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单片机课程设计(论文)
摘要
随着现代工业生产向高速化、自动化方向的发展，色彩识别广泛应用于各种工业检测和自动控制领域，而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。如：各种物体表面颜色识别（产品包装色标检测，产品外表特征颜色的检测，液体溶液颜色变化过程的检测与控制，等等）。而本文就是介绍如何通过使用TCS3200D颜色传感器来实现色彩识别的功能的。
首先，通过了解一定深度的光与颜色的知识（主要是三原色的感应原理）以及深入学习研究TCS3200D识别颜色的原理，实现TCS3200D颜色传感器测量颜色的功能。其次，对所测得的数据进行处理，转换成RGB三种颜色光数值。最后，通过LCD将经过处理后的数据显示出来。 本设计具有体积小、成本低、功能强等特点。
关键字：TCS3200D颜色传感器；STC89C52RC单片机；LCD1602；色彩识别
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目 录
1 绪论 ............................................................................................................................................. 3
1.1 研究背景 ........................................................................................................................... 3 1.2 色彩识别及颜色传感器技术的发展趋势 ....................................................................... 3
1.2.1 颜色识别技术的研究成果 ..................................................................................... 3 1.2.2 国内颜色传感器的研究成果与动态 ..................................................................... 4 1.3本论文的主要工作及意义 ................................................................................................ 5 2 颜色识别及颜色传感器技术介绍 ............................................................................................. 6
2.1 色彩识别 ........................................................................................................................... 6 2.2 色彩识别算法 ................................................................................................................... 6
2.2.1色彩识别的应用 ...................................................................................................... 6 2.2.2色彩识别一般算法 .................................................................................................. 6 2.3颜色传感器技术 ................................................................................................................ 7
2.3.1颜色检测的难点 ...................................................................................................... 7 2.3.2颜色传感器 .............................................................................................................. 8 2.4本章小结 .......................................................................................................................... 12 3 基于TCS3200D的设计 ........................................................................................................... 13
3.1 MCS-51单片机简介 ....................................................................................................... 13 3.2 颜色传感器及硬件电路的连接 ..................................................................................... 14
3.2.1 颜色传感器 ........................................................................................................... 14 3.2.2 TCS3200D颜色传感器与51片机的连接 ........................................................... 15 3.2.3 LCD1602与51单片机的连接 ............................................................................. 16 3.3 TCS3200D颜色识别原理简介 ....................................................................................... 19 3.4液晶显示器各种图形显示的原理简介 .......................................................................... 20 3.5本章小结 .......................................................................................................................... 21 4 色彩识别器系统的设计与实现 ............................................................................................... 22
4.1 系统结构框图 ............................................................................................................... 22 4.2 TCS3200D驱动模块 .................................................................................................... 22 4.3 TCS3200D颜色采集模块的设计 ................................................................................ 23
4.3.1 TCS3200D颜色采集模块与51单片机的接口 ................................................ 23 4.3.2 TCS3200D颜色采集模块的软件设计 .............................................................. 24 4.4 4个白色LED补光模块的设计 .................................................................................. 27 4.5 LCD1602液晶显示模块 .............................................................................................. 27
4.5.1 LCD1602液晶显示模块硬件设计 .................................................................... 27 4.5.2 LCD1602液晶显示模块软件设计 .................................................................... 28 4.6 本章小结 ......................................................................................................................... 30 5 色彩识别系统的实验 ............................................................................................................... 31
5.1色彩识别的实验过程 ...................................................................................................... 31 5.2 实验结果分析 ................................................................................................................. 31 5.3 本章小结 ......................................................................................................................... 31 6 结论与展望 ............................................................................................................................... 33
6.1 结论 ................................................................................................................................. 33
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6.2展望 .................................................................................................................................. 33 参考文献 ....................................................................................................................................... 34 附录1程序代码 ........................................................................................................................... 35 附录2系统电路总图 ................................................................................................................... 38 附录2系统实验图 ....................................................................................................................... 38
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1 绪 论
1.1 研究背景
随着现代工业生产向高速化、自动化方向的发展，颜色识别广泛应用于各种工业检测和自动控制领域，而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。如：各种物体表面颜色识别（产品包装色标检测，产品外表特征颜色的检测，液体溶液颜色变化过程的检测与控制，等等）。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。而TCS3200D颜色传感器是美国TAOS公司生产的一种可编程彩色光到频率的转换器，比市面上见到的光转电压颜色检测仪器在性能上有更多的优势。TCS3200D它对光的动态响应范围大于250,000～1，标准输出频率范围为2Hz～500kHz，TCS3200D有两个可编程的引脚，使用者可以对100%、20%、2%或者是动力关闭模块的输出量程进行选择使用。TCS3200D在不需要DCs的情况下，给每个彩色通道至少能提供10字节的分辨。TCS3200D可以用于彩色打印机、医疗诊断、LED检测、液体颜色识别、电脑彩色监控标准、颜色产品加工控制、和油漆、纺织品、化装品及打印材料的彩色搭配等颜色检测产品。
1.2 色彩识别及颜色传感器技术的发展趋势
颜色传感器也叫色彩识别传感器。
标准的颜色测量方法是采用光谱光度测色仪,通过测量样品的三刺激值,从而得到样品的颜色。
目前,基于各种原理的颜色识别传感器有两种基本类型: 其一是RGB(红绿蓝) 颜色传感器, 检测的是三刺激值; 其二是色差传感器,检测被测物体与标准颜色的色差。这类装置许多是漫反射型、 光束型和光纤型的, 封装在各种金属和聚碳酸酯外壳中。
1.2.1 颜色识别技术的研究成果
1). MAZET公司最新推出的颜色传感器MTCSiCS，不仅能够实现颜色的识别与检测，色彩传感器具有高精度的3色测量(CIE)，是测量光源系统的出 色解决方案，其控制系统可以捕捉到目前的颜色状况，然后根据图像信号反馈的信息控制并达到相应的Yxy值。相比别的传感器，在温度变化的情况下，MAZET的传感器性能不变，甚至在温度或者能量很高的情况下、MAZET的传感器也不会有任何老化。
MTCSiCS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
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