1、15010502221501050222喬文澤喬文澤顏色傳感器顏色傳感器TCS230TCS230及顏色識別電路及顏色識別電路TCS230是美國TAOS公司生產的一種可編程彩色光到頻率的傳感器。該傳感器具有分辨率高、可編程的顏色選擇與輸出定標、單電源供電等特點；輸出為數(shù)字量，可直接與微處理器連接。文中主要介紹TCS230的原理和應用，以及色光和白平衡的知識，并用一個實例說明TCS230識別顏色的過程。隨著現(xiàn)代工業(yè)生產向高速化、自動化方向的

2、發(fā)展，生產過程中長期以來由人眼起主導作用的顏色識別工作將越來越多地被相應的顏色傳感器所替代。例如：圖書館使用顏色區(qū)分對文獻進行分類，能夠極大地提高排架管理和統(tǒng)計等工作；在包裝行業(yè)，產品包裝利用不同的顏色或裝潢來表示其不同的性質或用途。目前的顏色傳感器通常是在獨立的光電二極管上覆蓋經過修正的紅、綠、籃濾光片，然后對輸出信號進行相應的處理，才能將顏色信號識別出來；有的將兩者集合起來，但是輸出模擬信號，需要一個AD電路進行采樣，對該信號進一步

3、處理，才能進行識別，增加了電路的復雜性，并且存在較大的識別誤差，影響了識別的效果。TAOS(TexasAdvancedOptoelectronicSolutions)公司最新推出的顏色傳感器TCS230，不僅能夠實現(xiàn)顏色的識別與檢測，與以前的顏色傳感器相比，還具有許多優(yōu)良的新特性。1.TCS2301.TCS230芯片的結構框圖與特點芯片的結構框圖與特點TCS230是TAOS公司推出的可編程彩色光到頻率的轉換器。它把可配置的硅光電二極管與

4、電流頻率轉換器集成在一個單一的CMOS電路上，同時在單一芯片上集成了紅綠藍(RGB)三種濾光器，是業(yè)界第一個有數(shù)字兼容接口的RGB彩色傳感器。TCS230的輸出信號是數(shù)字量，可以驅動標準的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，并且能夠實現(xiàn)每個彩色信道10位以上的轉換精度，因而不再需要AD轉換電路，使電路變得更簡單。圖1是TCS230的引腳和功能框圖。圖1中，TCS230采用8引腳的SOI

5、C表面貼裝式封裝，在單一芯片上集成有64個光電二極管。這些二極管共分為四種類型。其中16個光電二極管帶有紅色濾波器；16個光電二極管帶有綠色濾波器；16個光電二極管帶有藍色濾波器；其余16個不帶有任何濾波器，可以透過全部的光信息。這些光電二極管在芯片內是交叉排列的，能夠最大限度地減少入射光輻射的不均勻性，從而增加顏色識別的精確度；另一方面，相同顏色的16個光電二極管是并聯(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，通

6、過兩個可編程的引腳來動態(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可編程引腳來選擇100%、20%或2%的輸出比例因子，或電源關斷模式。輸出比例因子使傳感器的輸出能夠適應不同的測量范圍，提高了它的適應能力。例如，當使用低速的頻率計數(shù)器時，就可以選擇小的定標值，使TCS230的輸出頻率和計數(shù)器相匹配。從圖1可知：當入射光投射到TCS230上時，通過光電二極管控制引腳S2、S3的不同組合，可以選

7、擇不同的濾波器；經過電流到頻率轉換器后輸出不同頻率的方波(占空比是50%)，不同的顏色和光強對應不同頻率的方波；還可以通過輸出定標控制引腳S0、S1，選擇不同的輸出比例因子，對輸出頻率范圍進行調整，以適應不同的需求。的試管放置在傳感器的上方，試管的上方放置一個白色的光源，使入射光能夠穿過試管照射到TCS230上；根據(jù)前面所介紹的方法，依次選通紅色、綠色和藍色濾波器，分別測得紅色、綠色和藍色的值，然后就可計算出需要的3個調整參數(shù)。當用TC

8、S230識別顏色時，就用這3個參數(shù)對所測顏色的R、G和B進行調整。這里有兩種方法來計算調整參數(shù)：①依次選通三種顏色的濾波器，然后對TCS230的輸出脈沖依次進行計數(shù)。當計數(shù)到255時停止計數(shù)，分別計算每個通道所用的時間。這些時間對應于實際測試時TCS230每種濾波器所采用的時間基準，在這段時間內所測得的脈沖數(shù)就是所對應的R、G和B的值。②設置定時器為一固定時間(例如10ms)，然后選通三種顏色的濾波器，計算這段時間內TCS230的輸出脈

9、沖數(shù)，計算出一個比例因子，通過這個比例因子可以把這些脈沖數(shù)變?yōu)?55。在實際測試時，使用同樣的時間進行計數(shù)，把測得的脈沖數(shù)再乘以求得的比例因子，然后就可以得到所對應的R、G和B的值。3TCS2303TCS230的應用的應用——顏色識別電路顏色識別電路基于上述分析，采用89C51和TCS230設計一個醫(yī)用液體顏色識別裝置。該裝置具有結構簡單、識別精度和效率高的特點，并且能夠和上位機通信，以將識別的結果實時傳送給上位機。由于是說明TCS23

10、0的使用情況，下面僅給出其中的TCS230識別電路，如圖2所示。圖2中用89C51的P1口的幾圖3軟件流程個引腳來控制TCS230的各個控制引腳，而TCS230的輸出引腳連接到89C51的定時器計數(shù)器1的輸入端(P35)。設置89C51定時器計數(shù)器為相應的工作方式，初始化89C51定時器為一個定值，再選擇TCS230的輸出比例因子，并使能輸出引腳。實際使用中，通過讀取89C51計數(shù)器的值，就可以分別計算出TCS230的3種輸出頻率，進而