基于Arduino平台的颜色辨别系统设计

张孝芳

【摘 要】文章介绍了一种基于Arduino开发环境的颜色辨别系统。该系统以Arduino开源控制板为主控单元，与TCS3200颜色传感器相结合，通过传感器采集颜色信息，在Arduino IDE开发环境下进行程序调试、运行实现颜色识别。实验结果表明该系统颜色辨别高效、准确。

【关键词】Arduino；TCS3200颜色传感器； 颜色识别

中图分类号：TH 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）36-0147-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.36.062

0 引言

颜色识别在现代生产中应用越来越广，例如医疗诊断、材料分拣识别、图像处理、机器人视觉系统及其它一些需要对颜色识别的检测。随着科技水平的不断提高，人类的生产生活逐渐向智能化转变，各种颜色辨别装置逐渐取代人眼识别工作，使得上述应用实现自动化成为可能[1]。一般的颜色识别装置是利用传感器将光信号转换为电，再对其处理并输出，但输出的是模拟量，还需增加A/D转换装置将模拟量转换为数字信号后，最终输出识别结果，因此电路比较复杂并且误差较大，识别效果不佳。本文提出的基于Arduino平台的颜色辨别系统是将Arduino与TCS3200颜色传感器相连通过程序控制，简化电路的同时极大的提高了识别的效率和准确性。

1 颜色辨别系统硬件组成

本系统由TCS3200颜色传感器、Arduino分析处理模块、LED颜色指示灯及电源等组成，系统整体框图如图1所示。系统结构简单，Arduino控制板根据颜色传感器检测到的信号，在Arduino IDE开发环境下进行程序调试、运行，输出颜色信号，控制相应颜色指示灯闪烁。

1.1 Arduino 模块

Arduino是比较流行的开源电子平台，包含各種型号的Arduino硬件电路板和开发软件环境Arduino IDE。Arduino编程语言类似于C，不需要太多的单片机及编程基础，极易掌握，灵活性强。本装置采用的Arduino UNO硬件，核心是ATmega328P，同时具有14个数字输入/输出、6个模拟输入/输出、1个外接电源插孔及复位按钮及1个USB接口，控制板可通过USB线与电脑连接，便于程序调试的同时还能为其供电、无需外接电源[2]。

1.2 颜色传感器模块

TCS3200传感器是一款全彩的颜色检测器，包括4个白光LED灯（起补光作用）和一块RGB感应芯片。颜色传感器将检测到的RGB光信号经过光电二极管转化为电流信号，再经过电流-频率转换器输出方波频率信号。TCS3200引脚功能图如下，采用8引脚的封装，其中S2、S3用于选择滤波器类型，S0、S1用于选择输出比例因子，均通过高低电平来选择具体如表1所示。OE是频率输出使能引脚，OUT是频率输出引脚，GND是芯片接地引脚，VCC为芯片提供工作电压[3]。各模块与Arduino板连接的电路图如图2所示。

2 颜色辨别系统软件设计

Arduino是开源电子平台，是由硬件和软件两部分组成。其中Arduino硬件电路板可自行购买或焊接，而 Arduino IDE软件编程语言类似于C语言，不需要太多的单片机及编程基础对于绝大多数模块的使用，可直接调用其标准的库函数即可，对于初学者来说，操作简单、易于上手[4]。系统初始化后，首先白平衡校正，求出红、绿、蓝三色的RGB比例因子。颜色传感器是否进行颜色检测，当颜色传感器检测到物体颜色时，将信息反馈到Arduino 控制器中调用颜色识别子程序得出被测物体RGB值控制相应颜色指示灯亮暗变化，识别结束。如果一次进行多种颜色识别则只需一次白平衡调整。程序流程图如图3所示：

2.2 颜色检测子程序

根据颜色检测原理，编写相应程序以实现颜色检测高效、准确的目的。程序主要有获取TCS3200所测颜色三原色输出信号脉冲数。

3 实验结果

本系统能够达到辨别物体颜色的目的，但测试受环境光线的影响，结果存在一定的误差，同时系统电源必须是稳定的5V直流电源，电源的波动同样影响检测结果。此外，传感器检测距离不能太远，最佳测试距离为10mm。对于系统存在的问题可以通过优化算法、改善环境光线、选择最佳检测距离来解决。

4 总结

经由实验发现，Arduino平台于TCS3200颜色传感器交互的颜色辨别系统具有整体电路简单辨识速度快、精度高等特点，通过不断优化程序，多次实验测试，系统能够达到对不同颜色快速准确辨别的功能，可广泛应用于颜色检测识别行业，对现代工业的自动化发展具有跟大的研究开发价值。

【参考文献】

[1]李宏光.几种颜色测量方法的比较[J].应用光学，2005，26（3）：62-63.

[2]蔡睿妍.Arduino的原理及应用[J].电子设计工程，2012，（16）：155-156.

[3]曹琼.利用颜色传感器TCS3200识别红绿灯[J].电脑知识与技术，2017，（7）：181-182.

[4]纪欣然.基于Arduino开发环境的智能寻光小车设计[J].现代电子技术，2012，35（15）.