基于TCS230的便携式数字化调色仪的系统设计

颜色识别是模式识别领域的一个重要研究方向，利用颜色识别技术能使传统依靠人眼进行颜色判别的方法发生根本变革。

这种新型技术采用颜色传感器获取外界的颜色信息，进而通过基于计算机的信号处理技术实现颜色的精确识别。

颜色识别技术经历了传统模拟识别方法和现代数字化识别两个阶段。

传统的颜色识别方法采用模拟颜色探测器件来进行外界颜色获取，这种探测器件通常是在独立的光电二极管上覆盖经过修正的红、绿、蓝滤光片，经过光电转换产生对应的模拟信号；如果用微控制器对这些模拟信号进行处理，就必须采用额外的AD转换电路才能实现和微控制器的接口，而AD转换电路的引入增加了信号的处理时间，对整个系统的速度有很大的影响；此外，由于一般的AD转换存在量化误差，系统的精度受到很大的限制，这些使得传统的颜色识别方法逐渐被现在的数字式化的颜色识别技术所替代。

随着半导体技术的发展，数字式的颜色传感器逐步取代了传统的光电二极管传感器，这种技术把颜色传感器所需的光学、机械、电子等信号处理集成在很小的芯片上极大地缩小了颜色传感器的体积。

由于这种传感器输出的是数字量，因此可以通过数字处理技术来提高探测速度并保持检测器输出信号的精度。

例如采用改进的动态检测方法来提高颜色探测的速度，采用数字电路来处理颜色数据等。

虽然数字传感器已经取得了一些成功，但其应用于市场的技术还不够成熟，随着美国TAOS（Texas Advanced Optoelectronic Solutions）公司最新推出的颜色传感器TCS230的面世，数字传感器才真正被工程师们采用。

这种颜色传感器具有分辨率高、可编程的颜色选择、数字输出等特点。

本文采用TCS230来作为系统的探测部分，基于该器件设计的颜色识别系统可以应用于军事领域，也可以应用于电致变色材料的变色研究以便获得材料的变色参数。

1 TCS230简介1.1 主要特性TCS230是美国TAOS公司推出的可编程光到频率的转换器。

它把可配置的硅光电二极管与电流频率转换器集成在一个单一的CMOS（Comple-mentary Metal Oxide Semiconductor）电路上，同时在单一芯片上还集成了红、绿、蓝（RGB）3种滤光器，是业界第一个有数字兼容接口的RGB颜色传感器。

可编程彩色光/频转换器TCS230及其应用内容摘要：TCS230可编程彩色光／频率转换器是为高分辨率彩色传感器提供PWM数字接口的首款集成器件，该器件在单芯片上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。

文中详细介绍了TCS230的基本结构、主要性能及应用信息。

１概述ＴＣＳ２３０是ＴＡＯＳ公司最新推出的业界首款带数字兼容接口的ＲＧＢ彩色光／频率转换器，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，其结构框图如图１所示。

ＴＣＳ２３０输出为占空比５０％的方波，且输出频率与光强度成线性关系。

该转换器对光响应范围为２５００００～１，典型输出频率范围为２Ｈｚ～５００ｋＨｚ，用户可通过两个可编程引脚来选择１００％、２０％或２％的输出比例因子。

ＴＣＳ２３０的输入输出引脚可直接与微处理器或其他逻辑电路连接。

通过输出使能端ＯＥ将输出置于高阻状态可使多个器件共享一条微处理器输入线。

ＴＣＳ２３０可编程彩色光／频率转换器将红、绿和蓝滤波器集成在单芯片上，因此无需ＡＤＣ就可实现每彩色信道１０位以上的分辨率。

芯片内含一个交叉连接的８×８光电二极管阵列，其中每１６个二极管提供一种色彩类型，共有红、蓝、绿和清除全部光信息四种类型，可最大限度地降低入射光幅射的不均匀性。

所有同颜色的１６个光电二极管都是并联连接，工作时通过可编程的引脚来动态选择色彩，以此来增加精确度和简化光学电路。

该芯片采用８引脚ＳＯＩＣ表面贴封装，适用于色度计的测量应用。

ＴＣＳ２３０的主要特点如下：●可完成高分辨率的光照度／频率转换；●色彩和满度输出频率可编程调整；●可直接与微处理器通讯；●单电源工作，工作电压范围：２．７Ｖ～５．５Ｖ；●具备掉电恢复功能；●５０ｋＨｚ时非线性误差的典型值为０．２％；●稳定的２００ｐｐｍ／℃的温度系数。

２ＴＣＳ２３０的引脚功能ＴＣＳ２３０的引脚排列如图２所示，各管脚的功能描述见表１所列。

表1 TCS230管脚功能３ＴＣＳ２３０的主要参数３.１电学特性参数ＴＣＳ２３０在ＴＡ＝２５℃ＶＤＤ＝５Ｖ条件下的电学特性如表２所列。

颜色传感器TCS230及颜色识别电路(一)1 TCS230芯片的结构框图与特点TCS230是TAOS公司推出的可编程彩色光到频率的转换器。

它把可配置的硅光电二极管与电流频率转换器集成在一个单一的CMOS电路上，同时在单一芯片上集成了红绿蓝(RGB)三种滤光器，是业界第一个有数字兼容接口的RGB 彩色传感器。

TCS230的输出信号是数字量，可以驱动标准的TTL或CMOS逻辑输入，因此可直接与微处理器或其他逻辑电路相连接。

由于输出的是数字量，并且能够实现每个彩色信道10位以上的转换精度，因而不再需要A/D转换电路，使电路变得更简单。

图1是TCS230的引脚和功能框图。

图1中，TCS230采用8引脚的SOIC表面贴装式封装，在单一芯片上集成有64个光电二极管。

这些二极管共分为四种类型。

其中16个光电二极管带有红色滤波器；16个光电二极管带有绿色滤波器；16个光电二极管带有蓝色滤波器；其余16个不带有任何滤波器，可以透过全部的光信息。

这些光电二极管在芯片内是交叉排列的，能够最大限度地减少入射光辐射的不均匀性，从而增加颜色识别的精确度；另一方面，相同颜色的16个光电二极管是并联连接的，均匀分布在二极管阵列中，可以消除颜色的位置误差。

工作时，通过两个可编程的引脚来动态选择所需要的滤波器。

该传感器的典型输出频率范围从2 Hz~500 kHz，用户还可以通过两个可编程引脚来选择100%、20%或2%的输出比例因子，或电源关断模式。

输出比例因子使传感器的输出能够适应不同的测量范围，提高了它的适应能力。

例如，当使用低速的频率计数器时，就可以选择小的定标值，使TCS230的输出频率和计数器相匹配。

从图1可知：当入射光投射到TCS230上时，通过光电二极管控制引脚S2、S3的不同组合，可以选择不同的滤波器；经过电流到频率转换器后输出不同频率的方波(占空比是50%)，不同的颜色和光强对应不同频率的方波；还可以通过输出定标控制引脚S0、S1，选择不同的输出比例因子，对输出频率范围进行调整，以适应不同的需求。

Sｅｎｓing coloｒｗith the ＴＡOS TＣS２30ＴheＴAOS TCS23０iｓ a smａll,ｈighｌy iｎｔeｇrated color seｎｓｉｎg ｄevicｅｐackaged iｎ a cｌear plastiｃ8-ｐiｎSＯIC. Itｒeports, as anaｌoｇfrequency, the ａmｏunt of shortｗave （bluｅ), meｄiumwaｖe (greeｎ），ｌongwave (reｄ）, and wiｄeｂaｎd（whitｅ) optｉcal ｐowｅr i ｎcidenｔonｔo tｈe dｅvｉcｅ. Ｉｔｃan be used in a varｉｅtｙof coｌor seｎsｉng appliｃatioｎs. Dｅtailｓof ｔhｅｄevｉcｅcan bｅｆｏund iｎits datasheｅt. Ｔhis ｗhite paper deｔaｉls thｅcｏnｃeｐts ａnd ｃaｌculatioｎs involved ｉn color sensinｇｕｓing the TＣＳ２３0.We will use theＣolorChecｋer chaｒtａs an oｐｔicａｌstimｕlus to wｏrｋｔhrouｇh a nｕｍerｉcaｌexample of color sensｉｎg．Ｔｈe chart，dｅｐicｔｅd in Figure1，is ｍａnufactuｒeｄand disｔribｕted by Gretag Ｍaｃbeth. Tｈe chart mｅａｓuｒeｓapprｏxiｍately 13 inches ｂy 9incｈe ｓ(３30 mm ｂy230 mm）；it ｃontaｉnｓ24 coloｒed patｃhesａｒranged inａ 6 by４array.Fｉgures2thｒｏｕｇh5oｖeｒleaｆshoｗthe sｐectrａl refｌectａnce of the patｃhｅs iｎeａｃh oｆthｅfou ｒrows of the chart –ｔhat iｓ, tｈe fraｃｔiｏn of incideｎt liｇhｔthat ｉs reｆlｅｃteｄ（wｉth rｅsｐecｔto aｎideａｌｄｉffuse ｒefleｃｔoｒ）, ａs a fuｎcｔiｏn ofｗaｖelｅｎgth fｒoｍ350 nm to 750 nm.Figｕre 1 Ｔhe ColｏｒＣhｅｃker cｏｎtaiｎｓ18coｌｏred pａｔcｈes and a６-step ｇray seriｅs.Ｆｉgｕrｅ2ColｏrChecｋer spectra，top rｏw.Fｉgure ３ColorＣｈecｋer spｅcｔrａ, second row．Fiｇｕre４ColorCheｃkｅr spectra, thirｄroｗ．Fｉgｕre ５ColorChｅcker speｃｔra，ｂｏtｔom roｗ（neuｔｒal series）Ｆｉgurｅ 6 Cone sensｉtiｖｉtiｅs of cｏｎeｐｈotorecepｔorｓareｓhowｎ．Tｈeｓhorｔｗave－ｓｅnsitｉvepｈotorｅceptorｓaｒe muｃh lｅｓs ｓｅnsｉtｉｖｅｔｈaｎｔｈe other two types。

基于TCS230便携式颜色测量系统设计季峰【期刊名称】《电子质量》【年(卷),期】2015(0)10【摘要】介绍了TCS230可编程颜色测量芯片的工作原理。

基于TCS230的工作原理，以89c51单片机为控制单元，设计出便携式颜色测量系统。

系统采用24c02存储器存放TCS230的白平衡调整因子，避免了每次开机时的白平衡调试，颜色测量结果通过LCD1602显示。

所设计的系统具有使用元器件少、体积小、成本低等优点。

%The working principle of TCS230 programmable color measuring chip is introduced.Based on the working principle,a design of portable color measurement system is proposed by using 89c51 single-chip mi-crocomputer as control unit.The system uses the 24c02 memory to store the white balance adjustment factor of TCS230,which avoids the white balance adjustment when the system starts every time.And the measured results are displayed by LCD1602.The designed system has the advantages of less components,smal size and low cost.【总页数】3页(P68-70)【作者】季峰【作者单位】武汉职业技术学院电子信息工程学院，湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】TP274【相关文献】1.基于TCS230芯片颜色测量系统的研究 [J], 杨杰;谢元媛2.基于TCS230的便携式数字化调色仪的系统设计 [J], 刘双喜;丁筱玲3.基于TCS230与LabVIEW的颜色测量系统 [J], 李爱勤;张绪坤4.基于TCS230传感器的颜色识别系统设计 [J], 李静;梁鹏超5.基于51单片机控制TCS230传感器分拣物体系统设计 [J], 程琦因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

一．课设概要：1.利用TCS230D颜色传感器进行颜色检测2.利用单片机（STC52）进行控制3.利用1602液晶显示出RGB值（10进制和16进制）二．课设原理：1.TCS230D（1）参数：1）电源范围2.7V~5.5V2）出错率0.2%每50KHz3）采用soic封装（用DXP进行PCB设计时用到）（2）颜色检测的原理：基本原理：不同的颜色经白光照射后，反射回的光中，RGB的值是不同的。

由三原色感应原理可知,如果知道构成各种颜色的三原色的值,就能够知道所测试物体的颜色。

对于TCS230来说,当选定一个颜色滤波器时,它只允许某种特定的原色通过,阻止其他原色的通过。

例如:当选择红色滤波器时,入射光中只有红色可以通过,蓝色和绿色都被阻止,这样就可以得到红色光的光强;同理,选择其他的滤波器,就可以得到蓝色光和绿色光的光强。

通过这三个值,就可以分析投射到TCS230传感器上的光的颜色。

TCS230的输出信号是数字量,可以驱动标准的T T L或CMOS逻辑输入,因此可直接与微处理器或其他逻辑电路相连接。

TCS230采用8引脚的SOIC表面贴装式封装,在单一芯片上集成有64个光电二极管。

这些二极管共分为四种类型。

其中16个光电二极管带有红色滤波器;16个光电二极管带有绿色滤波器;16个光电二极管带有蓝色滤波器;其余16个不带有任何滤波器,可以透过全部的光信息。

这些光电二极管在芯片内是交叉排列的,能够最大限度地减少入射光辐射的不均匀性,从而增加颜色识别的精确度;另一方面,相同颜色的16个光电二极管是并联连接的,均匀分布在二极管阵列中,可以消除颜色的位置误差。

工作时,通过两个可编程的引脚来动态选择所需要的滤波器。

该传感器的典型输出频率范围从2H z~500kH z,用户还可以通过两个可编程引脚来选择100%、20%或2%的输出比例因子,或电源关断模式。

输出比例因子使传感器的输出能够适应不同的测量范围,提高了它的适应能力。

基于TCS230的双路颜色传感检测装置的研制及应用摘要：设计一种基于TCS230的双路颜色传感装置。

该传感装置采用两个TCS230颜色传感器联合进行比对检测，装置整体设计成T型槽式机械结构。

针对传感器运行工作环境，从结构上对安装尺寸和安装方式进行了优化设计。

选择单颜色滤波器测量节省测量时间，选用测周法提高了测量精度，并且通过中位值滤波的数据处理方法提高了测量的准确度。

该传感器在AGV智能搬运机器人上得到了很好的??用，确保了机器人对道路禁行标志的准确检测。

关键词：颜色传感器；检测装置；TCS230；中位值滤波；测周法；搬运机器人中图分类号：TN247?34 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2018）14?0024?05Development of a double?path color sensing detection devicebased on TCS230 and its applicationZOU Huadong1，JIA Ruiqing1，QIAN Lirun2（1. School of Mechanical Electronic & Information Engineering，China University of Mining & Technology，Beijing 100083，China；2. Department of Vehicle Engineering，Anhui V ocational College of Defense Technology，Liuan 237011，China）Abstract：A double?path color sensing device based on TCS230 is designed. In the sensing device，two color sensors TCS230 are used to cooperatively perform contrastive detection. The whole device is designed as a T?groove shape mechanical structure. In consideration of the working environment of the sensor，the design of the mounting dimension and installation method is optimized in structure. The single color filter is selected for measurement to save the measurement time. The period measurement method is selected to improve the measurement precision. The median filtering data processing method is used to improve the measurement accuracy. The sensor is well applied to the AGV smart transfer robot，and the robot′s accurate detection of road prohibitory signs is ensured.Keywords：color sensor；detection device；TCS230；median filtering；period measurement method；transfer robot0 引言颜色识别在人们的生产生活中较为常见。