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目 录

1. 前言 6

1.1. 颜色识别概述 6

1.2. 国内外发展现状 6

1.3. 发展趋势 6

2. 方案论证 7

2.1. 采用TCS230颜色传感器进行设计 7

2.2. 采用OV7670摄像头图像传感器 7

2.3. 采用计算机图像处理技术进行设计 8

3. 总体方案设计 8

3.1. STM32F407ZGT6单片机最小系统 8

3.1.1. STM32F4系列单片机概述 8

3.1.2. 系统硬件电路 8

3.2. 颜色传感器模块电路设计 10

3.2.1. TCS230颜色传感器概述 10

3.2.2. 颜色传感器识别原理及识别电路 11

3.3. 蓝牙输入模块电路设计 12

3.3.1. DX-BT05 4.0蓝牙模块概述 12

3.3.2. 蓝牙模块硬件电路设计 13

3.4. TFT液晶显示模块电路设计 14

3.4.1. ILI9225液晶显示屏概述 14

3.4.2. 液晶模块硬件电路设计 15

3.5. 色光调制模块电路设计 15

4. 系统软件方案设计 16

4.1. 软件开发平台概述 16

4.2. 系统主程序方案设计 16

4.3. 颜色识别模块子程序设计 18

4.4. 蓝牙模块子程序设计 19

4.5. 色光调制模块子程序设计 20

4.6. TFT液晶显示模块子程序设计 21

5. 系统测试 22

5.1. 实物效果图 22

5.2. 系统的操作演示 22

6. 总结与展望 25

参考文献 25

致谢 27

一种颜色比例分析与调制系统

范宝天

,China

Abstract: This system is based on the principle of color detection and the basic theory of colorimetry. It designs an electronic system with a color recognition function and can modulate the corresponding color light according to the input ratio of the three primary colors. This text mainly designs the color recognition system based on STM32F407ZGT6 one-chip computer, and adopt this one-chip computer as the main control module of this system, the color sensor TCS230 regards as the color identification module, at the same time will test the result of analyzing the proportion to display on TFT liquid crystal screen. The external mobile phone Bluetooth module enters the RGB value and drives three specific light sources of red, green, and blue to modulate the corresponding color light.The cost of this system is low, it does not need to deal with a very large amount of data, and it is easy to control and implement, and it can meet the accuracy needs of simple life production.

Keywords: Color analysis, STM32F407ZGT6, color sensor TCS230, modulated color light

前言

颜色识别概述

目前，许多工农业生产的发展实现了自动化、智能化和快速化，主要得益于现代科技的进步与发展，在科学技术落后的情况下总是由人来担任颜色识别的主体，对物体的颜色进行辨别是人类的本能反应^[1]。可因为人主观因素和外部客观因素的影响，就带来了效率低、出错率高、可靠性差等问题^[2]。与此同时，在一些需要特定的灯光或颜色效果的场景下，如果不同的颜色都具有各自的发光源，那么发光源的数量巨大，成本较高，利用三原色的调制将有效地解决这一问题。为此，颜色识别与调制技术应运而生。例如，通过检测高温物体的颜色测量其温度、检测蔬菜瓜果的成色判断其是否成熟、分析纸币的颜色对不同面额的纸币进行分拣颜色、智能机器人采用颜色检测装置在避障中的应用等^[3]。应用颜色识别技术可以有效地提高生产效率、提升生活质量。

国内外发展现状

如今，颜色传感器件主要是由TAOS公司推出的TSL系列和TCS系列传感器，而起初，最初的感测颜色的器件是具有颜色滤波器的分立式光电型二极管，它将红绿蓝三种颜色的滤波器放于光电二极管的上表面^[4]，跨阻抗放大器将二极管的输出反馈到模数转换器中，随后与微型控制器或其他DSP相连接传输数据。可是，二极管的硅片对蓝光有较差的灵敏度，需要采用多个蓝色滤波器进行修正。其中集成光–电压转换的TSL系列颜色传感器，是将光转换为电压值，即颜色传感器将所感应到的光强转换为输出电压值，且外部光照强度与输出电压值成正比，该系列器件的优点在于能够在外接电压测量器件的情况下，明显而又直观地检测出色光中三种颜色的RGB值。但是，随着单片机系统的进步与发展，单片机引脚所能检测到的最高电压值越来越小，即单片机引脚所能承受的电压值减小，而当光强逐渐增大时，TSL系列颜色传感器输出的电压势必会超过单片机所能承受的最高电压值，甚至会烧毁器件。鉴于单片机等微处理器件的电气特征和发展趋势，随后TAOS公司又推出了TCS系列的颜色传感器，该系列颜色传感器是一种集成光–频率转换器件。即传感器所接收到的光照强度与其输出的脉冲频率成正比，且输出电压的有效值小于引脚最大阈值，适应于单片机系统直接相连。

德国MAZET公司推出的MTCSiCS颜色传感器，不仅能够实现色彩的识别与检测，还具有高精度的三原色测量，是对光源系统测量的较好的解决方案。而且，在外部温度环境变化的情况下，该传感器的测量精度基本不会受到影响。同时，色标传感器ELTROTEC也可以感知色彩的差异，并且具有良好的抗干扰能力、响应速度快、灵敏度高^[5]。

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