颜色混合机

颜色混合机

法文文,刘陶唐

牡丹江师范学院物理与电子工程学院 黑龙江牡丹江 157000

摘要

颜色作为丰富世界的基本视觉特征在日常生活中扮演着重要的角色.颜色不仅仅用于装饰,它经常被用作主要特征来向人们传递信息。然而人们对各种颜色的分辨能力存在着很大差异,市面上对颜色的选择有限，绘画时很难直接的像电脑的颜色显示一般反映各种物体的颜色,像克莱因蓝完全无法做到复制，同时人们长时间与颜色打交道,对色彩的需求量也变大，利用电脑端绘画，无法做出如同纸质的质感与状态。本项目基于51单片机设计的颜料混合机，可以根据TCS3200D颜色传感器，输入相应颜色格式，利用三原色合成原理，调配出需要的颜色。

一、项目研究现状与分析

传统式传感器一般容积很大、作用不健全，无法考虑便携式机器设备、智能穿戴设备等中下游主要用途持续升级的消费市场，造成主要用途受到限制。伴随着微电子技术加工工艺、微机械加工制造和超精密机械加工等智能制造技术性的发展及新型材料的运用，传感器中的一些规格已经从mm级踏入μm乃至纳米。伴随着科技进步的发展和人类社会的髙速发展，大家针对物质条件的需求已不符合于现况，这便规定传感器技术有更高层次的发展，并且传感器技术与通讯技术、电子信息技术合称当代信息技术产业的三大支撑，是当今科技进步发展的关键标示之一。世界各国都极其高度重视智能传感器生产制造产业链的发展，现阶段在国传感器市场容量维持持续增长，将来一定会有更高的发展。

二、总体设计

（一）设计原理

利用TCS3200D在RGB(Red. Yellow、 Blue/红、黄、蓝)色彩空间下对颜色分量进行测量,并将信号输入51单片机中进行数据处理。最后通过0Led屏幕显示。

（二）设计方案

其设计方案分为五个模块分别是: 电机模块、信号采集模块、信号控制模块、信号显示模块、电源模块。

电源模块给各模块提供电源，可以用干电池，也可用充电宝来提供，同时信号处理模块会检测其剩余电量;信号采集模块利用TCS3200D感器采集颜色RGB值，将TCS3200D和STM89C51单片机进行连接，信号外理模块主要由STM89C51单片机组成，在单片机上。信号显示模块采用LCD1602实时显示颜色格式，设置模式，以及Web端/ip地址，电源的剩余电量:无线传输模块要将LCD上的信号同步到手机，单片机发送通信指令到GPRS精块，GPRS模块接收到指令后，通过无线传输将信息传送到服务器，服务器再将信息传送到手机上所设计的网页，在手机上实时显示。

项目研究目标：

综合单片机开发，实现颜料的输入输出。

三、硬件电路设计

(一) 单片机最小系统电路设计

单片机最小系统使用的是STM89C51系列单片机作为信号外理电路的核心，它包括了电源、复位电路、时钟产生电路等，电源由+5直流提供。此重置电路由一个电阻器和一个电容器组成。开启后，对电容器进行充电，按动按钮，使系统重置，并使电容器从R1处释放，实现重置。

图一：复位电路

TCS3200D颜色采集横块由4 个白色的LED和64 个光电二极管组成。4 个LED灯作为照明光源,用来检测不发光的物体1。64个光电二极管中,16 个有红色滤波器,只能通过红色:16 个有绿色流波器,只通过绿色:16 个有蓝色波器,只能通过蓝色:剩下的16个没有滤光片的，可以把所有的光学信号都引诱出来。在晶片内部，这些光敏二极体可以将入射光线的不均匀程度降到最低，提高色彩辨识的准确性。另外，16个同样的额色的光敏二极管并联，在二极管阵列上均匀地分布，就可以消除色彩定位错误，增强其语音响应能力。

图二：TCS3200D颜色采集模块

四、软件设计

在系统开机之后，软件方面的工作就是对STM89C51、TCS3200D彩色感光元件、 OLCD等进行初值，并且必须先对TCS3200D的洪行白平衡进行调试，然后再进行色彩的检测。如果没有按下白平衡按钮，那么就会对是否存在颜色进行检测，如果存在，就会调用下面的程序，如果没有，就会返回，直到下一次的检测结束，比如，在里白平街按钮被按下的时候，就会启动白平得的子程序，进行色彩检测，并且将 RGB的数值显示在 0LCD的屏幕上，当检测结束，就会回到原来的位置。

图三：模式框图

图四：操作系统框图

五、测试结果分析

为了保证检测结果的准确性，在检测中必须尽量避免外部光照对检测结果的影响，因为检测结果和检测结果之间存在较大的偏差。此次测试主要对红色、粉色、蓝色、浅蓝、黄绿、黄色和白色这几种颜色进行了10次测试，并对这些颜色的数据进行了记录，最后得出了 RGB的平均值。

表1： 颜色传感器测试

通过对上述所测量数据的分析，并与实际 RGB值进行比较，最大绝对误差10，最小绝对误差0，最大相对误差5.8%，平均相对误差3.04%。由图7可知，TCS3200D彩色传感器在不同的时间下，其测量结果基本上是恒定的，这表明其识别速度快，测量精度高，稳定性好。

六、结语

本文采用软、硬件电路相结合的方法对颜色识别系统进行了设计，TCS3200D采集信息，通过单片机进行信息处理，电机驱动模块来实现颜色的调配。该系统采用的所有元器件的工作电压均在12V以内，功耗低且供电方式可多样，可用干电池、锂电池、太阳能电池、充电宝等供电。

本文得到黑龙江省大学生创新训练项目（S202210233039）的资助。

参考文献：

[1]宁秋月,孟萧振,裴若男,姜宁,谢印庆.基于AT89S52的颜色识别系统[J].电子世界,2021,(03):190-191.

[2] 高吉祥 . 模拟电子线路与电源设计 [M]. 北京 : 电子工业出版社 ,2019