一種液體顏色動(dòng)態(tài)捕獲系統(tǒng)設(shè)計(jì)

權(quán)建軍

摘要：在化工、醫(yī)藥等生產(chǎn)領(lǐng)域，經(jīng)常需要識(shí)別、捕獲動(dòng)態(tài)變化的液體顏色。TCS3200D顏色傳感器具備分辨率高、可編程的RGB濾光選擇與輸出定標(biāo)，輸出的數(shù)字量可直接與微處理器連接。本設(shè)計(jì)以AvR單片機(jī)為處理器，配合高穩(wěn)定性的LED恒流光源，模擬D65光源，將TCS3200D采集的液體顏色信號(hào)經(jīng)過(guò)單片機(jī)算法處理，與所儲(chǔ)存顏色數(shù)據(jù)比較，可準(zhǔn)確進(jìn)行液體顏色的識(shí)別捕獲。

關(guān)鍵詞：液體顏色;TCS3200D;LED恒流光源

中圖分類(lèi)號(hào)：TP212 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2020）05-0152-02

0引言

在化工、醫(yī)藥領(lǐng)域，經(jīng)常需要識(shí)別、捕獲動(dòng)態(tài)變化的液體特定顏色，本設(shè)計(jì)PAAVR單片機(jī)和TCS3200D顏色傳感器，配合高穩(wěn)定性的LED光源，以及LCD12864Z液晶屏，設(shè)計(jì)了液體顏色動(dòng)態(tài)捕獲系統(tǒng)。

1硬件電路設(shè)計(jì)

1.1TCS3200顏色傳感模塊

TCS3200采用8引腳SOIC表面貼裝式封裝，在單一芯片上集成了64個(gè)光電二極管，16個(gè)光電二極管為一組，分別帶有紅色R、綠色G和藍(lán)色B光濾波器;其余16個(gè)不帶有任何濾波器，可以透過(guò)全部的光信息。光濾波器可以通過(guò)其引腳S2和S3的高低電平來(lái)選擇濾波器模式。

TCS3200D有可編程的彩色光到電信號(hào)頻率的轉(zhuǎn)換器，當(dāng)被測(cè)物體反射光的紅、綠、藍(lán)三色光線(xiàn)分別透過(guò)相應(yīng)濾波器到達(dá)TCS3200D感應(yīng)窗口時(shí)，其內(nèi)置的振蕩器會(huì)輸出方波，方波頻率與所感應(yīng)的光強(qiáng)成比例關(guān)系，光線(xiàn)越強(qiáng)，內(nèi)置的振蕩器方波頻率越高。TCS3200傳感器有一個(gè)OUT引腳，它輸出信號(hào)的頻率與內(nèi)置振蕩器的頻率也成比例關(guān)系，它們的比率因子可以靠其引腳sO和SI的高低電平來(lái)選擇。

1.2LED恒流光源

顏色傳感器的輸出脈沖，對(duì)外界雜散光十分敏感，為了得到穩(wěn)定的RGB顏色值，必須進(jìn)行光路設(shè)計(jì)，屏蔽外部干擾光源。目前，顏色三刺激值測(cè)試一直都是在D65標(biāo)準(zhǔn)光源下進(jìn)行的，D65光源是人造模擬光源中最接近日光光色的光源。DD233是四通道恒流LED驅(qū)動(dòng)器，工作電壓2.7-6V，通過(guò)外接一個(gè)電阻，可以得到所需的電流。并且DD233有很好的恒流特性和熱穩(wěn)定性。其恒流特性曲線(xiàn)如圖1所示。

love=350.4/R^ext（kΩ）

為了得到模擬自然白光光譜，選擇色N6000K～6500K的白光LED。將四個(gè)白光LED聚攏安裝，可以得到穩(wěn)定的白色光源。模擬出近似理想的白光平行光源。

1.3電路設(shè)計(jì)

本電路中微處理器選用AVR公司的Megal28，片上功能強(qiáng)大，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。顯示器選用LCDl2864Z中文液晶屏，提供了良好的人機(jī)交互。系統(tǒng)電路框圖如圖2N示。

圖3為DD233的恒流驅(qū)動(dòng)電路。

2軟件設(shè)計(jì)

2.1白平衡

理論上對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)白光源，R、G、B三基色的值是一樣的。但是，由于實(shí)際光源并非理想穩(wěn)定光源，不同濾波器的光電二極管對(duì)三基色的敏感度不同，必須要進(jìn)行白平衡。

將空試管放人裝置，測(cè)量10ms內(nèi)的R、G、B脈沖數(shù)，與標(biāo)準(zhǔn)白光R、G、B值255比較，得到R、G、B比例因子。這樣，以后測(cè)量液體顏色時(shí)，對(duì)得到的R、G、B值，通過(guò)該比例因子進(jìn)行修正，就可以得到在該光源條件下的顏色R、G、B值。

2.2程序設(shè)計(jì)

分為主程序，以及定時(shí)中斷、外部中斷。流程圖如圖4所示。

為了得到穩(wěn)定的RGB數(shù)據(jù)，對(duì)測(cè)得的RGB數(shù)據(jù)采用了平均值濾波。

3結(jié)語(yǔ)

本液體顏色動(dòng)態(tài)捕獲系統(tǒng)，采用了AVR單片機(jī)、TCS3200D顏色傳感器、高穩(wěn)定恒流LED光源，以及中文液晶屏LCDl2864Z，交互界面簡(jiǎn)潔，操作方便，滿(mǎn)足了企業(yè)需求。