摘要：tcs230是美國(guó)taos公司生產(chǎn)的一種可編程彩色光到頻率的轉(zhuǎn)換器。論文主要介紹它的原理和應(yīng)用。該傳感器具有分辨率高、可編程的顏色選擇與輸出定標(biāo)、單電源供電等特點(diǎn)；輸出為數(shù)字量，可直接與微處理器連接。文中還介紹色光和白平衡的知識(shí)，并用一個(gè)實(shí)例來(lái)介紹tcs230識(shí)別顏色的過(guò)程。

    關(guān)鍵詞：tcs230 顏色傳感器 顏色識(shí)別 白平衡調(diào)整

    引 言

    隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)向高速化、自動(dòng)化方向的發(fā)展，生產(chǎn)過(guò)程中長(zhǎng)期以來(lái)由人眼起主導(dǎo)作用的顏色識(shí)別工作將越來(lái)越多地被相應(yīng)的顏色傳感器所替代。例如：圖書(shū)館使用顏色區(qū)分對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行分類，能夠極大地提高排架管理和統(tǒng)計(jì)等工作；在包裝行業(yè)，產(chǎn)品包裝利用不同的顏色或裝磺來(lái)表示其不同的性質(zhì)或用途。目前的顏色傳感器通常是在獨(dú)立的光電二極管上覆蓋經(jīng)過(guò)修正的紅、綠、籃濾光片，然后對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理，才能將顏色信號(hào)識(shí)別出來(lái)；有的將兩者集合起來(lái)，但是輸出模擬信號(hào)，需要一個(gè)a/d電路進(jìn)行采樣，對(duì)該信號(hào)進(jìn)一步處理，才能進(jìn)行識(shí)別，增加了電路的復(fù)雜性，并且存在較大的識(shí)別誤差，影響了識(shí)別的效果。本文介紹美國(guó)taos公司最新推出的顏色傳感器tcs230。它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)顏色的識(shí)別與檢測(cè)，與以前的顏色傳感器相比，還具有許多優(yōu)良的新特性。

    1 tcs230芯片的結(jié)構(gòu)框圖與特點(diǎn)

    tcs230是taos(texas advanced optoelectronic solutions)公司推出的可編程彩色光到頻率的轉(zhuǎn)換器。它把可配置的硅光電二極管與電流頻率轉(zhuǎn)換器集成在一個(gè)單一的cmos電路上，同時(shí)在單一芯片上還集成了紅綠藍(lán)(rgb)三種濾光器，是業(yè)界第一個(gè)有數(shù)字兼容接口的rgb彩色傳感器。tcs230的輸出信號(hào)是數(shù)字量，可以驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的ttl或cmos邏輯輸入，因此可直接與微處理器或其它邏輯電路相連接。由于輸出的是數(shù)字量，并且能夠?qū)崿F(xiàn)每個(gè)彩色信道10位以上的轉(zhuǎn)換精度，因而不再需要a/d轉(zhuǎn)換電路，使電路變得更簡(jiǎn)單。圖1是tcs230的引腳封裝和功能框圖。

    圖1中，tcs230采用8引腳的soic表面貼裝式封裝，在單一芯片上集成有64個(gè)光電二極管。這些二極管共分為四種類型。其中16個(gè)光電二極管帶有紅色濾波器，16個(gè)光電二極管帶有綠色濾波器，16個(gè)光電二極管帶有藍(lán)色濾波器，其余16個(gè)不帶有任何濾波器，可以透過(guò)全部的光信息。這些光電二極管在芯片內(nèi)是交叉排列的，能夠最大限度地減少入射光幅射的不均勻性，從而增加顏色識(shí)別的精確度；另一方面，相同顏色的16個(gè)光電二極管是并聯(lián)連接的，均勻分布在二極管陣列中，可以消除顏色的位置誤差。工作時(shí)，通過(guò)兩個(gè)可編程的引腳來(lái)動(dòng)態(tài)選擇所需要的濾波器。該傳感器的典型輸出頻率范圍從2hz~500khz，用戶還可以通過(guò)兩個(gè)可編程引腳來(lái)選擇100%、20%或2%的輸出比例因子，或電源關(guān)斷模式。輸出比例因子使傳感器的輸出能夠適應(yīng)不同的測(cè)量范圍，提高了它的適應(yīng)能力。例如，當(dāng)使用低速的頻率計(jì)數(shù)器時(shí)，就可以選擇小的定標(biāo)值，使tcs230的輸出頻率和計(jì)數(shù)器相匹配。

    從功能框圖可知：當(dāng)入射光投射到tcs230上時(shí)，通過(guò)光電二極管控制引腳s2、s3的不同組合，可以選擇不同的濾波器；經(jīng)過(guò)電流到頻率轉(zhuǎn)換器后輸出不同頻率的方波(占空比是50%)，不同的顏色和光強(qiáng)對(duì)應(yīng)不同頻率的方波；還可以通過(guò)輸出定標(biāo)控制引腳s0、s1選擇不同的輸出比例因子，對(duì)輸出頻率范圍進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)不同的需求。

    下面簡(jiǎn)要介紹tcs230芯片各個(gè)引腳的功能及它的一些組合選項(xiàng)。

    s0、s1用于選擇輸出比例因子或電源關(guān)斷模式；s2、s3用于選擇濾波器的類型；oe是頻率輸出使能引腳，可以控制輸出的狀態(tài)，當(dāng)有多個(gè)芯片引腳共用微處理器的輸入引腳時(shí)，也可以作為片選信號(hào)；out是頻率輸出引腳，gnd是芯片的接地引腳，vcc為芯片提供工作電壓。圖2是s0、s1及s2、s3的可用組合。

    2 tcs230識(shí)別顏色的原理

    由上面的介紹可知，這種可編程的彩色光到頻率轉(zhuǎn)換器適合于色度計(jì)測(cè)量應(yīng)用領(lǐng)域，如彩色打印、醫(yī)療診斷、計(jì)算機(jī)彩色監(jiān)視器校準(zhǔn)以及油漆、紡織品、化妝品和印刷材料的過(guò)程控制和色彩配合。本文以tcs230在液體顏色識(shí)別中的應(yīng)用為例，介紹它的具體使用。在開(kāi)始介紹tcs230的顏色識(shí)別前