??? 摘 要： 介紹了一種基于C8051F300單片機(jī)和TCS230的智能高速雙路" title="雙路">雙路傳感器" title="顏色傳感器">顏色傳感器, 討論了它的工作原理" title="工作原理">工作原理, 并給出了系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案,、硬件結(jié)構(gòu)和測(cè)試程序" title="測(cè)試程序">測(cè)試程序,。
??? 關(guān)鍵詞： C8051F300? TCS230? 顏色傳感器
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??? 隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)向高速化,、自動(dòng)化方向的發(fā)展,，生產(chǎn)過(guò)程中長(zhǎng)期以來(lái)由人眼起主導(dǎo)作用的顏色識(shí)別工作將越來(lái)越多地被相應(yīng)的顏色傳感器所替代,。目前的顏色傳感器通常是在獨(dú)立的光電二極管上覆蓋經(jīng)過(guò)修正的紅,、綠,、藍(lán)濾光片,，然后對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理,，才能將顏色信號(hào)識(shí)別出來(lái),，但是輸出的是模擬信號(hào)，需要一個(gè)A/D電路進(jìn)行采樣，再對(duì)信號(hào)進(jìn)一步處理才能進(jìn)行識(shí)別,，增加了電路的復(fù)雜性,，并且存在較大的識(shí)別誤差，影響了識(shí)別的效果,。
??? 本文介紹的基于TCS230的新型顏色傳感器比傳統(tǒng)的顏色傳感器具有優(yōu)良的新特性,，主要應(yīng)用于線(xiàn)、邊,、圖案的印刷糾偏系統(tǒng)中,，實(shí)現(xiàn)顏色的識(shí)別與檢測(cè)。主要特色是采用雙路傳感器,不但可以知道存在圖像的偏移,，而且能辨別偏移的方向,。另外，TCS230的反應(yīng)速度快,，達(dá)到10μs,，為實(shí)現(xiàn)快速的糾偏控制提供了保障。同時(shí)可用軟件設(shè)置來(lái)改變對(duì)顏色的選擇,，非常實(shí)用方便,，輸出可以為二路數(shù)字信號(hào)，有較強(qiáng)的抗干擾能力,。
1 顏色傳感器的工作原理
??? 系統(tǒng)的基本工作原理為控制單片機(jī)來(lái)向傳感器發(fā)送指令,，并讀取傳感器所接收的信息，然后經(jīng)過(guò)計(jì)算,，將結(jié)果送至LED燈或進(jìn)行脈寬調(diào)制" title="脈寬調(diào)制">脈寬調(diào)制輸出,。圖1是系統(tǒng)的光路圖。從圖上可以看到,，從高亮度的LED等光源發(fā)出的光,，通過(guò)凸透鏡1直線(xiàn)傳播至凸透鏡2，其中還經(jīng)過(guò)一塊半透鏡,，在凸透鏡2處聚焦至物體,，即產(chǎn)生圖像，以上即為光直線(xiàn)傳播的過(guò)程,。當(dāng)光照射至物體之后,，從物體上會(huì)產(chǎn)生反射光，經(jīng)過(guò)凸透鏡2聚焦至半透鏡,，由于使用的是半透鏡,，因而光無(wú)法直線(xiàn)穿透，只能反射至凸透鏡3,，此時(shí)從凸透鏡3傳出的光就是送到顏色傳感器的信號(hào),。
??? 傳感器接收到了光的信號(hào),，輸出頻率會(huì)隨之發(fā)生變化，控制單片機(jī)對(duì)頻率進(jìn)行采集,，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐袛嗉坝?jì)算,，就可以由單片機(jī)輸出了。
??? 由于傳感器本身的特性,，在單一芯片上集成有64個(gè)光電二極管,，這些二極管共分為四種類(lèi)型，分別是紅色,、綠色,、藍(lán)色和白色濾波器，這樣只要在軟件設(shè)計(jì)之中進(jìn)行選擇,，就可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)于各種色彩的檢測(cè),，對(duì)于高速印刷以及有關(guān)的產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)這點(diǎn)是非常簡(jiǎn)單而且實(shí)際的，并且對(duì)于產(chǎn)品的擴(kuò)展和改進(jìn)也是十分方便的,，只需在軟件之中進(jìn)行調(diào)整即可,。
2 基于C8051F300和TCS230的實(shí)現(xiàn)方案
??? C8051F300器件是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)的MCU芯片，C8051F300器件使用Silicon Labs的專(zhuān)利CIP-51微控制器內(nèi)核,。它具有高速,、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口、11通道ADC,、帶PGA和模擬多路器,、在系統(tǒng)編程的FLASH存儲(chǔ)器、3個(gè)通用的16位定時(shí)器,、3個(gè)可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列等特性,。
??? TCS230是Taos公司最新推出的業(yè)界首款帶數(shù)字兼容接口的RGB彩色光到頻率轉(zhuǎn)換器。它內(nèi)部集成了可配置的硅光電二極管陣列和一個(gè)電流到頻率轉(zhuǎn)換器,，TCS230的輸出信號(hào)是數(shù)字量,，可以驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的TTL或CMOS邏輯輸入，因此可直接與微處理器或其他邏輯電路相連接,。由于輸出的是數(shù)字量,，并且能夠?qū)崿F(xiàn)每個(gè)彩色信道10位以上的轉(zhuǎn)換精度，因而不再需要A/D轉(zhuǎn)換電路,，使電路更簡(jiǎn)單,。
??? 本文采用高速CPU即C8051F300和傳感器TCS230共同組合構(gòu)成顏色傳感器，它集合了這2個(gè)器件的特點(diǎn),，完成了以下的功能：
??? (1) TCS230能夠根據(jù)不同的光照，產(chǎn)生不同的頻率輸出,；
??? (2) 高速CPU可以讀取與傳感器相連的端口,，讀取傳感器輸出的頻率，并暫放在相關(guān)寄存器之中；
??? (3) 當(dāng)單片機(jī)接收到頻率信號(hào)后,，根據(jù)采樣點(diǎn)時(shí)間的設(shè)定能夠判斷高低電平,，此時(shí)可將單片機(jī)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)傳送至LED燈來(lái)顯示，由此可以看出光的變換情況,；
??? ?(4) 當(dāng)單片機(jī)將輸出送到LED燈顯示的同時(shí)以PWM脈寬調(diào)制的方式輸出信號(hào),，用于后續(xù)的糾偏控制。
3 顏色傳感器的硬件部分設(shè)計(jì)
3.1 C8051F300與TCS230的連接設(shè)計(jì)
??? 本傳感器設(shè)計(jì)的核心部分就是單片機(jī)與TCS230的連接,，如圖2所示,。
??? 將TCS230的S0以及S1兩個(gè)引腳全部與電源相連，這樣連接將會(huì)使顏色傳感器輸出占空比約為50%,、頻率值為100%的方波,，這樣給最終調(diào)試時(shí)帶來(lái)方便，在不同的設(shè)計(jì)要求時(shí),，只需簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)接線(xiàn)就可以實(shí)現(xiàn)不同的功能,。TCS230的S2和S3這兩個(gè)引腳作為光電二極管的類(lèi)型選擇的引腳，現(xiàn)在與C8051F300單片機(jī)P0.0與P0.1相連,，單片機(jī)就是通過(guò)這兩個(gè)引腳來(lái)對(duì)傳感器進(jìn)行選擇控制,，而對(duì)傳感信號(hào)的接收則通過(guò)P0.4和P0.5與TCS230的兩個(gè)OUT引腳的連接來(lái)實(shí)現(xiàn)。
??? 設(shè)計(jì)中采用2個(gè)Taos公司的傳感器TCS230,，可用于移動(dòng)圖像的檢測(cè),。之所以采用2個(gè)傳感器作為設(shè)計(jì)之中的檢測(cè)元件，其主要原因就是單個(gè)傳感器只能判斷圖像發(fā)生偏移,，但不知偏移的方向,。當(dāng)采用了2個(gè)傳感器作為檢測(cè)元件，那么不僅可以知道存在偏移,，更可以檢測(cè)出偏移的方向,，這即為本設(shè)計(jì)相對(duì)于當(dāng)今市場(chǎng)上相關(guān)產(chǎn)品的改進(jìn)之處。
3.2 C8051F300輸出設(shè)計(jì)
??? 本文設(shè)計(jì)了單片機(jī)的兩種輸出,，第一種即用LED燈顯示光的情況,。第二種輸出脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)，PWM的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的,，無(wú)需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換,。對(duì)噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是PWM相對(duì)于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，讓信號(hào)保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小,。噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時(shí),，才能對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生影響。 具體輸出電路圖如圖3所示,。
4 測(cè)試程序
??? 測(cè)試程序流程如圖4所示,。系統(tǒng)初始化負(fù)責(zé)設(shè)置F300的各個(gè)工作寄存器,、設(shè)置晶振和工作參數(shù)等等。初始化完成后,，如需要顏色識(shí)別,，就進(jìn)行具體顏色的選擇，讀取信號(hào),，以及調(diào)理輸出,，完成顏色的識(shí)別。
??? 本文討論了顏色傳感器設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù),。目前該顏色傳感器已被應(yīng)用于實(shí)際的印刷系統(tǒng)中,，經(jīng)過(guò)了運(yùn)行檢驗(yàn)，具有識(shí)別效果好,、速度快,、成本低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn),，具有廣泛的應(yīng)用前景,。
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