利用颜色传感器TCS3200识别红绿灯

曹琼

摘要；随着科学技术的发展，颜色检测从人工检测发展到采用各种颜色仪器检测，其中检测仪器常采用颜色传感器。TCS3200是最新的一种颜色传感器，它测量速度快、数字化、易编程控制和干抗扰等诸多优点被广泛应用。

关键词：颜色传感器；三基色；TCS3200

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）07-0181-02

三基色RGB色彩模式常被作为颜色标准，即通过对三个颜色通道之间的叠加来得到各式各样的颜色的，RGB即是代表红、绿、蓝三个通道的颜色，这个标准几乎包括了人类视力所能感知的所有颜色。因此，检测出了颜色信号中的红、绿、蓝比例值就是检测出了颜色。

颜色检测识别在工业生产中的应用越来越深入，但是以往的颜色检测主要是依靠人工进行，这种方法受照明条件、背景亮度、测色人员主观上和心理上的差异等各种因素影响，缺乏准确性，所以随着科学技术的发展，各种检测颜色仪器纷纷出现。

常用的颜色检测仪器有两种方法：第一种是基于机器视觉的颜色检测是从视图中获得颜色数据的，麻烦的是必须对图像进行各种预处理，因此此种颜色检测较为复杂且价高；第二种是基于颜色传感器的颜色检测，此种方法较为常用，现在常用颜色传感器有RGB颜色传感器和色标传感器两种基本类型。

目前常用的颜色传感器通常是把经过修正的红绿蓝滤光片覆盖在独立的光电二极管上，需要对输出信号进行相应的处理才能将颜色信号识别出来。TAOS公司推出了此类的颜色传感器，其中现在最新的就是TCS3200，与以前进行比较有许多优点：反应速度快，检测的不同颜色时可通过编程设置改变，使用方便，数字量输出，能采集、放大信号，内部有A/D，可直接连接单片机。

1系统硬件设计

系统由颜色传感器模块、单片机、蜂鸣器组成，基本原理如图1所示。

1.1颜色传感器模块电路

TCS3200有8引脚，采用SOIC表面贴装式封装，在一个芯片上集成光电二极管有64个，共分为四种不同颜色，64个全部交叉排列在芯片上，其中相同颜色的是均匀分布且并联连接。工作时，所需要的滤波器是通过两个可编程的引脚来动态选择的，输出频率范围从2Hz--500kHz，输出比例因子或电源关断模式可通过两个可编程引脚来选择。

TCS3200的工作原理；当入射光投射到TCS3200上时，为了选择不同颜色的滤波器，控制TCS3200引脚S2、S3的4种组合来选择；经过内部的转换器转换输出方波，由于检测的颜色和光强不同输出的方波频率也对应的不同；最后通过控制引脚S0、S1，可以选择不同的输出比例因子，针对不同的需求对输出频率范围进行调整。

颜色传感器模块GY-31包含了一个TCS3200和4个白光LED灯。系统将模块的S2和S3分别与单片机的P2.4和P2.5连接，由单片机控制模块的滤波器模式；模块OUT与单片机的P3.5连接，将测量后输出的方波输入到单片机计算处理出色值。

1.2单片机与蜂鸣器电路

宏晶科技生产的STC12C5A60S2是新一代8051单片机，具有高速、低功耗和超强抗干扰等优点，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。

在有源蜂鸣器中，因为其内部自带振荡电路，蜂鸣器直接接上额定直流电源就可振动发音。

系统中单片机P1.7直接连接蜂鸣器，由单片机P1.7输出“1”控制蜂鸣器连续发声。

2系统的工作原理

识别颜色时，颜色传感器模块要测量出颜色的R、G和B值，在由单片机对这三个值进行调整和判断颜色，处理方法如下：首先设置为一段固定的时间，一般采用定时器定时方式设置；然后依次选通红、绿和蓝颜色的滤波器；接着在设置的时间段中采用计数器计得颜色传感器模块输出脉冲数；最后为了得到测量的R、G和B的值，需要根据实际环境设置比例因子，把比例因子和测得的脉冲数一起处理即得到结果。

通过单片机计算处理的到RGB的值判断当前系统遇到的是什么颜色的灯，红灯时单片机控制蜂鸣器连续鸣叫，绿灯时单片机控制蜂鸣器不发声。

3程序流程图

由于采用模块化编程主程序结构简单，主程序就是循环调用颜色识别子程序。

程序中对单次测量颜色的流程：先设定每次颜色测量时间为10ms，然后一次定时时间满了进入定时中断处理中对绿色光强信号进行检测根据输出脉冲数处理出对应的数值，最后分别依次处理其他两种颜色的光强信号。

4调试

硬件电路连接好后，开始测试。将系统放置到红灯前，正常时系统蜂鸣器鸣叫警告；将系统放置到绿灯前，注意颜色传感器模块与灯的距离和角度，正常时系统蜂鸣器不会鸣叫。如与上诉情况不一致时，注意颜色传感器模块与灯的距离和角度，对距离和角度进行调整。

5结语

本系統对红绿灯的颜色检测采用了TCS3200颜色传感器，经过单片机处理判断颜色后，如系统遇到红灯的情况进行蜂鸣器鸣叫警告。该系统具有检测快、成本低和稳定性好的特点，并且可根据实际需要快速修改成检测其他颜色，有较为广泛的应用。