基于TCS3404传感器的亮度采集系统

金仲华+马夹夹+洪爱群+马丙林+钟翔宇+张华君

摘要：为了提高医疗领域液晶显示器亮度参数的采集速度、简化亮度采集装置电路板的设计电路，本文以TCS3404传感器及C8051F320单片机为核心，设计了一款新型的亮度采集系统，该系统具有一定的应用价值。

关键词：TCS3404传感器；C8051F320；亮度采集系统

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）27-0193-02

1 引言

LCD液晶显示技术越来越多的应用到了各个商用领域，除了作为普通办公、家庭显示之外，LCD还应用到了医疗的影像诊断领域，如用于X-Ray、CT、超声等设备上。医疗LCD显示的要求与普通LCD的显示不一样，对亮度及对比度等亮度参数要求较为严格。亮度参数通过亮度采集仪器获得，但没有较完整的软件系统做支持。本文设计一款新型亮度采集系统，它以TCS3404传感器及C8051F320单片机为核心，实现亮度数据的采集。

TCS3404传感器芯片是美国TAOS公司推出的一款新型的颜色传感器，它是一款价格适中的集成感光芯片。它将R、G、B、W四种滤光片、光电二极管及A/D转换电路集成在单一芯片上，简化了硬件电路的设计，并提高了该芯片的抗噪声性能。同时，兼容SMBUS接口，由于内部集成了A/D转换电路，输出信号是数字量，它可以驱动标准的TTL或CMOS逻辑输入，因此可以直接与微处理器相连接。

2 亮度采集系统设计

2.1 硬件设计

亮度采集系统的硬件部分由微处理单元与感光单元构成。微处理单元的控制器采用的是Silicon的C8051F320单片机，它是完全集成的混合信号片上系统型MCU，该单片机具有通用串行总线USB接口及硬件实现了 SMBUS/I2C接口，内部包含一个5v至3v的稳压器。同时，此单片机含有一个交叉开关，可以根据用户的需要将数字外设与I/O口建立联系。感光单元由TCS3404芯片构成，它具有SMBUS接口，操作电压为2.7v-3.6v。本系统利用控制器的USB接口与上位机相连，同时上位机通过USB接口为控制器提供+5v电源，控制器内部的稳压器实现了+5v到+3v的电压转换以供TCS3404芯片正常工作。控制器与TCS3404采用SMBUS接口进行通信。

亮度采集系统硬件部分的电路图见图1。

2.2 软件设计

亮度采集系统的软件部分包括固件部分及上位机部分。其中固件部分负责亮度采集硬件的初始化、收发控制数据等，上位机部分完成对亮度采集硬件的控制，为其提供测试画面，同时提供对亮度采集数据结果的处理及显示等。

2.2.1 固件部分

固件部分软件主要为运行在微处理单元上的嵌入式软件。该软件部分完成三项工作，其一是完成感光单元TCS3404传感器的初始化工作，感光单元完成了对液晶显示器亮度参数的采集。其二是接收和发送命令。负责接收上位机软件系统发送的控制命令，并对该控制命令进行处理，然后向感光单元发送测光命令；其三是数据通信。负责接收感光单元发送过来的感光数据，并将此数据发送给上位机的软件系统，软件系统再做进一步的数据处理。

2.2.2 上位机部分

亮度采集系统的上位机软件系统依附在PC上位机上运行，它包括亮度测试及图片测试部分。

2.3 亮度测试

亮度测试部分包括灰阶测试及均匀性测试。该部分可以为感光单元提供不同形式的测试画面、提供多种获取液晶显示器亮度参数的方法以及对微处理单元回传的感光数据的进一步处理及显示。

2.4 图片测试

图片测试部分可以使用户根据各自需求添加相应测试画面，以达到连续图片测试的目的。

亮度采集系统的工作流程见图2。

2.5 实验

本文针对医用19寸单色液晶显示器进行了16灰阶亮度采集实验，同时利用高精度彩色分析仪与采集的数据结果进行比对，实验结果如下，其中Y1为彩色分析仪测试结果，Y2为亮度采集系统测试结果。

误差分析公式为： △=（Y1i-Y2i）/Y2i

3 小结

亮度参数在医疗领域液晶显示器中发挥着重要的作用，如何方便快捷而且准确的获得亮度是目前医疗领域设备开发的一个主要问题。本文以TCS3404传感器及C8051F320单片机为核心，设计了一款新型的亮度采集系统，该系统具有成本低、体积小、检测快、使用方便的特点，具有一定的应用价值。