基于TCS3200颜色识别的自动分拣系统解读Word文档下载推荐.docx
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基于TCS3200颜色识别的自动分拣系统解读Word文档下载推荐.docx
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(四)、液晶显示16028
1.简介9
2.管脚功能9
3.操作控制9
4.实物10
(五)、语音播报WT588D10
1.功能概述10
2.引脚分布及实物11
(六)、霍尔开关传感器11
1.原理11
2.电磁特性12
3.产品特点及应用13
4.实物13
(七)、红外线13
1.工作原理13
2.主要应用及实物13
(八)、其它14
三、系统软件示意14
1.系统示意图14
2.软件流程图15
3.算法流程图15
4.编程软件16
5.原理图及PCB16
6.核心原理17
四、实验结论17
五、致谢18
六、附录18
参考文献22
基于TCS3200颜色识别的自动分拣系统
(电子信息工程专业091梁启涛)
摘要:
本系统主要是利用自然界的三基色原理,利用颜色传感器采集小球的RGB,从而利用步进电机的角度旋转对物体进行自动分拣。
是以STC89C52为主处理器,以TCS3200作为颜色传感器,以WT588D-16为语音播报模块,用1602液晶显示器来显示小球的RGB给人以视觉上的辨别,以及霍尔传感器监测步进电机回位与红外线检测是否有小球组成的系统是将电流信号先转换为脉冲频率信号,在转换为数字信号的系统。
在人眼的视察能力的基础上,步进能满足工业中精确测量和控制颜色的需要,而且快捷方便,能够准确的获得物体的颜色信息。
在工业颜色检测上,拥有广泛的前景。
关键词:
颜色传感器TCS3200;
RGB;
STC89C52;
步进电机;
脉冲频率信号
一、前言
世界上任何物体的颜色都是自然界的三基色红绿蓝按照不同比例构成的,也就是RGB不同造成的。
而在这些颜色中,许多颜色看上去相近,而人眼的直觉又无法识别就很容易造成失误,而且人眼如果长期跟颜色打交道,很容易伤害眼睛,这就需要一套装置设备来代替人工劳动,同时也减小人工操作的失误。
根据我们的调查,颜色识别自动分拣在各行各业都有应用:
如工厂利用此系统对货物进行划分,药品厂对不同颜色的药品进行归类,生物上利用它对细胞进行检测,生活上利用它检测番茄的成熟度等。
这些应用说明此系统有市场前景,所以我们来研究颜色识别自动分拣系统是很有必要的,从而更进一步挖掘它更深层次的应用,市场前景将更为可观。
二、系统硬件结构
(一)、步进电机
1.定义
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角。
这一线性关系的存在,加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。
使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。
2.特点
(1)一般步进电机的精度为步进角的3%--5%,且不累积。
(2)步进电机外表允许的最高温度。
(3)步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁,从而导致力矩下降乃于失步,因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点;
一般来讲,磁性材料的退磁点都在130C以上,有的甚至高达200C以上,所以步进电机外表温度80C-90C完全正常。
(4)步进电机的力矩会随转速的升高而下降。
(5)当步进电机转动时,电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势;
频率越高,反向电动势越大。
在它的作用下,电机随频率(或速度)的增大而相电流减小,从而导致力矩下降。
(6)步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。
介绍步进电机的一个技术参数:
空载启动频率,即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率,如果脉冲频率高于该值,电机不能正常启动,可能发生丢步或堵转。
在有负载的情况下,启动频率应更低。
如果要使电机达到高速转动,脉冲频率应该有加速过程,即启动频率较低,然后按一定加速度升到所希望的高频(电机转速从低速升到高速)。
(7)步进电动机以其显著的特点,在数字化制造时代发挥着重大的用途。
伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高,步进电机将会在更多的领域得到应用。
3.原理
步进电机是机电控制中一种常用的执行机构,它的用途是将电脉冲转化为角位移,它的的驱动电路根据控制信号工作,控制信号由单片机产生。
当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度,控制换相顺序,即通电控制脉冲必须严格按照一定顺序分别控制各相的通断。
通过控制脉冲个数即可以控制角位移量,从而达到准确定位的目的。
控制步进电机的转向,即给定工作方式正序换相通电,步进电机正转,若按反序通电换相,则电机就反转。
控制步进电机的速度,即给步进电机发一个控制脉冲,它就转一步,再发一个脉冲,它会再转一步,两个脉冲的间隔越短,步进电机就转得越快。
同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。
4.实物
(二)、颜色传感器TCS3200
1.结构框图
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。
图1TCS230的引脚和功能框图表1S0、S1及S2、S3的组合选项
下面简要介绍TCS230芯片各个引脚的功能及它的一些组合选项。
S0、S1用于选择输出比例因子或电源关断模式;
S2、S3用于选择滤波器的类型;
OE是频率输出使能引脚,可以控制输出的状态,当有多个芯片引脚共用微处理器的输入引脚时,也可以作为片选信号;
OUT是频率输出引脚,GND是芯片的接地引脚,VCC为芯片提供工作电压。
表1是S0、S1及S2、S3的可用组合。
2.原理
由上面的介绍可知,这种可编程的彩色光到频率转换器适合于色度计测量应用领域,如彩色打印、医疗诊断、计算机彩色监视器校准以及油漆、纺织品、化妆品和印刷材料的过程控制和色彩配合。
下面以TCS230在液体颜色识别中的应用为例,介绍它的具体使用。
首先了解一些光与颜色的知识。
(1)三原色的感应原理
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。
(2)TCS3200识别颜色的原理
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。
(3)白平衡和颜色识别原理
白平衡就是告诉系统什么是白色。
从理论上讲,白色是由等量的红色、绿色和蓝色混合而成的;
但实际上,白色中的三原色并不完全相等,并且对于TCS230的光传感器来说,它对这三种基本色的敏感性是不相同的,导致TCS230的RGB输出并不相等,因此在测试前必须进行白平衡调整,使得TCS230对所检测的“白色”中的三原色是相等的。
进行白平衡调整是为后续的颜色识别作准备。
在本装置中,白平衡调整的具体步骤和方法如下:
将空的试管放置在传感器的上方,试管的上方放置一个白色的光源,使入射光能够穿过试管照射到TCS230上;
根据前面所介绍的方法,依次选通红色、绿色和蓝色滤波器,分别测得红色、绿色和蓝色的值,然后就可计算出需要的3个调整参数。
当用TCS230识别颜色时,就用这3个参数对所测颜色的R、G和B进行调整。
这里有两种方法来计算调整参数:
①依次选通三种颜色的滤波器,然后对TCS230的输出脉冲依次进行计数。
当计数到255时停止计数,分别计算每个通道所用的时间。
这些时间对应于实际测试时TCS230每种滤波器所采用的时间基准,在这段时间内所测得的脉冲数就是所对应的R、G和B的值。
②设置定时器为一固定时间(例如10ms),然后选通三种颜色的滤波器,计算这段时间内TCS230的输出脉冲数,计算出一个比例因子,通过这个比例因子可以把这些脉冲数变为255。
在实际测试时,使用同样的时间进行计数,把测得的脉冲数再乘以求得的比例因子,然后就可以得到所对应的R、G和B的值。
3.应用中需要注意的问题
(1)颜色识别时要避免外界光线的干扰,否则会影响颜色识别的结果。
最好把传感器、光源等放置在一个密闭、无反射的箱子中进行测试。
(2)对光源没有特殊的要求,但是光源发出的光要尽量集中,否则会造成传感器之间的相互干扰。
(3)当第1次使用TCS230时,或TCS230识别模块重启、更换光源等情况时,都需要进行白平衡调整。
4.引脚功能
TCS3200的引脚排列如图2所示,各管脚的功能描述见表1所列。
表1TCS230管脚功能
引脚号
符号
类型
功能说明
1
S0
I
输出频率分频系数选择输入端
2
S1
3
OE
输入频率使能端。
低电平有效
4
GND
电源地
5
VDD
电影电压
6
OUT
O
输出频率(fo)
7
S2
光电二极管类型选择输入端
8
S3
(三)、单片机STC89C52
1.功能概述
AT89C52提供以下标准功能:
4K字节FLASH闪速存储器,128字节内部RAM,32个I/O口线,两个16位定时/计数器,一个向量两级中断结构,一个全双工串行通讯口,内置一个精密比较器,片内振荡器及时钟电路,同时AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的工作模式,空闲方式停止CPU的工作,但允许RAM,定时计数器,串行通信及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的内容,但振荡器停止工作,并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
2.引脚功能及其分布图
VCC:
电源电压;
GND:
地;
P0口:
P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口,也即地址/数据总线复用口。
作为输出口用时,每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路,对端口写1可作为高阻抗输入端用。
在访问外部数据存储器或程序存储器时,这组口线分时转换地址(低8位)和数据总线复用,在访问期间激活内部上拉电阻。
在FLASH编程时,P0口接受指令字节,而在程序效验时,输出指令字节,效验时,要求外接上拉电阻。
P1口:
P1口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。
对端口写1,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。
作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉底时会输出一个电流。
FLASH编程和程序效验期
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