基于TCS230与51单片机的颜色识别系统与仿真.doc

PAGE 内蒙古大学本科毕业论文（设计） 第 PAGE 1 页 第1章 绪论 1.1论文的背景 颜色识别兴起的时间较晚，但在实时检测系统及自动控制方面具有重要意义，单片机及微机的引入提高了颜色识别的速度及智能化程度。国内与国外尚存在较大差距，识别的精度，灵敏度，颜色范围，快速性成为颜色识别的主要问题。深入研究传统颜色识别系统十分必要，同时对国外先进的颜色识别仪器进行了解，可以在某种程度上给我们以启示。 1.2颜色识别的应用及意义 颜色识别在现代生产中的应用越来越广泛，无论是遥感技术，工业过程控制，材料分拣识别，图像处理，产品质检，机器人视觉系统，还是某些模糊的探测系统都需要对颜色进行探测，而颜色传感器的飞速发展，生产过程中长期由人眼起主导作用的颜色识别工作将越来越多地被颜色传感器所替代。为这上述应用的自动化实现提供了可能。 1.3 颜色识别的国内外研究现状及发展前景 颜色识别是新兴的测控技术，普通的工业应用如材料分拣，商标识别等已广泛应用。但高精密的颜色识别技术仍掌握在少数发达国家如美国,日本手中。我国在机器人视觉系统方面已取得了举世瞩目的成就，但在摄取数码影像，高分辨率的颜色识别方面仍缺乏自主研发的能力。 随着颜色传感器的广泛应用，颜色识别技术已成为仪器自动化，智能化的重要组成部分，发展前景十分广阔。 1.4 论文的构成及研究内容 本文首先在对传统的颜色识别技术的了解下，研究了以下内容： 1. 颜色识别的基本原理及常识。 2. 色敏传感器的介绍及识别颜色的原理，并对现在市面上使用的颜色传感器进行 分类。 3. 识别单色光的识别系统的精密放大器的模拟电路仿真及单通道A/D转换。 4. 识别全色光的识别系统的I-V变换设计及三通道数据采集显示的设计与仿真。 5. 自设计的利用电压比较器识别颜色的基本原理及相应仿真。 6. TCS230介绍及设计基于TCS230与51单片机的颜色识别系统与仿真。 第2章 颜色识别的原理及常识 2.1颜色识别的基本常识 1．可见光 一般来说，可见光波长在380—780nm之间，在光谱范围内，不同波长的辐射引起人的不同颜色感觉。大多硅光电二极管的光谱影响范围在300—1000nm之间,可以满足要求。 2．颜色的特性 1）色调（hue）以波长为基础，是区分不同颜色的特征属性。 2）饱和度（saturation） 反映颜色的纯度，任意一种颜色都可以看作某种光谱色与白色混合的结果，光谱色所占比例越大，颜色的饱和度越高。 3）亮度（lightness）是描述颜色亮暗的一种属性，是一种光强度的测量方法，与光的能量有关。 3．三基色原理：适当选取三种基色（红，绿，蓝），将它们按不同比例进行合成，就可以引起不同的颜色感觉，合成彩色光的亮度由三个基色的亮度之和决定，色度由三基色分量的比例决定，三基色彼此独立，任一种基色不能由其他两种颜色配出。国际照明委员会（CIE）推荐使用波长为700nm（红），546.1nm(绿)，435.8nm（蓝）。通常所看到的物体颜色，实际上是物体表面吸收了照射到它上面的白光（日光）中的一部分有色成分，而反射出的另一部分有色光在人眼中的反应。白色是由各种频率的可见光混合在一起构成的，也就是说白光中包含着各种颜色的色光（如红R、黄Y、绿G、青V、蓝B、紫P）。根据德国物理学家赫姆霍兹（Helinholtz）的三原色理论可知，各种颜色是由不同比例的三原色（红、绿、蓝）混合而成的。 4．Pixel 是由 Picture(图像) 和 Element(元素)这两个单词的字母所组成的，是用来计算数码影像的一种单位，也称为“像素”。 5．半导体的基本知识：根据物体导电能力(电阻率)的不同，划分为导体、绝缘体和半导体。 半导体的电阻率为10-3～109 W×cm。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。 半导体的特点：（1）导电能力不同于导体、绝缘体； （2）受外界光和热刺激时电导率发生很大变化——光敏元件、热敏元件； （3）掺进微量杂质，导电能力显著增加——半导体。 半导体二极管的伏安特性曲线 可近似为I=IseVD/VT 由此公式可设计对数电路。 图2.1 半导体二极管的伏安特性曲线 式中IS 为反向饱和电流，VD 为二极管两端的电压降，VT =kT/q 称为温度的电压当量，k为玻耳兹曼常数，q 为电子电荷量，T 为热力学温度。对于室温（相当T=300 K），则有VT=26