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梁志颖 程家镜 郑泽华 冯献
（华南农业大学珠江学院,广东广州510900） 指导教师史春笑
摘 要： 颜色传感器的出现使辨别物体的颜色更便捷,使生产线能根据工件的颜色进行分拣,大大提高了工业自动化.在以前生产线上采用人工分拣有颜色的工件,自动化程度低,效率低,已经不能适应工业生产需要了.而TCS230 颜色传感器具备分辨率高、可编程的颜色选择与输出定标、单电源供电等特点；输出为数字量,可直接与微处理器连接.本设计以STC89C51 单片机为处理器,将TCS230 采集的颜色信号经过单片机处理,再通过LCD1602 液晶屏把数据显示出来.
关键词：TCS230 颜色传感器 51 单片机 LCD1602 液晶颜色辨别
中图分类号：TP27 文献标识码：A 文章编号：1003-9082 （2015） 11-0286-02
一、引言
1.研究背景
随着现代工业生产向高速化、自动化方向的发展,颜色辨别的技术广泛应用于工业检测和自动化控制领域.特别是微机技术的不断深入发展,从单片机到嵌入式系统一步一步的发展和迈向成熟,进而使自动化水平再上一个阶段.再者,顺应各类场所的传感器连续的出现,它们有着可靠性极高、能经受恶劣情况的考验、功能强大以及使用简单方便等强大论文范文特点,因此快速地占领自动控制领域产业,成为工业自动控制领域的领头产品.
颜色分拣是工农行业的重要手段,而在当今竞争日益激烈的市场经济中,各厂家为赢得更广泛的客户群获得更多的利益,他们在成本控制、系统稳定性和流程控制等方面花了很大功夫,以求得在竞争对手中赢得上风.
2.研究的目的与意义
我国是制造业大国,对自动化提出越来越高的要求,同时也为自动化技术的革新提供了必要条件.颜色分拣系统对工业的生产提出更高的要求,基本满足当代人的需求.实现自动控制的颜色分拣系统能够极大的提高生产效率和产品质量,明显消除靠人眼分拣产生的误差,有效减少员工的劳动强度并降低能源和资源的损耗.
颜色辨别的技术广泛应用于各类工业检测和自动控制范畴,而生产过程当中长期以来由人眼起主导作用的颜色辨别工作将越来越多地被相关的颜色传感器所替换.如：各类物体外观颜色辨别如产品包装色标检测,产品外表特点颜色的检测等等.
3.国内外研究状况
在我国,颜色识别的分拣系统应用广泛,凡是涉及颜色的东西都可以进行分类.对于分拣方面在国外的研究也相当多,特别是日本,日本在上世纪80年代就已经根据经济发展需求提出自动分拣的观点,并且随后的发展逐步推进物流的信息化建设,发展物流信息管理系统的整体规划和建设,经过互联网使自动分拣系统加快获得实现和改善,同时对于怎么进一步加快分拣效率和减少物流本钱支付的研究也随之出现,但关于我国国内物流方面的介绍少之又少,多是因为国内物流行业发展到大规模扩张之间的时间较短,所以在分拣体系方面的研究当前来讲为数不多,这方面现有的有关建树的文献资料国内也缺乏.近几年国务院虽出台了部分鼓励物流成长的政策,但国内的物流业仍然处在一个劣势地位,智能化的分拣体系在国内几乎见不到踪迹,除邮政和顺丰如此之类的物流业巨头外,其他的物流企业仍然还在人工化的分拣方式,没有政府的资金鼓励,物流行业的发展步伐将很大地受到限制.
二、颜色辨别系统基本概况
本系统主要实现对红,绿,蓝三种颜色辨别的功能.
1.系统组成结构
颜色辨别系统的结构如图1 所示,它是基于STC89C51 单片机控制的基础上,再加上TCS230 颜色传感器模块与LCD1602 液晶显示模块.
2.颜色辨别系统硬件设计
2.1 系统主要硬件介绍
2.1.1 LCD1602 液晶显示屏
基本技术参数：
（1）显示容量：16*2 个字符
（2）芯片额定工作电压：4.5—5.5V
（3）额定工作电流：2.0mA（5.0V）
（4）模块最优工作电压：5.0V
（5）字符大小：2.95*4.35（W*H）mm
引脚功能说明：
第1 脚：VSS 为地电源.
第2 脚：VDD 接5V 正电源.
第3 脚：VL 为液晶显示偏压信号,主要用于调节显示的黑色明亮字符以及周围液晶点之间的对比度.
第4 脚：RS 为数据、命令选择端,高电平时选择的是数据、低电平时选择的是命令.
第5 脚：R/W 为读写选择端,高电平时进行读操作,低电平时进行写操作.在写入命令或者显示地址时,RS 和R/W 选择端必须都为低电平；在读忙信号时,RS 为低电平且R/W 为高电平；在写入数据时,RS 为高电平且R/W 为低电平.
第6 脚：E 端为使能端,如果E 端为高电平时则读取信息,负跳变时则执行命令.
第7～14 脚：D0～D7 为8 位双向数据线.
第15 脚：背光源正极.
第16 脚：背光源负极.
2.1.2 TCS230 颜色传感器
TCS230 是TAOS 公司推出的可编程颜色光到频率的转换器.它把可配置的硅光二极管与电流频率转换器集成在一个单一的CMOS 电路上,同时在单一芯片上集成红绿蓝（RGB）三种滤光器,是业界第一个有数字兼容接口的RGB 颜色传感器.TCS230 的输出信号是数字量,可以驱动标准的论文范文L 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,并且是能够实现每个颜色信道10 位以上转换精度,因而不再需要A/D 转换电路,使电路变得更简单.图2.1 是TCS230 的引脚和功能框图.
根据德国物理学家赫姆霍兹(Helinholtz)的三原色理论可知,各种颜色是由不同比例的三原色(红、绿、蓝)混合而成的.如果知道构成各种颜色的三原色的值,就能够知道所测试物体的颜色.对于TCS230 来说,当选定一个颜色滤波器时,它只允许某种特定的原色通过,阻止其他原色的通过.例如:当选择红色滤波器时,入射光中只有红色可以通过,蓝色和绿色都被阻止,这样就可以得到红色光的光强；同理,选择其他的滤波器,就可以得到蓝色光和绿色光的光强.通过这三个值,就可以分析投射到TCS230 传感器上的光的颜色.
从图2.1 可知：当入射光投射到TCS230 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.OE 是频率输出使能引脚,可以控制输出的状态,当有多个芯片引脚共用微处理器的输入引脚时,也可以作为片选信号；OUT 是频率输出引脚,GND 是芯片的接地引脚,VCC 为芯片提供工作电压.
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表2.2 给出了TCS230 芯片各个引脚的功能及它的一些组合选项.S0、S1 用于选择输出比例因子或电源关断模式；S2、S3 用于选择滤波器的类型.
2.1.3 STC89C51 单片机
单片机由控制器和运算器和存储器和输入设备和输出设备五部分组成,控制器和运算器合在一起叫论文范文处理器（CPU）,而CPU 和内部数据存储（RAM）和内部程序存储器（ROM）和定时器/ 计数器和串行口和中断控制系统组成单片机总线结构,如图2.2 所示.而STC89C51 单片机是宏晶科技推出的论文范论文范文干扰,高速低功耗的单片机,指令代码完全兼容传统8051 单片机,12 时钟/ 机器周期和6 时钟/ 机器周期等功能,在质量还是技术上都比8051 领先.
单片机最小系统又称为最小应用系统,就是使单片机正常运行的最低配置.如图2.3 所示,它由复位系统、时钟系统和单片机3 个模块组成.复位系统由电容串联电阻构成,当系统一上电,第9 引脚（RST 脚）将会出现高电平,这个高电平持续的时间由电路的RC 值来决定.一般单片机都是当第9 引脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位.为了准确地得到9600 波特率和19200 波特率,晶振选取取11.0592MHz.
2.2 系统总电路图
颜色辨别系统总电路图如图2.4 所示,TCS230 颜色传感器的GND 和OE 管脚接地,Vcc、S1 和S2 管脚接电源,OUT 管脚接P3.5 管脚,S2 管脚接P1.1 管脚,S3 接P1.0 管脚；LCD1602 液晶的D0-D7 管脚分别接P0.0-P0.7 管脚,中间再接一排10K 上拉电阻,RS 管脚接P2.7 管脚,RW 管脚接P2.6 管脚,E 管脚接P2.5 管脚,VSS 管脚接地,VDD 和VEE 经一个30pF 电容串接起来.
三、颜色辨别系统的硬件调试
对整个颜色辨别系统安装完成后,逐个模块调试,最后组合各个模块系统统一调试.首先,把单片机的最小系统焊接完成后进行测试,用万用表检测电源两端是否存在短路的现象.接着,在不插入芯片前,测量单片机插槽各个芯片的供电引脚处的电压是否正常,进而确保芯片的安全.否则接错线或者线路板有问题将会很容易烧坏芯片.若线路一切正常后把各芯片插入插槽中.然后,把TCS3200 与单片机进行正确接线.在调试之前再次确定电路是否正确连接,能否正常通电.在确定好后,进行调试测量.在测量时是使用+5V 电源,按正确示意图接好,如果把电源接反,将会把芯片烧坏.接着,进行对整个颜色辨别系统进行调试.
在调试过程中,每当遇到问题时,我们都会根据以下步骤逐一排除,完成硬件的调试：第一,检查对应模块的原理图接线是否正确；第二,检查原理图与所用器件的引脚是否吻合,进而排除逻辑上的错误；第三,用万用表检查是否出现虚焊,短路或者开路的现象,进而排除线路的问题和电源的故障情况；第四,有条件的话,可以用示波器测试各个引脚的波形输出是否正常,进而排除元器件失效的可能性.
四、小结
本设计以TCS230 颜色传感器的结构特点与它的应用方面为出发点,结合51 单片机模块与LCD1602 液晶模块,实现对红蓝绿三种颜色的辨别功能,给出了相应的硬件设计电路.该电路具有成本便宜、结构简单、测试精度高、测试速度快等优点,可以广泛应用于工业检测和自动化控制领域等需要辨别颜色的行业.
参考文献
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总结：本论文可用于颜色单片机论文范文参考下载，颜色单片机相关论文写作参考研究。
单片机颜色识别引用文献:
[1] 新颖的单片机控制系统论文选题 单片机控制系统毕业论文题目怎么定
[2] 单片机专业论文题目 单片机论文题目怎么取
[3] 最新单片机通信论文选题参考 单片机通信论文标题怎么定
