颜色识别装置

摘要:作品以STM32F103C8T6为控制核心,控制不同颜色光照射物体表面,通过OPT101测得经反射后的光强,送入单片机进行AD采样,经过数据处理后得到物体表面的颜色,并将它显示在液晶显示屏上。颜色传感电路通过切换照明灯光和OPT101实现,最终完成颜色的识别。除了采用液晶直接显示外,还采用RS323将颜色信息串口输出。本设计实现了具有便携性和低成本的颜色识别装置。

关键词:颜色识别 ;光强传感器OPT101;单片机STM32;串口通讯。

0 引言

颜色的识别在生活中有广泛的应用,比如工业生产过程、印刷包装、艺术创作、广告设计、印染、纺织、教学等①。

系统要求能够分辨红、绿、蓝三种颜色,实现分辨距离大于15mm,识别时间不大于0.1s。本系统分为四部分:第一部分为照明系统,通过单色光或者白光为被测物体照明;第二部分为颜色传感电路,通过颜色传感器将颜色信息转换为电信息,提供给后面系统处理;第三部分为采样电路,将颜色传感器所采集到的颜色信息进行采样,交由单片机进行处理;第四部分为单片机控制及显示部分,通过编程实现对整个系统的控制和信息显示。

1系统总体方案设计

1.1系统总体方框图

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1.2设计方案

颜色传感电路为本系统的核心,通过颜色传感电路实现光到电的转换,改变照射到被测物体表面光源的颜色,采用光强传感器OPT101来测量不同颜色光经物体表面吸收后反射的光强来达到颜色的识别。本方案通过一次用红、绿、蓝三色光照射到物体表面,然后测物体反射光的光强来获取物体表面的颜色信息。如物体表面为蓝色,那么当蓝色光照射到物体表面时传感器测到的光强度最大,红色光和绿色光照射到物体表面时几乎全部被吸收,同理可测得不同颜色的物体通过不同光反射的颜色比例测得物体表面的颜色②。本方案优点在于成本较低,识别速度快。

2硬件电路设计

2.1照明电路

系统中需用红、绿、蓝三色光进行照明,然后循环打开和关闭三种LED进行测量,采用单片机来控制LED的打开和关闭,实现对不同颜色照明光的切换。由于单片机的驱动能力有限,采用如图所示的通过三极管④来驱动LED,使之达到需要的亮度。

2.2颜色传感器电路

系统采用OPT101和灯光的切换一起来完成不同颜色的区别,采用不同颜色的光照射到物体表面,然后测经物体吸收反射后的光强,经过单片机的比较来判断物体的颜色⑤。OPT101集成了光电二极管和放大器,使用起来外围简单。

2.3采样电路

使用AD采样再进行数据的处理和显示,由于选用的单片机内部含有AD,所以将OPT101的模拟输出连接在单片机上的AD端口即可⑦。

2.4控制电路与现实电路

这部分电路采用stm32f103c8t6单片机实现⑧,外接12864LCD显示屏和独立按键,来完成颜色显示、AD采样、液晶屏的控制、不同颜色灯光的切换、按键的控制。具体电路设计见后附电路图

2.5电源电路

考虑到系统的便携性,采用9V电池作为系统电源供电,并同时留出9V电源适配器插头,其中5V和3.3V的实现采用AMS1117-3.3和AMS1117-5来实现,具体电路如下,其中D2,D3为电源指示灯。

3 软件设计流程

在本设计中,软件的设计主要包含LED灯的切换、AD采集的控制、液晶的控制通过按键控制系统进入睡眠和唤醒模式,从而使系统的功耗达到最低。

3.1液晶显示屏子程序

采用FYD-12864进行信息的显示,在本设计中,采用其八位数据传输模式。其数据读写时序如下图:

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液晶屏初始化流程如下:

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3.3主程序

在主程序中,主要控制LED灯光的切换、颜色数据的采集和分析

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3.4低功耗模式

为了尽量降低系统功耗,本设计中采用了stm32的低功耗模式。

STM32F10x有三中低功耗模式:

1.睡眠模式(Cortex-M3 内核停止,外设仍在运行)

2.停止模式(所有的时钟都已停止)

3.待机模式(1.8V 电源关闭)

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通过按键,当只需要保持显示不需要测量时,让CPU进入停止模式;当需要测量时,通过按键连接外部中断使系统恢复测量状态。

结束语

本系统主要误差来自环境光的干扰,因此尽可能的使被测物体和系统处于遮光环境中,使得干扰光尽可能少的进入到测试探头 。

参考文献:

[1]刘增辉.颜色传感器技术研究进展[J].传感器技术2003.

[2] 荆其成.色度学[M].北京:科学出版社,1979.

[3]何希才.传感器及其应用[M].北京:国防工业出版社,2001.

[4]浦昭邦主编.光电测试技术[M].北京:机械工业出版杜,2005,1.

[5]陈志旺.STM32嵌入式微控制器快速上手[M].北京:电子工业出版社,2012.

[6]李宁.基于MDK的STM32处理器开发应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008

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