颜色传感器的色彩识别器设计的开题报告.docx

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颜色传感器的色彩识别器设计的开题报告

本科毕业设计开题报告

题目颜色识别系统的设计

学生姓名弓文博学号06

所在院（系）物理与电信工程学院

专业班级电子082

指导教师郑争兵老师

2012年03月02日

题目

颜色识别系统的设计

一、选题的目的及研究意义

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TCS230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。

TCS230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，TCS230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。

TCS230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。

TCS230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。

颜色传感器也叫色彩识别传感器。

本文研究的色彩识别系统的意义在于降低了色彩识别的难度，而且检测结果能准确可信，将有利于自动化行业以及相关行业的发展，同时为这个领域以后的研究提出自己的一点见解。

另外，文中实现的颜色识别系统可用于机器人比赛的视觉识别系统。

二、综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等

课题研究的内容主要是实现对色彩的识别与显示。

系统可由色彩传感器、单片机或嵌入式系统两部分构成组成，TCS320颜色传感器作为数据采集端，单片机或嵌入式作为处理器。

实现与完善后，系统可以作为视觉系统增加智能机器人系统的智能，用于需要色彩识别的一些场合。

要解决的主要问题有：

颜色传感器的原理、应用和电路设计；单片机或嵌入式系统的开发以及TCS230的应用电路；

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。

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10位以上的转换精度、因而不再需要A/D转换电路，使电路变得更简单。

图1是MTCSiCS的引脚和功能框图。

从图1可知，当入射光投射到MTCSiCS上时，通过光电二极管控制引脚S2、S3的不同组合，可以选择不同的滤波器：

经过电流到频率转换器后输出不同频率的方波（占空比是50％），不同的颜色和光强对应不同频率的方波；还可以通过输出定标控制引脚S0、S1，选择不同的输出比例因子，对输出频率范围进行调整，以适应不同的需求。

2.德国ELTROTEC色标传感器可以检测出颜色的差异，ELTROTEC色标检测器具有灵敏度高、响应速度快、抗背景干扰能力强。

即使颜色上的细微差异或高光泽目标物也能够被ELTROTEC检测到，产品被广泛的运用于包装机械和印刷机械，造纸机械等自控系统中。

ELTROTEC色标检测器适用于必须快速和准确检测色标或其他用颜色对比作记号的场合。

在30多种不同的灰度等级中，色标检测器可检测所有类型的色标标记，可给不同的用户界面提供多种对比度检测技术，以满足广泛的应用领域，是业界最佳的色彩辨识仪器。

3.FT50C-1颜色传感器：

自2001年，通过测试开始投入应用至今FT50C-1一直得到广泛应用。

该传感器使用直径4mm的圆光斑。

适合用于分选包装或检测不同类型的标签。

FT50C-2颜色传感器：

使用2mm的正方形光斑。

适合于检测非常微小的物体。

典型应用是：

检测小部件或检测细致的仪器。

FT50C-3颜色传感器：

使用1mm*5mm的长方形光斑。

专为检测长方形物体而设计。

典型应用为：

检测导管内半导体芯片的缺失和正确顺序。

4.CS颜色检测器利用三色光方法鉴别颜色。

CS颜色检测器可以发射多种光谱组合，从而代替了传统的接收端滤式宽带光谱（易受周围光线影响）。

被检测物体的反射光线被接收并被数字化，通过集成的微处理器进行运算和标准化。

所有的红、绿、蓝（RGB）波长范围包括所有必要色度、饱和度和亮度等信息都被包括在最后的信号值中。

这些测量与保存的参考值在数微秒内进行比较，根据结果，改变开关输出的状态。

颜色检测器可利用接收光和发射光的颜色检测而鉴别物体-例如透明物体或液体。

根据工作需要，可以通过自学习模式存储一个或三个颜色参考值。

因为颜色检测器对周围光线极度不敏感，所以检测的可靠性不会被进入传感器一端的反映或光线影响。

本文以色彩识别系统设计为目的，采用AT89S51单片机为核心，利用TCS230颜色传感器和LCD1602建立起来的。

文中给出整个系统的设计思路，包括，根据对三原色的感应原理和TCS230颜色传感器识别颜色的原理的分析，设计出一个合适的可行的实验环境。

其次，利用TCS230颜色传感器，在合适的环境下，对被测物体进行检测，将测得的数据进行A/D转换，转化成数字量。

最后，将转化后的数字量送到AT89S51单片机进行处理，得到被测物体所包含的RGB三原色的颜色值，之后利用LCD1602显示出来。

在现今的工业化社会中，色彩识别被广泛的应用于各行各业之中，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）。

又如：

图书馆使用颜色区分对文献进行分类，能够极大的提高排架管理和统计等工作；在包装行业，产品包装利用不同的颜色或装磺来表示其不同的性质或用途；在品牌的形象设计和品牌推广的竞争中，色彩系统是一个比较重要的部分，设计师都会花费大量的时间细致地调整不同色彩搭配之间的组合关系，以达到更好的视觉效果。

三、对本课题将要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法（技术路线）或设计（实验）方案进行说明

研究方法主要是：

首先，做好前期的准备工作，通过各种途径查阅各种相关的资料，学习了解颜色传感器的原理、应用和电路设计；掌握单片机或嵌入式系统的开发以及TCS230的应用电路；

其次，在中期阶段，尝试着制作仿真电路部分，并编写相应的程序代码，进行软件仿真；此外，购买硬件，进行硬件调试，发现并解决设计存在的问题和缺陷，最终实现色彩量的采集，显示和处理；

最后，在后期阶段，编写、修改论文，最终定稿

四、检索与本课题有关参考文献资料的简要说明

[1]胡建民.颜色传感器TCS230及颜色识别电路[EB/OL].

[2]张松灿,肖本贤.高分辨率颜色传感器TCS230的原理和应用[EB/OL].

[3]李爱勤,张绪坤.基于TCS230与LabVIEW的颜色测量系统[J].电子科技,2008,21（6）:

26-29.

[4]卢川英,等.基于tcs230传感器的颜色检测系统[J].吉林大学学报（信息科学版）,2008,26（6）.

[5]颜色传感器TCS230[EB/OL]

五、毕业设计进程安排

─：

查阅资料及方案论证，完成开题报告；

─：

设计硬件电路，编写软件、调试仿真及单元电路调试

─：

样机调试

─：

完善系统方面的调试，设计等工作

—：

整理资料，撰写论文，准备答辩。

六、指导教师意见

1．对开题报告的评语

2．对开题报告的意见及建议

指导教师（签名）：

年月日

所在院（系）审查意见：

负责人签字（盖公章）

年月日