基于Arduino平臺的顏色辨別系統設計

張孝芳

【摘 要】文章介紹了一種基于Arduino開發環境的顏色辨別系統。該系統以Arduino開源控制板為主控單元，與TCS3200顏色傳感器相結合，通過傳感器采集顏色信息，在Arduino IDE開發環境下進行程序調試、運行實現顏色識別。實驗結果表明該系統顏色辨別高效、準確。

【關鍵詞】Arduino；TCS3200顏色傳感器； 顏色識別

中圖分類號：TH 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）36-0147-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.36.062

0 引言

顏色識別在現代生產中應用越來越廣，例如醫療診斷、材料分揀識別、圖像處理、機器人視覺系統及其它一些需要對顏色識別的檢測。隨著科技水平的不斷提高，人類的生產生活逐漸向智能化轉變，各種顏色辨別裝置逐漸取代人眼識別工作，使得上述應用實現自動化成為可能[1]。一般的顏色識別裝置是利用傳感器將光信號轉換為電，再對其處理并輸出，但輸出的是模擬量，還需增加A/D轉換裝置將模擬量轉換為數字信號后，最終輸出識別結果，因此電路比較復雜并且誤差較大，識別效果不佳。本文提出的基于Arduino平臺的顏色辨別系統是將Arduino與TCS3200顏色傳感器相連通過程序控制，簡化電路的同時極大的提高了識別的效率和準確性。

1 顏色辨別系統硬件組成

本系統由TCS3200顏色傳感器、Arduino分析處理模塊、LED顏色指示燈及電源等組成，系統整體框圖如圖1所示。系統結構簡單，Arduino控制板根據顏色傳感器檢測到的信號，在Arduino IDE開發環境下進行程序調試、運行，輸出顏色信號，控制相應顏色指示燈閃爍。

1.1 Arduino 模塊

Arduino是比較流行的開源電子平臺，包含各種型號的Arduino硬件電路板和開發軟件環境Arduino IDE。Arduino編程語言類似于C，不需要太多的單片機及編程基礎，極易掌握，靈活性強。本裝置采用的Arduino UNO硬件，核心是ATmega328P，同時具有14個數字輸入/輸出、6個模擬輸入/輸出、1個外接電源插孔及復位按鈕及1個USB接口，控制板可通過USB線與電腦連接，便于程序調試的同時還能為其供電、無需外接電源[2]。

1.2 顏色傳感器模塊

TCS3200傳感器是一款全彩的顏色檢測器，包括4個白光LED燈（起補光作用）和一塊RGB感應芯片。顏色傳感器將檢測到的RGB光信號經過光電二極管轉化為電流信號，再經過電流-頻率轉換器輸出方波頻率信號。TCS3200引腳功能圖如下，采用8引腳的封裝，其中S2、S3用于選擇濾波器類型，S0、S1用于選擇輸出比例因子，均通過高低電平來選擇具體如表1所示。OE是頻率輸出使能引腳，OUT是頻率輸出引腳，GND是芯片接地引腳，VCC為芯片提供工作電壓[3]。各模塊與Arduino板連接的電路圖如圖2所示。

2 顏色辨別系統軟件設計

Arduino是開源電子平臺，是由硬件和軟件兩部分組成。其中Arduino硬件電路板可自行購買或焊接，而 Arduino IDE軟件編程語言類似于C語言，不需要太多的單片機及編程基礎對于絕大多數模塊的使用，可直接調用其標準的庫函數即可，對于初學者來說，操作簡單、易于上手[4]。系統初始化后，首先白平衡校正，求出紅、綠、藍三色的RGB比例因子。顏色傳感器是否進行顏色檢測，當顏色傳感器檢測到物體顏色時，將信息反饋到Arduino 控制器中調用顏色識別子程序得出被測物體RGB值控制相應顏色指示燈亮暗變化，識別結束。如果一次進行多種顏色識別則只需一次白平衡調整。程序流程圖如圖3所示：

2.2 顏色檢測子程序

根據顏色檢測原理，編寫相應程序以實現顏色檢測高效、準確的目的。程序主要有獲取TCS3200所測顏色三原色輸出信號脈沖數。

3 實驗結果

本系統能夠達到辨別物體顏色的目的，但測試受環境光線的影響，結果存在一定的誤差，同時系統電源必須是穩定的5V直流電源，電源的波動同樣影響檢測結果。此外，傳感器檢測距離不能太遠，最佳測試距離為10mm。對于系統存在的問題可以通過優化算法、改善環境光線、選擇最佳檢測距離來解決。

4 總結

經由實驗發現，Arduino平臺于TCS3200顏色傳感器交互的顏色辨別系統具有整體電路簡單辨識速度快、精度高等特點，通過不斷優化程序，多次實驗測試，系統能夠達到對不同顏色快速準確辨別的功能，可廣泛應用于顏色檢測識別行業，對現代工業的自動化發展具有跟大的研究開發價值。

【參考文獻】

[1]李宏光.幾種顏色測量方法的比較[J].應用光學，2005，26（3）：62-63.

[2]蔡睿妍.Arduino的原理及應用[J].電子設計工程，2012，（16）：155-156.

[3]曹瓊.利用顏色傳感器TCS3200識別紅綠燈[J].電腦知識與技術，2017，（7）：181-182.

[4]紀欣然.基于Arduino開發環境的智能尋光小車設計[J].現代電子技術，2012，35（15）.