Procedimiento de inicialización del sensor de color TCS230
Sensor de color TCS230 y circuito de reconocimiento de color
TCS230 es un sensor de luz a frecuencia de color programable producido por la empresa estadounidense TAOS. El sensor tiene las características de alta resolución, selección de color programable y calibración de salida, fuente de alimentación única, etc. La salida es digital y se puede conectar directamente al microprocesador. Este artículo presenta principalmente los principios y aplicaciones de TCS230, así como el conocimiento de la luz de color y el balance de blancos, y utiliza un ejemplo para ilustrar el proceso de reconocimiento de color de TCS230.
Palabras clave TCS23 0 sensor de color reconocimiento de color ajuste del balance de blancos
Introducción
Con el desarrollo de la producción industrial moderna hacia la alta velocidad y la automatización, el proceso de producción Reconocimiento de color , que durante mucho tiempo ha estado dominado por el ojo humano, será reemplazado cada vez más por los correspondientes sensores de color. Por ejemplo: las bibliotecas utilizan distinciones de color para clasificar documentos, lo que puede mejorar enormemente la gestión de estanterías y las estadísticas en la industria del embalaje, el embalaje de productos utiliza diferentes colores o decoraciones para representar sus diferentes propiedades o usos; Los sensores de color actuales generalmente cubren fotodiodos independientes con filtros rojo, verde y de cesta modificados, y luego procesan las señales de salida en consecuencia para identificar las señales de color, algunos combinan las dos, pero para emitir una señal analógica, se requiere un circuito A/D; Muestreo, y la señal se puede procesar aún más para la identificación. Esto aumenta la complejidad del circuito y hay un gran error de identificación, lo que afecta el efecto de identificación. El último sensor de color TCS230 lanzado por TAOS (Texas Advanced Optoelectronic Solutions) no solo puede realizar reconocimiento y detección de color, sino que también tiene muchas características nuevas excelentes en comparación con los sensores de color anteriores.
1 Diagrama de bloques estructural y características del chip TCS230
TCS230 es un convertidor de luz a frecuencia de color programable lanzado por TAOS. Integra un fotodiodo de silicio configurable y un convertidor de corriente a frecuencia en un único circuito CMOS, y también integra tres filtros rojo, verde y azul (RGB) en un solo chip. Es la primera interfaz digital compatible de la industria. Sensor de color RGB. La señal de salida del TCS230 es una cantidad digital y puede controlar entradas lógicas TTL o CMOS estándar, por lo que se puede conectar directamente a un microprocesador u otros circuitos lógicos. Dado que la salida es digital y puede alcanzar una precisión de conversión de más de 10 bits para cada canal de color, el circuito de conversión A/D ya no es necesario, lo que simplifica el circuito. La Figura 1 es el diagrama de bloques funcionales y de pines del TCS230.
En la Figura 1, TCS230 utiliza un paquete de montaje en superficie SOIC de 8 pines e integra 64 fotodiodos en un solo chip. Estos diodos se dividen en cuatro tipos. Entre ellos, 16 fotodiodos tienen filtros rojos; 16 fotodiodos tienen filtros verdes; 16 fotodiodos tienen filtros azules y los 16 restantes no tienen ningún filtro y pueden transmitir toda la información luminosa. Estos fotodiodos están dispuestos transversalmente dentro del chip, lo que puede minimizar la falta de uniformidad de la radiación de luz incidente, aumentando así la precisión del reconocimiento del color. Por otro lado, 16 fotodiodos del mismo color están conectados en paralelo y distribuidos uniformemente en un diodo; matriz, se pueden eliminar los errores de posición del color. Durante el funcionamiento, el filtro requerido se selecciona dinámicamente a través de dos pines programables. El rango de frecuencia de salida típico del sensor es de 2 Hz a 500 kHz, y el usuario también puede seleccionar un factor de escala de salida de 100, 20 o 2, o un modo de apagado a través de dos pines programables. El factor de escala de salida permite que la salida del sensor se adapte a diferentes rangos de medición, mejorando su adaptabilidad. Por ejemplo, cuando utiliza un contador de frecuencia de baja velocidad, puede elegir un valor de escala pequeño para hacer coincidir la frecuencia de salida del TCS230 con el contador.
Se puede ver en la Figura 1: cuando la luz incidente se proyecta sobre el TCS230, se pueden seleccionar diferentes filtros a través de diferentes combinaciones de los pines de control del fotodiodo S2 y S3 después de pasar por el convertidor de corriente a frecuencia; , la salida es una onda cuadrada de diferente frecuencia (el ciclo de trabajo es 50), diferentes colores e intensidades de luz corresponden a diferentes ondas cuadradas de frecuencia. También puede seleccionar diferentes factores de escala de salida a través de los pines de control de escala de salida S0 y S1 para ajustar el rango de frecuencia de salida; Ajustar para adaptarse a diferentes necesidades.
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Figura 1 Diagrama de bloques funcionales y pines del TCS230
La siguiente es una breve introducción a las funciones de cada pin del chip TCS230 y sus algunas opciones de combinación.
S0 y S1 se utilizan para seleccionar el factor de escala de salida o el modo de apagado de energía; S2 y S3 se utilizan para seleccionar el tipo de filtro; OE es el pin de habilitación de salida de frecuencia, que puede controlar el estado de salida. Se utilizan varios pines de chip como pines de entrada de un microprocesador, también se pueden usar como señales de selección de chip; OUT es el pin de salida de frecuencia, GND es el pin de tierra del chip y VCC proporciona el voltaje de funcionamiento del chip. La Tabla 1 muestra las combinaciones disponibles de S0, S1 y S2, S3.
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Tabla 1 Opciones de combinación de S0, S1, S2 y S3
2 Principio de reconocimiento de color de TCS230
Como se puede ver en la introducción anterior, este convertidor de frecuencia de luz de color programable es adecuado para aplicaciones de medición de colorímetros como impresión en color, diagnóstico médico, calibración de monitores de color de computadora y pinturas, textiles y cosméticos. e impresión Control de procesos de materiales y coordinación de colores. A continuación se toma como ejemplo la aplicación del TCS230 en el reconocimiento de colores líquidos para presentar su uso específico. Primero comprenda algunos conocimientos sobre la luz y el color.
(1) El principio de inducción de los tres colores primarios
El color de un objeto que habitualmente se ve es en realidad la superficie del objeto que absorbe parte de los componentes coloreados del blanco. la luz (luz solar) que incide sobre ella y la reacción de la otra parte de la luz coloreada reflejada en el ojo humano. El blanco se compone de luz visible de varias frecuencias mezcladas, lo que significa que la luz blanca contiene luz de varios colores (como rojo R, amarillo Y, verde G, cian V, azul B, violeta P). Según la teoría de los tres colores primarios del físico alemán Helinholtz, se mezclan varios colores con diferentes proporciones de los tres colores primarios (rojo, verde y azul).
(2) El principio de reconocimiento de color por TCS230
De acuerdo con el principio de detección de tres colores primarios, si conoce los valores de los tres colores primarios que componen varios colores , puedes conocer el color del objeto probado. Para TCS230, cuando se selecciona un filtro de color, solo permite que pase un color primario específico y bloquea el paso de otros colores primarios. Por ejemplo: cuando se selecciona un filtro rojo, solo el rojo de la luz incidente puede pasar, y el azul y el verde se bloquean, de modo que se puede obtener la intensidad de la luz roja de manera similar, seleccionando otros filtros, se puede obtener la intensidad de la luz roja; intensidad de la luz azul y la intensidad de la luz verde. Con estos tres valores se puede analizar el color de la luz proyectada sobre el sensor TCS230.
(3) Principios del balance de blancos y reconocimiento de colores
El balance de blancos le dice al sistema qué es el blanco. En teoría, el blanco es una mezcla de cantidades iguales de rojo, verde y azul, pero de hecho, los tres colores primarios del blanco no son exactamente iguales y, para el sensor de luz TCS230, las sensibilidades de color no son las mismas, lo que da como resultado el RGB; La salida del TCS230 es desigual. Por lo tanto, el balance de blancos debe ajustarse antes de realizar la prueba para que los tres colores primarios en el "blanco" detectado por el TCS230 sean iguales. El ajuste del balance de blancos sirve para preparar el reconocimiento de color posterior. En este dispositivo, los pasos y métodos específicos de ajuste del balance de blancos son los siguientes: Coloque un tubo de ensayo vacío encima del sensor y coloque una fuente de luz blanca encima del tubo de ensayo para que la luz incidente pueda pasar a través del tubo de ensayo y brillar. el TCS230 según la introducción anterior El método consiste en activar los filtros rojo, verde y azul en secuencia, medir los valores de rojo, verde y azul respectivamente y luego calcular los tres parámetros de ajuste requeridos.
Cuando se utiliza TCS230 para identificar colores, estos tres parámetros se utilizan para ajustar R, G y B del color medido. Hay dos métodos para calcular los parámetros de ajuste: ① Seleccione los filtros de tres colores en secuencia y luego cuente los pulsos de salida del TCS230 en secuencia. Deja de contar cuando llegue a 255 y calcula el tiempo dedicado a cada canal por separado. Estos tiempos corresponden a la base de tiempo utilizada por cada filtro de TCS230 durante las pruebas reales. El número de pulsos medidos durante este período son los valores R, G y B correspondientes. ② Configure el temporizador en un tiempo fijo (por ejemplo, 10 ms), luego seleccione los filtros de tres colores, calcule el número de pulsos de salida del TCS230 durante este período y calcule un factor de escala a través del cual se pueden convertir estos números de pulso. 255. En la prueba real, use el mismo tiempo para contar, multiplique el número medido de pulsos por el factor de proporción obtenido y luego podrá obtener los valores R, G y B correspondientes.
3 Aplicación de TCS230 - Circuito de reconocimiento de color
Basado en el análisis anterior, se diseña un dispositivo de reconocimiento de color de líquido médico utilizando 89C51 y TCS230. El dispositivo tiene las características de estructura simple, alta precisión y eficiencia de reconocimiento, y puede comunicarse con la computadora host para transmitir los resultados del reconocimiento a la computadora host en tiempo real. Dado que es para ilustrar el uso de TCS230, a continuación solo se proporciona el circuito de identificación de TCS230, como se muestra en la Figura 2. En la Figura 2, se utilizan varios pines del puerto P1 de 89C51 para controlar cada pin de control de TCS230, y el pin de salida de TCS230 está conectado al extremo de entrada del temporizador/contador 1 de 89C51 (P35). Configure el temporizador/contador 89C51 en el modo de trabajo correspondiente, inicialice el temporizador 89C51 a un valor fijo, luego seleccione el factor de escala de salida de TCS230 y habilite el pin de salida. En el uso real, al leer el valor del contador 89C51, se pueden calcular las tres frecuencias de salida del TCS230 respectivamente, y luego se pueden determinar los valores y colores R, G, B. El proceso de software correspondiente se muestra en la Figura 3.
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Figura 2 Circuito de interfaz de reconocimiento de color TCS230
En el flujo del programa: la inicialización del sistema es responsable de la configuración el temporizador 89C51/el modo de trabajo del contador, seleccione el factor de escala de salida de TCS230, habilite el pin de salida y configure los parámetros de comunicación. Una vez completada la inicialización, compruebe si es necesario ajustar el balance de blancos. Si es así, ajuste la subrutina de balance de blancos; de lo contrario, vaya al siguiente paso para verificar si se requiere reconocimiento de color. Si no se requiere reconocimiento de color, regrese; si se requiere reconocimiento de color, llame a la subrutina de reconocimiento de color hasta que se complete el reconocimiento de color.
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Figura 3 Proceso de software
4 Problemas que necesitan atención en la aplicación
① Reconocimiento de color Evite la interferencia de la luz externa, de lo contrario afectará los resultados del reconocimiento de color. Es mejor colocar el sensor, la fuente de luz, etc. en una caja cerrada y no reflectante para realizar pruebas.
② No existen requisitos especiales para la fuente de luz, pero la luz emitida por la fuente de luz debe estar lo más concentrada posible, de lo contrario causará interferencias mutuas entre los sensores.
③ Cuando se utiliza TCS230 por primera vez, o cuando se reinicia el módulo de reconocimiento TCS230 o se reemplaza la fuente de luz, es necesario ajustar el balance de blancos.
Conclusión
A partir de las características estructurales del TCS230, el artículo presenta el conocimiento de la teoría de la luz del color y el reconocimiento del color, así como el principio del balance de blancos y el método de ajuste. Combinado con una aplicación específica, se proporcionan el circuito de diseño de hardware y el diagrama de flujo de software correspondientes. El sensor y el método presentados en este artículo también son muy útiles para el reconocimiento de otros colores.