一种液体颜色动态捕获系统设计

2020-08-04权建军

数字技术与应用 2020年5期

权建军

摘要：在化工、医药等生产领域，经常需要识别、捕获动态变化的液体颜色。TCS3200D颜色传感器具备分辨率高、可编程的RGB滤光选择与输出定标，输出的数字量可直接与微处理器连接。本设计以AvR单片机为处理器，配合高稳定性的LED恒流光源，模拟D65光源，将TCS3200D采集的液体颜色信号经过单片机算法处理，与所储存颜色数据比较，可准确进行液体颜色的识别捕获。

关键词：液体颜色;TCS3200D;LED恒流光源

中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）05-0152-02

0引言

在化工、医药领域，经常需要识别、捕获动态变化的液体特定颜色，本设计PAAVR单片机和TCS3200D颜色传感器，配合高稳定性的LED光源，以及LCD12864Z液晶屏，设计了液体颜色动态捕获系统。

1硬件电路设计

1.1TCS3200颜色传感模块

TCS3200采用8引脚SOIC表面贴装式封装，在单一芯片上集成了64个光电二极管，16个光电二极管为一组，分别带有红色R、绿色G和蓝色B光滤波器;其余16个不带有任何滤波器，可以透过全部的光信息。光滤波器可以通过其引脚S2和S3的高低电平来选择滤波器模式。

TCS3200D有可编程的彩色光到电信号频率的转换器，当被测物体反射光的红、绿、蓝三色光线分别透过相应滤波器到达TCS3200D感应窗口时，其内置的振荡器会输出方波，方波频率与所感应的光强成比例关系，光线越强，内置的振荡器方波频率越高。TCS3200传感器有一个OUT引脚，它输出信号的频率与内置振蕩器的频率也成比例关系，它们的比率因子可以靠其引脚sO和SI的高低电平来选择。

1.2LED恒流光源

颜色传感器的输出脉冲，对外界杂散光十分敏感，为了得到稳定的RGB颜色值，必须进行光路设计，屏蔽外部干扰光源。目前，颜色三刺激值测试一直都是在D65标准光源下进行的，D65光源是人造模拟光源中最接近日光光色的光源。DD233是四通道恒流LED驱动器，工作电压2.7-6V，通过外接一个电阻，可以得到所需的电流。并且DD233有很好的恒流特性和热稳定性。其恒流特性曲线如图1所示。

love=350.4/R^ext（kΩ）

为了得到模拟自然白光光谱，选择色N6000K～6500K的白光LED。将四个白光LED聚拢安装，可以得到稳定的白色光源。模拟出近似理想的白光平行光源。

1.3电路设计

本电路中微处理器选用AVR公司的Megal28，片上功能强大，简化了电路设计。显示器选用LCDl2864Z中文液晶屏，提供了良好的人机交互。系统电路框图如图2N示。

图3为DD233的恒流驱动电路。

2软件设计

2.1白平衡

理论上对于标准白光源，R、G、B三基色的值是一样的。但是，由于实际光源并非理想稳定光源，不同滤波器的光电二极管对三基色的敏感度不同，必须要进行白平衡。

将空试管放人装置，测量10ms内的R、G、B脉冲数，与标准白光R、G、B值255比较，得到R、G、B比例因子。这样，以后测量液体颜色时，对得到的R、G、B值，通过该比例因子进行修正，就可以得到在该光源条件下的颜色R、G、B值。

2.2程序设计

分为主程序，以及定时中断、外部中断。流程图如图4所示。

为了得到稳定的RGB数据，对测得的RGB数据采用了平均值滤波。