基于单片机便携式颜色自适应识别电路的设计

传统的颜色识别系统中涉及到多次模数-数模转换，该转换需要系统额外的处理时间，因此，减少这种模数-数模转换的次数则能提高系统的处理速度，其中最主要的方法是采用数字式的颜色传感器和带模数转换的单片机来实现。在本系统中采用了TCS230来作为外界颜色采集器件，其数字式的输出接口可以直接和单片机进行数据交换，不需要采用模数转换电路。单片机采用的是带16位的数模转换的低功耗器件AD-UC845，它可以把处理过的颜色数据通过内部集成的DA转换电路转换为模拟的信号，该信号用来驱动电致变色器件进行颜色重现。
系统的控制部分主要完成对颜色到电压的转换功能，通过颜色传感器获取外界环境的颜色值，然后通过处理把颜色值转换为电致变色器件能够精确显示该颜色的电压。本文提出了两种自适应的颜色到电压的转换方法：第一种方法采用matlab的曲线拟合方法，通过拟合颜色-电压曲线得到拟合参数，并得到颜色-电压函数；系统在该函数的作用下自动根据颜色值输出对应的电压从而控制电致变色器件的显示。第二种方法是采用比较大的存储系统，通过控制部分不断的给电致变色器件送入电压，然后获取对应的颜色数据，把电压-颜色值存入存储器建立一个数据库；系统运行的时候，会把外界的颜色值和存储的颜色值进行比对，若相同则把存储的对应电压值输出。由于要频繁的读取存储器，该方法的速度比第一种方法慢。通过对比两种方法的优缺点本系统采用第一种方法来实现颜色重现。
2．2 便携式颜色探测自适应电路硬件图
本系统的硬件框图如图3所示。主要由4个模块组成：稳压电源模块，颜色传感器模块，单片机处理模块，电压偏移模块和蓝牙通信模块。

系统中的稳压电源模块可提供两种不同的电压值：9 V的电压偏移模块工作电压和单片机3．3 V的工作电压值(3．3 V也用来驱动颜色传感器、蓝牙模块、存储芯片)，模块中采用二极管来防止电源的反接而导致破坏系统的正常工作。
颜色传感器采用的是TCS230，由于其工作电压为3．3 V，因此直接与单片机进行接口设计，电路结构简单。
单片机处理模块中采用了EEPROM来存放拟合好的颜色-电压参数值，系统在运行的时候会根据读取的参数值给出颜色-电压拟合函数，并在该函数的控制下进行颜色的重现。
电压偏移模块主要是负责对电压进行极性的反转和电压的适当放大，由于电致变色器件的变色范围有负电压的出现，因此在本系统单电源供电的情况下必须采用偏移电路实现负极性电压的输出。
蓝牙通信模块是负责数据的上下位机通信，通过把获取的颜色数据发送给上位PC机，PC机在matlab的处理下，拟合颜色-电压曲线，并把得到的拟合参数发送下位单片机。由于PC机的处理速度快，因此拟合的时间很少，主要的时间是上下位机之间的通信时间。