在當今的社會生活中，顏色識別得到越來越廣泛的應(yīng)用。各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用需求使顏色識別技術(shù)有了長足的發(fā)展，結(jié)合其他技術(shù)，可為工業(yè)控制、產(chǎn)品制造等多個行業(yè)更好地服務(wù)。顏色的識別在現(xiàn)代生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛 ,不論是材料、工業(yè)自動化、遙感技術(shù)、圖像處理、產(chǎn)品質(zhì)檢 ,還是某些模糊的探測技術(shù)都需要對顏色進行探測。在很多實際應(yīng)用中 ,往往不需要地確定顏色的光譜組成 ,只需對不同的顏色加以區(qū)別。TCS230顏色識別傳感器將紅綠藍三基色（RGB）的模擬信號轉(zhuǎn)換成一定頻率的頻率信號，MSP430主控微控制器將TCS230傳輸頻率信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，對此信號進行處理、標定，并對TCS230回饋控制。USB通信因本身含有電源，因此可以采用此電源為顏色識別微控制器系統(tǒng)的控制電源。FT232BM為USB-Serial的集成芯片，主要實現(xiàn)在微控制系統(tǒng)USB通信和上位機RS232通信之間的轉(zhuǎn)換。由于顏色的識別需要初始化的基準，因此本系統(tǒng)中設(shè)計有存儲初始化數(shù)據(jù)的存儲電路以及初始化數(shù)據(jù)自動生成和讀取的程序。

　　1 顏色傳感器TCS230

　　通常所看到的物體顏色，實際上是物體表面吸收了照射到它上面的白光（日光）中的一部分有色成分，而反射出的另一部分有色光在人眼中的反應(yīng)。白色是由各種頻率的可見光混合在一起構(gòu)成的，也就是說白光中包含著各種顏色的色光（如紅R、黃Y、綠G、青V、藍B、紫P）。根據(jù)德國物理學家赫姆霍茲（Helinholtz）的三原色理論可知，各種顏色是由不同比例的三原色（紅、綠、藍）混合而成的。由三原色感應(yīng)原理可知，如果知道構(gòu)成各種顏色的三原色的值，就能夠知道所測試物體的顏色。對于TCS230來說，當選定一個顏色濾波器時，它只允許某種特定的原色通過，阻止其他原色的通過。

　　TCS230是TAOS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)換器集成在一個單一的CMOS電路上，同時在單一芯片上集成了紅綠藍（RGB）三種濾光器，是業(yè)界個有數(shù)字兼容接口的RGB彩色傳感器。TCS230的輸出信號是數(shù)字量，可以驅(qū)動標準的 TTL或CMOS邏輯輸入，因此可直接與微處理器或其他邏輯電路相連接。由于輸出的是數(shù)字量，并且能夠?qū)崿F(xiàn)每個彩色信道10位以上的轉(zhuǎn)換，因而不再需要A/D轉(zhuǎn)換電路，使電路變得更簡單。圖1是TCS230的引腳和功能框圖。

　　1.1 TCS230識別顏色的原理

　　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個光電二極管。這些二極管共分為四種類型。其中16個光電二極管帶有紅色濾波器；16個光電二極管帶有綠色濾波器；16個光電二極管帶有藍色濾波器；其余16個不帶有任何濾波器，可以透過全部的光信息。這些光電二極管在芯片內(nèi)是交叉排列的，能夠限度地減少入射光輻射的不均勻性，從而增加顏色識別的度；另一方面，相同顏色的16個光電二極管是并聯(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，通過兩個可編程的引腳來動態(tài)選擇所需要的濾波器。該傳感器的典型輸出頻率范圍從2 Hz~500 kHz,用戶還可以通過兩個可編程引腳來選擇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)不同的測量范圍，提高了它的適應(yīng)能力。例如，當使用低速的頻率計數(shù)器時，就可以選擇小的定標值，使TCS230的輸出頻率和計數(shù)器相匹配。

　　S0、S1為輸出比例因子或電源關(guān)斷模式，S2、S3為濾波器類型的選擇，如表1.OE 為頻率輸出使能，也可以片選信號，低電平有效；OUT為頻率輸出。

　　當入射光投射到TCS230時，通過S2、S3的不同組合，選擇不同的濾波器，經(jīng)過內(nèi)部轉(zhuǎn)換電路輸出不同頻率占空比為1/2的方波。不同頻率和光強對應(yīng)不同的頻率，選擇S0、S1的組合，選擇不同的輸出比例因子，對輸出頻率進行微調(diào)。MSP430對TCS230輸出的頻率進行測試后得到一定的數(shù)據(jù)，再與基準數(shù)據(jù)進行比較，從而確定收到的光的顏色的比例及強度。

　　1.2 TCS230與MSP430的接口電路

　　圖2為MSP430微控制器和TCS230的接口電路，MSP430系列單片機具有超低功耗、強大的處理能力、高性能模擬技術(shù)及豐富的片上外圍模塊、系統(tǒng)工作穩(wěn)定等優(yōu)點。P1.5控制頻率輸出；P1.1、P1.2控制輸出比例因子； P1.3、P1.4控制濾波器選擇；頻率輸出接至MSP430定時器的外部輸入TACLK端，設(shè)置 MSP430的定時器為外部計數(shù)方式。通過讀取基本計數(shù)器A的數(shù)值確定TCS230的輸出頻率，并根據(jù)P1.1、P1.2、P1.3、P1.4的控制數(shù)據(jù)就可以確定R、G、B的顏色及強度。

　　2 FT232BM

　　USB ,是英文Universal Serial BUS（通用串行總線）的縮寫，而其中文簡稱為"通串線，是一個外部總線標準，用于規(guī)范電腦與外部設(shè)備的連接和通訊。是應(yīng)用在PC領(lǐng)域的接口技術(shù)。USB接口支持設(shè)備的即插即用和熱插拔功能。USB是在1994年底由英特爾、康柏、IBM、Microsoft等多家公司聯(lián)合提出的。采用FTDI公司的FT232BM就可以很好解決這個問題。FT232BM芯片一邊是RS232,另一邊是USB,將原來需要外加電源的MAX232轉(zhuǎn)化成了帶RS232轉(zhuǎn)換線的FT232BM芯片就可以實現(xiàn)USB和RS232通信之間的轉(zhuǎn)換。

　　FT232BM需要外接6 MHz晶振，采用2腳陶瓷晶振時，在晶振的兩腳需外接27 pF的對地電容。盡管FT232BM工作時可以不外接93C46存儲器，但93C46存儲器常用于USB內(nèi)部VID、PID、串行數(shù)、產(chǎn)品描述符等參數(shù)的設(shè)置，因此實際設(shè)計中一般均使用，尤其在多片F(xiàn)T232BM連接到一個PC機上時。外接的93C46（56、66）存儲器數(shù)據(jù)要求16 bit,因此93C46的ORG腳接高電平。EECS腳（E2PROM片選）接93C46的CS腳（片選）；EESK（E2PROM 信號時鐘）接93C46的SK（時鐘信號）；EEDATA（E2PROM數(shù)據(jù)）腳接至93C46的DI（數(shù)據(jù)輸入腳）和DO腳（數(shù)據(jù)輸出），為防止輸入輸出數(shù)據(jù)的相互干擾，在DI和DO之間連接2.2 k?贅的電阻加以隔離，如圖3所示。RSTOUT、USBDP、USBDM通過相應(yīng)的電阻接至USB的"B"連接頭上和外部USB口連接，如圖3所示。FT232BM的TXD、RXD和MSP430的URXD0、UTXD0交叉連接，實現(xiàn)FT232BM和MSP430之間的串口通信，如圖3所示。

　　3  MSP430控制電路

　　MSP430帶有6個I/O端口，各端口有大量的控制寄存器供用戶操作，限度提供了輸入/輸出的靈活性。通過設(shè)置寄存器，每個I/O位都可以獨立編程，允許任意組合輸入、輸出及中斷，P1和P2所有8 bit全部可以做中斷處理，可以使用所有指令對寄存器操作，可以按字節(jié)輸入輸出，也可按位操作。I/O端口的基本寄存器包括端口方向選擇寄存器PxDIR、輸入寄存器PxIN、輸出寄存器PxOUT、功能選擇寄存器PxSEL、P1和P2還帶有中斷觸發(fā)沿選擇寄存器PxIES、中斷標志寄存器PxIFG.MSP430為識別電路的主控芯片，主要對TCS230顏色輸出的頻率信號進行處理和存儲，接口如圖2所示。同時完成和FT232BM之間的通信轉(zhuǎn)換，接口如圖3所示。為使顏色識別有統(tǒng)一的基準，在顏色識別之前對相關(guān)色彩的強弱要進行初始標定、計算和存儲。AT24C32為32 KB（4 096×8）串行通信的E2PROM.A0、A1、A2為片選端，在多片系統(tǒng)確定每個芯片的地址。WP為芯片寫保護端，高電平時為只讀芯片，低電平為讀寫芯片。SCL為讀寫時鐘端，接MSP430的P5.1腳，SDA為讀寫數(shù)據(jù)、地址端，接MSP430的P5.2腳。AT24C32用來存儲各顏色的初始基準數(shù)據(jù)，以后讀取的數(shù)據(jù)均和此數(shù)據(jù)比較，以確定顏色及光的強度。

　　TC7660為高頻率的直流電壓轉(zhuǎn)換器，僅需2個電容就可以實現(xiàn)+1.5 V~+10 V電壓至-1.5 V~-10 V電壓的轉(zhuǎn)換。LM317為輸出為1.2 V~37 V電壓調(diào)整管。ULN2803AG為高電壓、大電流的達林頓管。MSP430的P5.3、P5.4、P5.5的高低電平，經(jīng)ULN2803AG驅(qū)動后接至顏色識別系統(tǒng)的感光測頭，R、G、B和W之間的電壓即為感光測頭供給紅、綠、藍3個標準發(fā)光管的電壓。通過LM317即可調(diào)整W的電位，調(diào)整RW、GW、BW之間的電壓值，從而改變基準顏色的光強。圖4所示為MSP430控制圖。

　　4  軟件系統(tǒng)

　　本顏色識別系統(tǒng)軟件主要包括：（1）主控器MSP430和TCS230接口測頻程序；（2）主控器MSP430和FT232BM串行通信程序；（3）主控器MSP430和AT24C32數(shù)據(jù)讀寫和比較程序；（4）主控器MSP430和ULN2803AG接口的電壓控制程序。

　　在使用時要對顏色基準與色標之間進行比較標定。測頭先讀取色標的顏色和光強值，并存儲為比較的基準值。本系統(tǒng)設(shè)計簡潔、開發(fā)周期短、成本較低、功能較為完善，可以用于對液體、圖片等顏色的識別。本系統(tǒng)已成功地應(yīng)用于彩色擴印機的圖像識別系統(tǒng)中，取得了較好的經(jīng)濟價值。