，選擇其他濾波器時(shí)，就可以得到紅色光和綠色光的光強(qiáng)，通過這三個(gè)值，就可以分析投射到TCS230傳感器上的光的顏色。而顏色濾波器的選擇由模組S2腳和S3腳決定。
因此，將模組S2和S3與控制器的I/O口相連接，就可以方便的控制對(duì)濾波器的選擇；同時(shí)，將模組的脈沖輸出腳與控制器的外部中斷相連接，控制器就可以通過外部中斷的方式獲得模組脈沖輸出數(shù)，從而得到三原色的成分，分析出物體的顏色。
顏色識(shí)別傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域：
隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)向高速化、自動(dòng)化方向的發(fā)展，生產(chǎn)過程中長(zhǎng)期以來由人眼起主導(dǎo)作用的顏色識(shí)別工作將越來越多地被相應(yīng)的顏色傳感器所替代。例如：
圖書館使用顏色區(qū)分文獻(xiàn)進(jìn)行分類，能夠極大地提高排架管理和統(tǒng)計(jì)等工作。
在包裝行業(yè)，產(chǎn)品包裝利用不同的顏色或裝潢來表示其不同的性質(zhì)或用途。
深銘易購是國內(nèi)領(lǐng)先的電子元器件采購商城，商城主要銷售電子元器件產(chǎn)品有電阻、電容、芯片、儲(chǔ)存器、驅(qū)動(dòng)器、晶體管、二極管等。深銘易購與數(shù)百家國內(nèi)外原廠、授權(quán)分銷商、供應(yīng)商建立了長(zhǎng)期采購供求關(guān)系，商城共有數(shù)十萬電子元器件商品類目，為上千萬企業(yè)和個(gè)人提供電子元器件/電子元件批發(fā)交易服務(wù)，購買壓敏電阻元器件就上深銘易購電子元器件采購網(wǎng)。
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