基于单片机便携式颜色自适应识别电路的设计

摘要：为解决电致变色器件的颜色变化受外界环境颜色控制的问题，设计了一种基于单片机的便携式颜色自适应识别电路。与传统颜色识别电路相比较，该电路利用数字式的颜色传感器来获取外界环境颜色，产生的数字颜色信号易于单片机进行处理。在电路中，下位机部分主要负责获取电致变色器件变色参数及控制电致变色器件的颜色变化；而上位机部分主要负责把下位机获取的电致变色器件变色参数进行电压到颜色的曲线拟合，并通过蓝牙通信把拟合曲线参数传递给下位机。结果表明，该电路能自动根据环境颜色提供-4～4 V范围步进为0．1 V的电压来驱动电致变色器件的颜色显示，与传统的颜色识别电路设计相比，识别的精度和速度都得到了明显改善。
关键词：颜色传感器；颜色识剐；蓝牙；单片机

颜色识别是模式识别领域的一个重要研究方向，利用颜色识别技术能使传统依靠人眼进行颜色判别的方法发生根本变革。这种新型技术采用颜色传感器获取外界的颜色信息，进而通过基于计算机的信号处理技术实现颜色的精确识别。
颜色识别技术经历了传统模拟识别方法和现代数字化识别两个阶段。传统的颜色识别方法采用模拟颜色探测器件来进行外界颜色获取，这种探测器件通常是在独立的光电二极管上覆盖经过修正的红、绿、蓝滤光片，经过光电转换产生对应的模拟信号；如果用微控制器对这些模拟信号进行处理，就必须采用额外的AD转换电路才能实现和微控制器的接口，而AD转换电路的引入增加了信号的处理时间，对整个系统的速度有很大的影响；此外，由于一般的AD转换存在量化误差，系统的精度受到很大的限制，这些使得传统的颜色识别方法逐渐被现在的数字式化的颜色识别技术所替代。随着半导体技术的发展，数字式的颜色传感器逐步取代了传统的光电二极管传感器，这种技术把颜色传感器所需的光学、机械、电子等信号处理集成在很小的芯片上极大地缩小了颜色传感器的体积。由于这种传感器输出的是数字量，因此可以通过数字处理技术来提高探测速度并保持检测器输出信号的精度。例如采用改进的动态检测方法来提高颜色探测的速度，采用数字电路来处理颜色数据等。
虽然数字传感器已经取得了一些成功，但其应用于市场的技术还不够成熟，随着美国TAOS(Texas Advanced Optoelectronic Solutions)公司最新推出的颜色传感器TCS230的面世，数字传感器才真正被工程师们采用。这种颜色传感器具有分辨率高、可编程的颜色选择、数字输出等特点。本文采用TCS230来作为系统的探测部分，基于该器件设计的颜色识别系统可以应用于军事领域，也可以应用于电致变色材料的变色研究以便获得材料的变色参数。

1 TCS230简介
1．1 主要特性
TCS230是美国TAOS公司推出的可编程光到频率的转换器。它把可配置的硅光电二极管与电流频率转换器集成在一个单一的CMOS(Comple-mentary Metal Oxide Semiconductor)电路上，同时在单一芯片上还集成了红、绿、蓝(RGB)3种滤光器，是业界第一个有数字兼容接口的RGB颜色传感器。该数字兼容接口可以和微处理器直接连接，使电路设计变得简单；此外，TCS230内部每个颜色通道有10位的数字转换精度，大大提高了颜色的获取精度。
1．2 引脚说明
TCS230引脚及内部结构图如图1所示。TCS230外部有8个引脚，其内部主要由光电二极管阵列和电流频率转换器组成，通过微处理器控制S0，S1，S2，S3的引脚电平可以控制TCS230输出红绿蓝三颜色频率值，通过标定可以得到数值化的BGB值，该值可以采用计算机来进行处理识别。