探討智能型色標(biāo)傳感器的原理與應(yīng)用

黃晨

（漢口學(xué)院，湖北 武漢 430212）

探討智能型色標(biāo)傳感器的原理與應(yīng)用

黃晨

（漢口學(xué)院，湖北 武漢 430212）

科技的創(chuàng)新推進(jìn)了人類社會(huì)的進(jìn)步和文明，隨著色標(biāo)傳感器在工業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)色標(biāo)傳感器的研究逐漸深入，色標(biāo)傳感器開(kāi)始朝著智能化的方向發(fā)展。文章簡(jiǎn)要分析了智能型色標(biāo)傳感器的原理和應(yīng)用。

工業(yè)生產(chǎn)；智能型；色標(biāo)傳感器；辨別顏色；色標(biāo)檢測(cè)

1 智能型色標(biāo)傳感器的研究背景

色標(biāo)傳感器在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用很廣，其在紡織業(yè)、造紙業(yè)和印刷業(yè)等工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著十分重要的作用，促進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行，由于具備辨別顏色和檢測(cè)色標(biāo)的作用，可以和其他機(jī)械設(shè)備配合使用，用做工業(yè)生產(chǎn)中的定位、定長(zhǎng)、辨色、對(duì)版和計(jì)數(shù)等。隨著我國(guó)食品行業(yè)、藥品行業(yè)和日用包裝行業(yè)的快速發(fā)展，人們對(duì)食品、藥品和日用品的綜合要求越來(lái)越高，這就要求新型的色標(biāo)傳感器必須具有較強(qiáng)的靈敏度、較快的反應(yīng)速度和較高的可靠性。傳統(tǒng)的色標(biāo)傳感器存在一定的弊端，其主要結(jié)構(gòu)是常規(guī)電路，在運(yùn)行和使用的過(guò)程中，多用機(jī)械式的電位器進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)節(jié)，無(wú)法自動(dòng)調(diào)節(jié)靈敏度，采用人工調(diào)節(jié)的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，傳統(tǒng)的色標(biāo)傳感器已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求，我國(guó)市場(chǎng)中嚴(yán)重缺乏高端色標(biāo)傳感器，很多行業(yè)在工業(yè)生產(chǎn)中要想實(shí)現(xiàn)智能化，提高產(chǎn)品質(zhì)量，需花費(fèi)大量的資金購(gòu)置進(jìn)口的色標(biāo)傳感器，導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)成本過(guò)大，因此，對(duì)智能型色標(biāo)傳感器的原理和應(yīng)用進(jìn)行研究，提高色標(biāo)傳感器的精準(zhǔn)度和防護(hù)性能，并確保其調(diào)節(jié)靈活，價(jià)格合理，才能使工業(yè)生產(chǎn)獲得最大效益。

2 智能型色標(biāo)傳感器的研究現(xiàn)狀

隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)水平日趨成熟，相關(guān)專家和學(xué)者將色標(biāo)傳感器的數(shù)字化和智能化作為發(fā)展的主路線，長(zhǎng)期以來(lái)一直在進(jìn)行深入的研究，智能型色標(biāo)傳感器的研究理念是建立在以微處理器為控制核心的基礎(chǔ)上，在使用時(shí)，根據(jù)透射光在被測(cè)物體上的反射量情況對(duì)實(shí)際顏色進(jìn)行檢測(cè)，這種先進(jìn)的數(shù)字式色標(biāo)傳感器能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行信息處理、自我校正和自我診斷。

目前，智能型色標(biāo)傳感器的研究分類主要包括白熾燈傳感器、單色光源色標(biāo)傳感器、全光譜色標(biāo)檢測(cè)器。①使用白熾燈光源傳感器能在很寬的范圍內(nèi)對(duì)顏色的微小變化進(jìn)行檢測(cè)，并且該傳感器的檢測(cè)電路基本上都十分簡(jiǎn)單。②通常情況下，使用較多的單色光源色標(biāo)傳感器主要是綠色LED或者紅色LED色標(biāo)傳感器，這類色標(biāo)傳感器在工作的過(guò)程中，通過(guò)將色標(biāo)對(duì)光束的反射或吸收量與周圍其他材料對(duì)比的不同進(jìn)行檢測(cè)。③在這三類色標(biāo)檢測(cè)器中，全光譜色標(biāo)檢測(cè)器的性能是最佳的，其靈敏度較高，能在短時(shí)間內(nèi)檢測(cè)出最小的對(duì)比度。

3 智能型色標(biāo)傳感器的原理與應(yīng)用

3.1 智能型色標(biāo)傳感器的原理

智能型色標(biāo)傳感器的硬件主要包括電源、模擬信號(hào)調(diào)制與解調(diào)和單片機(jī)系統(tǒng)。智能型色標(biāo)傳感器的電源包括外部10V～30V的輸入電源到色標(biāo)傳感器所需工作電壓的輸出驅(qū)動(dòng)，對(duì)工作電壓進(jìn)行合理的轉(zhuǎn)換和有效的保護(hù)。智能型色標(biāo)傳感器的模擬信號(hào)調(diào)制與解調(diào)主要包括光源調(diào)制、光電轉(zhuǎn)換和帶通濾波等。單片機(jī)系統(tǒng)的主要包括按鍵和指示燈、輸出控制和通信等電路。

智能型色標(biāo)傳感器在進(jìn)行色標(biāo)檢測(cè)的過(guò)程中，必須確保被檢測(cè)光源具有穩(wěn)定的發(fā)光強(qiáng)度，在色標(biāo)傳感器的選型上，應(yīng)該盡可能的選擇溫度變化較小的器件，并根據(jù)實(shí)際需求在電路上采取一定的補(bǔ)償措施，在一定程度上提高發(fā)光強(qiáng)度的穩(wěn)定性。要想實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)，可以使用具有溫度補(bǔ)償特性和恒流驅(qū)動(dòng)特性的共發(fā)射極驅(qū)動(dòng)電路。在色標(biāo)檢測(cè)的過(guò)程中，可以采用同步相干的方法對(duì)電路進(jìn)行檢測(cè)，單片機(jī)在此過(guò)程中起著控制電路的作用，還可以和電路配合起來(lái)使用，實(shí)現(xiàn)電路雙極性輸出的目的，并使智能型色標(biāo)傳感器具備上電延遲、反極性保護(hù)和驅(qū)動(dòng)管過(guò)載保護(hù)等功能，提高智能型色標(biāo)傳感器檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

智能型色標(biāo)傳感器的軟件系統(tǒng)組成比較復(fù)雜，主要包括主程序、定時(shí)中斷服務(wù)程序、串口中斷服務(wù)程序和比較器中斷服務(wù)程序等，在此過(guò)程中，各程序都起著相互影響、相互制約的作用，只有確保這些服務(wù)程序正常工作，才能提高智能型色標(biāo)傳感器的綜合性能。

3.2 智能型色標(biāo)傳感器的應(yīng)用

（1）合理設(shè)計(jì)電路。要想實(shí)現(xiàn)色標(biāo)傳感器電路布局設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性，在一定程度上增強(qiáng)檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)部的電磁兼容，確保色標(biāo)傳感器功能性良好，色標(biāo)傳感器的能耗盡可能的降低，能大大降低傳感器中邏輯器件的工作頻率，有效減小數(shù)字設(shè)備對(duì)其產(chǎn)生的高頻干擾。智能型色標(biāo)傳感器的器件選型上，應(yīng)該選擇具有較高噪聲容限的器件，并選用體積小、抗干擾能力強(qiáng)的封裝方法對(duì)其進(jìn)行密封。在色標(biāo)傳感器的集成芯片電源和地面兩端應(yīng)該加設(shè)旁路電容和去耦合電容，確保整個(gè)系統(tǒng)的線路板布局合理、布線合理，使電源能夠良好接地。在色標(biāo)傳感器的軟件方面，可以利用看門狗對(duì)程序進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的范圍測(cè)試、數(shù)字濾波和數(shù)據(jù)校驗(yàn)等目標(biāo)。

（2）抑制光干擾。通常情況下，可以采用兩種方法抑制光干擾，一種是采用光學(xué)方法，根據(jù)色標(biāo)傳感器的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)合理的光學(xué)透鏡系統(tǒng)，使接收器對(duì)一定范圍內(nèi)的光線有反應(yīng)，并通過(guò)濾光鏡過(guò)濾掉雜光。另一種是采用電路方法，在電路上使用調(diào)制光源進(jìn)行相干檢測(cè)，使用電路濾波過(guò)濾掉將干擾光引起的光電信號(hào)，避免產(chǎn)生信號(hào)干擾。

（3）提高智能型色標(biāo)傳感器的可靠性。在智能型色標(biāo)傳感器的應(yīng)用過(guò)程中，要提高其工作的可靠性，可以對(duì)關(guān)鍵電路進(jìn)行單獨(dú)的屏蔽層設(shè)置，使用電源濾波降低電源線傳入的光電信號(hào)干擾，并在光電信號(hào)的處理中加設(shè)電路濾波和軟件濾波，對(duì)色標(biāo)傳感器的連接引線進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，在極大程度上降低色標(biāo)傳感器的對(duì)外干擾。在硬件方面可以使用工業(yè)級(jí)色標(biāo)傳感器器件，確保色標(biāo)傳感器器件的功耗和封裝情況相符，提高器件的散熱性。在軟件方面可以提高代碼的可靠性，確保色標(biāo)傳感器在工作的過(guò)程中能夠進(jìn)行漂移補(bǔ)償、自我診斷，以免出現(xiàn)線路過(guò)載的情況，確保器件在上電和低壓時(shí)，單片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)可靠復(fù)位，及時(shí)備份色標(biāo)傳感器的參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)智能型色標(biāo)傳感器數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確校驗(yàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，人們將色標(biāo)傳感器的智能化作為主要的研究方向，設(shè)計(jì)出以單片機(jī)為控制核心的色標(biāo)傳感器，充分利用單片機(jī)上的所有資源，對(duì)色標(biāo)傳感器的運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了色標(biāo)傳感器的數(shù)字化和智能化。在色標(biāo)傳感器朝著智能化發(fā)展的過(guò)程中，應(yīng)用效果最佳的智能型色標(biāo)傳感器的通信接口滿足IEEE1451智能傳感器的接入，確保新型智能傳感器系統(tǒng)的運(yùn)行良好，提高智能型色標(biāo)傳感器的綜合性能。

［1］李南，邵忠一，猛志常.軟管機(jī)中利用色標(biāo)傳感器定位誤差分析及改進(jìn)方法［J］.中國(guó)包裝，2010，（11）.

［2］周凱波，吳杰.智能型色標(biāo)檢測(cè)光電傳感系統(tǒng)［J］.儀表技術(shù)與傳感器，2014，（9）.

［3］賀娟，楚建安.印刷機(jī)的色標(biāo)檢測(cè)自動(dòng)變?cè)鲆嫦到y(tǒng)［J］.西安工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，（1）.

Discussion of Principle and App lication of Intelligent Color Code Sensor

HUANG Chen
（Hankou College，Wuhan，Hubei 430212，China）

The innovation of science and technology promotes the progress of human society and culture.As the color code sensor iswidely used in industrial production，people have done further research on color code sensor and the color code sensor beganmoving into the direction of intelligence.This paper briefly analyzes the principle and application of intelligent color code sensor.

industrialproduction；intelligent；color code sensor；recognition ofcolors；color code detection

TS803

A

2095-980X（2016）11-0061-01

2016-10-24

黃晨（1995-），男，湖北荊州人，大學(xué)本科，主要研究方向：光電信息科學(xué)與工程。