颜色传感器TCS230在单片机平台上的应用实现

孔宪青

（威海职业学院，山东威海 264200）

颜色检测和调色日益受到广泛重视。比较传统的依据经验的调色和检色方法，现代新型传感器可以把颜色转变为数值量输出，直接给上位机进行数值处理，具有多种优势。而TCS230/3200传感器就是这些器件中比较典型的。本文就给出通过TCS230检色在单片机AT89S52平台上具体的实现方法。

1 TCS230芯片简介

TCS230是TAOS公司最新推出的带数字兼容接口的RGB彩色光/频率转换器。该芯片外形见图1左的中间部分，芯片大小为6x6mm的八个脚的芯片。其八个引脚排列见图1右上所示。其原理是通过外部的S2和S3引脚选通阵列中分布排列的红绿蓝三种硅光电二极管阵列中的一种。当相应的光投射进来时，通过透光部分照射到的某种光电二极管阵列，就会有转换的频率输出。外部投射的相应光的强度与频率的输出数量呈线性关系。

图1 TCS230模块及管脚图

TCS230的引脚OUT端输出转换后的频率脉冲，范围为2～500 kHz，用户可通过两个可编程引脚 S0、S1来选择100%、20%或2%的输出比例因子，输出频率的改变以适用不同的外设器件，其选择方法见表1所示。OUT输出为TTL电平，可直接与微处理器或其他逻辑电路连接。输出使能端OE可将输出置于高阻状态。从而使多个器件共享一条微处理器输入线。

2 TCS230与单片机AT89S52的连接

通常使用时，尽量在TCS230旁边加4～6个白光LED，这样在检测时候可以使入射光变强，增大相应光的频率输出。图1中，厂商的TCS230已经在器件周围加了四个白光LED。

TCS230与AT89S52连接时，管脚S0、S1选择输出100%频率，OUT管脚链接AT89S52的计数端T1，计数端最高接收500kHz的信号，因此S0、S1管脚和电源的+5V端相连即可。如果只需要一个TCS230器件，那么OE端可直接与GND相连。因此测量一组颜色信息时，TCS230和AT89S52只需要连接三个管脚OUT、S2和S3，如图2。

图2 TCS230与AT89S52连接图

表1 S0、S1和 S2、S3 的组合

3 程序设计和注意事项

程序设计的目标是通过TCS230得到检测色中的红、绿、蓝三基色的组成比例。思路是白平衡基准后，根据白平衡得到的时间再测待测颜色的三基色的频率数。白平衡的原因是，TCS230接收三基色光的灵敏度不同，而且白光中三基色不均衡。简单的白平衡方法如下:在带有白光 LED的TCS230前面放一个白板，距离根据实际测量的颜色的距离而定。通过单片机连接S2、S3端口，依次选通红色、绿色和蓝色滤波器。选通某滤波器后，打开单片机外部计数端T1，分别测得白光下的某色固定的频率值，例如200，在计量频率数的同时，打开AT89S52的定时器。经过三次测量，就得到三个不同的定时器值，这三个时间值就是实际测量时的时间基准，注意这三个时间基准是不相同的。

实际测量时，依次通过S2、S3，再依次选通三色滤波器。TCS230的OUT仍然输出AT89S52的相应的频率数，但测量时间是之前白平衡时保存的三个时间基准。在三个不同的时间下测量，如果还是同样的白光，测量得到的三个值还是200，如果待测颜色是不平衡三基色，那么返回的频率值也会不同（见图3）。即R、G和B三个频率值发生偏差，再根据HSV模型的算法，就可得到颜色种类。

图3 通过AT89S52测量RGB三个值的NS流程图

4 颜色算法

通过单片机的定时和计数器，得到三基色在某一白平衡下的实际测量的三个返回值，分别是R、G和B的值。三个数无法判断所测是哪种某种颜色，需要引入HSV六棱锥颜色模型（见图4），这个模型把三个值转换为一个值来进行颜色判断。图中的H参数表示色彩信息，即所处的光谱颜色的位置。该参数用一角度量来表示，红、绿、蓝分别相隔120度。纯度S为一比例值，范围从0到1，它表示成所选颜色的纯度和该颜色最大的纯度之间的比率。S=0时，即为白光，只有灰度。

通过这个模型可以看出，通过RGB计算出S值，可以判断颜色的均衡值，这个均衡值的大小根据实际而定，可进一步判断灰度。如果判断为不均衡，就把RGB转换角度。通过图4可以看出，红绿蓝分别间隔120度，在他们的混合区段分别是黄青紫。下面就是依据此模型生成的可直接调用的判读六种颜色的KeilC51函数。

图4 HSV六棱锥颜色模型

以上颜色判断只有三种基本色和三种混合色。可先用鲁大师屏幕坏点检测工具点亮LCD显示屏幕来确定标准色的角度范围，再根据实际测量颜色的环境来调整单色的范围。如果要检测更多的颜色，需要调整范围同时提高传感器的抗干扰性都是必要的。

5 注意事项和结束语

TCS230检测颜色时要注意干扰，尽量将传感器和待检颜色密闭。有些TCS230传感器上不带白光LED，建议在传感器周围加一圈，以提高可靠性和抗扰能力。白平衡是检测颜色前必须的，当改变环境时要重新进行。在AT89S52上驱动TCS230时，需要两个定时器，而且还有中断，因此建议用AT89S2052专门驱动TCS230。

本文从TCS230硬件出发，介绍了颜色处理的相关知识，其中要点是HSV数学模型把三维数据处理成一维进行判断，为类似的数据处理提供了参考。

［1］张松灿，肖本贤.高分辨率颜色传感器TCS230的原理和应用［J］.单片机与嵌入式系统应用，2005，3:44-46.