基于单片机的智能颜色识别系统研究

储 庆

（安徽理工大学电气与信息工程学院，安徽 淮南 232001）

0 引言

RGB 原理即世界上的任何物体的颜色都是自然界的三基色红(R)、绿(G)、蓝(B)按照不同比例构成的。这个原理几乎包括了人类视力所能感知的所有颜色，是目前运用比较广泛的颜色原理。而在自然界中，很多颜色看上去是很相近的，有的是人眼所不能识别的，这样就很容易造成误差与失误，而人的眼睛与颜色长时间打交道，就会受到伤害，这时候自然就需要一套装置设备来代替人工劳动，这样就能一定程度上减少误差与失误的避免。颜色识别自动分拣这一技术在现代社会的各行各业都有一定的应用：如在工厂中利用此技术进行货物的划分，药品厂进行不同颜色的药品的分类，生物上进行细胞的检测，生活上可以利用它检测一些瓜果的成熟度等。足以说明此技术有很好的市场前景，所以我们对颜色识别自动分拣系统的研究是很有必要的，从而达到更深层次和更广泛的应用。

1 系统设计

1.1 系统总体结构

整个颜色识别系统采用闭环控制方式。单片机作为系统控制的核心，用于连接颜色传感器实现颜色的识别；驱动步进电机进行传送；控制红外传感器的接收；控制液晶显示器的正常显示；连接串口通信，实现半双工或全双工。红外传感器部分用于检测系统是否有小球存在。颜色传感器用于实时采集系统小球的颜色，反馈给单片机。显示输出部分可以显示系统的实时小球颜色和记录采样的颜色RGB。语音部分用于小球颜色的播报。步进电机部分工作由单片机控制，主要是用来驱动圆盘的转动，从何控制小球的走向，使其到达指定的位置。

1.2 系统的硬件设计

系统设计采用了STC89C52RC 单片机，该芯片具有低功耗、抗静电和抗干扰能力强、可靠性高的优点，具有8K Flash 存储器和512 字节的RAM，能能满足程序存储的要求，简化系统硬件电路的设计。

（1）检测系统设计

检测系统利用红外传感器，工作原理是利用红外传感器的物理性质来进行测量，红外线又称红外光，它具有反射、折射、吸收等性质。在本实验中用于检测是否有小球的存在。

（2）语音播报设计

语音播报由语音模块WTV020-S 组成，在系统采样小球颜色时做出相应的语音播报动作，液晶显示器显示小球的颜色、系统的工作状态等信息，以及做出下步动作指示，可以根据需要进行设定。

（3）驱动部分设计

驱动模块利用的是步进电机以及霍尔开关一起组成，在本系统小球做出颜色识别后，步进电机在通电的情况下，在系统设定中就会去驱动圆盘的转动，从何控制小球的走向，根据系统做出的小球颜色识别使其到达指定的位置。步进电机运行后，就会在霍尔开关电路的作用下恢复到初始状态，即回到原点。

（4）颜色识别电路设计

颜色识别部分主要利用了颜色传感器TCS3200，它内部集成了可配置的硅光电二极管阵列和一个电流/频率转换器，可输出频率随光强线性变化且占空比为50%的方波。通过引脚，S0、S1 来选择输出比例因子或电源关断式；S2、S3 来选择滤波器的类型。在工作时可通过改变TCS3200 感光部位滤光器的颜色，依次让三种原色的色光通过，根据其输出频率随光强线性变化的特性，得到色光中的红绿蓝三原色信息。例如，当选择红色滤光器时，红色光能透射到感光部位，而蓝色光则不能透过，此时即可得到红色光在此种颜色中的含量信息。

1.3 系统的软件设计

系统依据TCS3200 反馈的实时小球颜色和系统采样过的颜色比对决定电机怎么运转。目标位置通过按键扫描的接口函数进行输入。

为了使程序简洁明了，便于理解和查阅，整个识别系统的软件编程采用模块化编程的方法。函数主要有TCS3200 初始化、写入命令、读取数据，LCD1602 初始化、写命令数据、显示，按键扫描输入，语音模块播报语音，步进电机动作等功能模块，通过主函数调用子函数模块，这样降低了程序的复杂度，使程序设计、调试和维护更加方便。

2 系统的测试与分析

为了进一步了解系统的工作性能，我们进行了实验，将该系统分别识别了红色、蓝色、白色以及黑色小球。从多次实验的结果可以看出，识别系统的误差精确识别，可以满足颜色识别系统的要求。

3 结语

本设计是以AT89C52 单片机为基础，利用TCS3200 颜色传感器模块，LCD1602 液晶显示器模块实现色彩识别系统的，并进行了色彩识别的测试实验。其中，色彩识别的算法实现原理和各模块的实现是本论文研究的重点。色彩识别的核心及难点是RGB 三种颜色测量的算法设计，算法的优劣程度很大程度上决定了色彩识别系统的优劣。通过本设计的测试，能很好的达到颜色分拣的目的。

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