高分辨率顏色傳感器TCS230的原理和應(yīng)用

摘要：tcs230是美國taos公司生產(chǎn)的一種可編程彩色光到頻率的轉(zhuǎn)換器。論文主要介紹它的原理和應(yīng)用。該傳感器具有分辨率高、可編程的顏色選擇與輸出定標(biāo)、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。文中還介紹色光和白平衡的知識，并用一個實例來介紹tcs230識別顏色的過程。關(guān)鍵詞：tcs230 顏色傳感器 顏色識別 白平衡調(diào)整引 言隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)向高速化、自動化方向的發(fā)展，生產(chǎn)過程中長期以來由人眼起主導(dǎo)作用的顏色識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)分對文獻(xiàn)進(jìn)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(chǎn)品包裝利用不同的顏色或裝磺來表示其不同的性質(zhì)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(jīng)過修正的紅、綠、籃濾光片，然后對輸出信號進(jìn)行相應(yīng)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a/d電路進(jìn)行采樣，對該信號進(jìn)一步處理，才能進(jìn)行識別，增加了電路的復(fù)雜性，并且存在較大的識別誤差，影響了識別的效果。本文介紹美國taos公司最新推出的顏色傳感器tcs230。它不僅能夠?qū)崿F(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 tcs230芯片的結(jié)構(gòu)框圖與特點tcs230是taos(texas advanced optoelectronic solutions)公司推出的可編程彩色光到頻率的轉(zhuǎn)換器。它把可配置的硅光電二極管與電流頻率轉(zhuǎn)換器集成在一個單一的cmos電路上，同時在單一芯片上還集成了紅綠藍(lán)(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(qū)動標(biāo)準(zhǔn)的ttl或cmos邏輯輸入，因此可直接與微處理器或其它邏輯電路相連接。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，使電路變得更簡單。圖1是tcs230的引腳封裝和功能框圖。 　　　　　　　　　 圖1中，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(lán)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(nèi)是交叉排列的，能夠最大限度地減少入射光幅射的不均勻性，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(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)使用低速的頻率計數(shù)器時，就可以選擇小的定標(biāo)值，使tcs230的輸出頻率和計數(shù)器相匹配。從功能框圖可知：當(dāng)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，可以選擇不同的濾波器；經(jīng)過電流到頻率轉(zhuǎn)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(qiáng)對應(yīng)不同頻率的方波；還可以通過輸出定標(biāo)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(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)不同的需求。下面簡要介紹tcs230芯片各個引腳的功能及它的一些組合選項。s0、s1用于選擇輸出比例因子或電源關(guān)斷模式；s2、s3用于選擇濾波器的類型；oe是頻率輸出使能引腳，可以控制輸出的狀態(tài)，當(dāng)有多個芯片引腳共用微處理器的輸入引腳時，也可以作為片選信號；out是頻率輸出引腳，gnd是芯片的接地引腳，vcc為芯片提供工作電壓。圖2是s0、s1及s2、s3的可用組合。 　　　　　　　　2 tcs230識別顏色的原理由上面的介紹可知，這種可編程的彩色光到頻率轉(zhuǎn)換器適合于色度計測量應(yīng)用領(lǐng)域，如彩色打印、醫(yī)療診斷、計算機(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的顏色識別前