基于單片機(jī)便攜式顏色自適應(yīng)識別電路的設(shè)計(jì)

顏色識別是模式識別領(lǐng)域的一個重要研究方向，利用顏色識別技術(shù)能使傳統(tǒng)依靠人眼進(jìn)行顏色判別的方法發(fā)生根本變革。這種新型技術(shù)采用顏色傳感器獲取外界的顏色信息，進(jìn)而通過基于計(jì)算機(jī)的信號處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)顏色的精確識別。

　　顏色識別技術(shù)經(jīng)歷了傳統(tǒng)模擬識別方法和現(xiàn)代數(shù)字化識別兩個階段。傳統(tǒng)的顏色識別方法采用模擬顏色探測器件來進(jìn)行外界顏色獲取，這種探測器件通常是在獨(dú)立的光電二極管上覆蓋經(jīng)過修正的紅、綠、藍(lán)濾光片，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生對應(yīng)的模擬信號；如果用微控制器對這些模擬信號進(jìn)行處理，就必須采用額外的AD轉(zhuǎn)換電路才能實(shí)現(xiàn)和微控制器的接口，而AD轉(zhuǎn)換電路的引入增加了信號的處理時間，對整個系統(tǒng)的速度有很大的影響；此外，由于一般的AD轉(zhuǎn)換存在量化誤差，系統(tǒng)的精度受到很大的限制，這些使得傳統(tǒng)的顏色識別方法逐漸被現(xiàn)在的數(shù)字式化的顏色識別技術(shù)所替代。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字式的顏色傳感器逐步取代了傳統(tǒng)的光電二極管傳感器，這種技術(shù)把顏色傳感器所需的光學(xué)、機(jī)械、電子等信號處理集成在很小的芯片上極大地縮小了顏色傳感器的體積。由于這種傳感器輸出的是數(shù)字量，因此可以通過數(shù)字處理技術(shù)來提高探測速度并保持檢測器輸出信號的精度。例如采用改進(jìn)的動態(tài)檢測方法來提高顏色探測的速度，采用數(shù)字電路來處理顏色數(shù)據(jù)等。

　　雖然數(shù)字傳感器已經(jīng)取得了一些成功，但其應(yīng)用于市場的技術(shù)還不夠成熟，隨著美國TAOS（Texas Advanced Optoelectronic Solutions）公司最新推出的顏色傳感器TCS230的面世，數(shù)字傳感器才真正被工程師們采用。這種顏色傳感器具有分辨率高、可編程的顏色選擇、數(shù)字輸出等特點(diǎn)。本文采用TCS230來作為系統(tǒng)的探測部分，基于該器件設(shè)計(jì)的顏色識別系統(tǒng)可以應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，也可以應(yīng)用于電致變色材料的變色研究以便獲得材料的變色參數(shù)。

　　1 TCS230簡介

　　1.1 主要特性

　　TCS230是美國TAOS公司推出的可編程光到頻率的轉(zhuǎn)換器。它把可配置的硅光電二極管與電流頻率轉(zhuǎn)換器集成在一個單一的CMOS（Comple-mentary Metal Oxide Semiconductor）電路上，同時在單一芯片上還集成了紅、綠、藍(lán)（RGB）3種濾光器，是業(yè)界第一個有數(shù)字兼容接口的RGB顏色傳感器。該數(shù)字兼容接口可以和微處理器直接連接，使電路設(shè)計(jì)變得簡單；此外，TCS230內(nèi)部每個顏色通道有10位的數(shù)字轉(zhuǎn)換精度，大大提高了顏色的獲取精度。

　　1.2 引腳說明

　　TCS230引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。TCS230外部有8個引腳，其內(nèi)部主要由光電二極管陣列和電流頻率轉(zhuǎn)換器組成，通過微處理器控制S0，S1，S2，S3的引腳電平可以控制TCS230輸出紅綠藍(lán)三顏色頻率值，通過標(biāo)定可以得到數(shù)值化的BGB值，該值可以采用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行處理識別。

　　2 便攜式顏色自適應(yīng)識別電路設(shè)計(jì)

　　2.1 便攜式顏色自適應(yīng)識別電路設(shè)計(jì)原理

　　電致變色器件是隨施加在器件上的電壓而顯示不同顏色的模擬器件，一般變色的電壓范圍是-4～+4 V，且不同顏色顯示的電壓差值在0.1 V左右，因此本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是如何輸出該電壓值。

　　圖2為便攜式顏色探測自適應(yīng)系統(tǒng)框圖。整個系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是系統(tǒng)的控制模塊，在本設(shè)計(jì)中采用單片機(jī)來進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令的控制。本文的主要工作是基于電致變色器件而設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路，電路的功能主要是控制電致變色器件的變^況受外界環(huán)境的控制，從而起到識別作用。

　　傳統(tǒng)的顏色識別系統(tǒng)中涉及到多次模數(shù)-數(shù)模轉(zhuǎn)換，該轉(zhuǎn)換需要系統(tǒng)額外的處理時間，因此，減少這種模數(shù)-數(shù)模轉(zhuǎn)換的次數(shù)則能提高系統(tǒng)的處理速度，其中最主要的方法是采用數(shù)字式的顏色傳感器和帶模數(shù)轉(zhuǎn)換的單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。在本系統(tǒng)中采用了TCS230來作為外界顏色采集器件，其數(shù)字式的輸出接口可以直接和單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，不需要采用模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。單片機(jī)采用的是帶16位的數(shù)模轉(zhuǎn)換的低功耗器件AD-UC845，它可以把處理過的顏色數(shù)據(jù)通過內(nèi)部集成的DA轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為模擬的信號，該信號用來驅(qū)動電致變色器件進(jìn)行顏色重現(xiàn)。