论文总字数：17784字

目 录

摘要

Abstract:

1绪论

1.1 研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本论文设计主要内容

2系统方案及原理

2.1 系统的结构框图

2.2 微控制芯片的选择与论证

2.3 显示模块的选择与论证

2.4 颜色感应方案选择与论证

2.5 颜色合成的方案选择与论证

3硬件设计

3.1 整体电路设计图

3.2 MSP430嵌入式系统电路

3.2.2 MSP430的最小系统电路设计

3.3 TCS230颜色识别传感器电路

3.4液晶显示接口电路

3.5 PWM波调色的电路

3.5.1 概述

3.5.2 PWM波调色原理

3.5.3 PWM波调色电路图

4系统软件设计

4.1 软件开发环境简介

4.2 主流程图

4.3颜色识别程序流程

4.4 颜色合成部分程序流程图

5 系统调试与检测

5.1 硬件的焊接

5.2 整体调试检测

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附录一：电路原理图

基于MSP430单片机颜色识别与合成系统

秦晨

, China

Abstract: In order to meet the needs of modern information technology, automatic color recognition and generation system, the design of this project is mainly composed of MSP430 microcontroller, color recognition sensor, PWM wave generator circuit, RGB. By MSP430 microcontroller as the core, tcs230 color recognition sensor is mainly responsible for the collection object color information, and transform the data into the output frequency signal to the microcontroller, LCD real-time display of the relative values of the three primary colors. This design in addition to the recognition of color, also has the function of the synthesis of color, button circuit to collect the value of user input can display a variety of colors. Color recognition and color of the application of a wide range of applications, the design of simple structure, powerful, user-friendly interface.

Keywords: Color recognition; MSP430; TCS230; PWM

1绪论

1.1 研究的目的和意义

颜色是自然界最普遍的物理量，将颜色作为信息的载体是未来通许技术发展的一大方向。随着光电子技术的发展，颜色识别技术突飞猛进，各种高分辨率摄像头被制造出来。然而摄像头成本较高，数据量大导致处理难度大，在一些简单的颜色识别技术应用场合，低成本的颜色识别方案得到了很好的应用。在假币识别上，颜色识别传感器被安装到验钞机内部，通过检测特殊光颜色信号识别钞票真伪，其优点是既可以识别可见光颜色又可以识别一些特殊荧光物质的颜色。在需要分类管理的应用上，颜色识别也得到了很好的应用。图书馆自动分类系统的分类机械手臂即采用颜色识别传感器分辨书的类别。首先将一类数目的书脊处贴上一片同样颜色的彩色纸片，颜色识别传感器识别后判定书的类别，机械手臂控制放在合适位置^[1]。以前的饮料生产线生产产品单一，一条生产线只能生产同一种饮料，加入颜色识别传感器的生产线可以在每一个生产环节识别当前加工产品的类别，采用特定的配料，节省了生产线的投入从而大大节省了成本。

科技的每一次突破大都是通讯技术的突破。光纤通讯大大提高了通讯的速率，然而光纤通许是通过光开闭来传输数字量。如果采用色光传输，每种色光代表一个数据码，以前传输一个字节数据的时间现在就可以传输八个数据码，每个数据码的数据位数根据颜色识别传感器和色光产生传感器的精度而定，精度越高传输数据量越大。这种色光光纤传输技术速率将是传统光纤传输速率的几十倍。

1.2 国内外研究现状

目前,基于各种原理的颜色识别传感器有两种基本类型: 其一是RGB(红绿蓝) 颜色传感器, 检测的是三刺激值; 其二是色差传感器,检测被测物体与标准颜色的色差。这类装置许多是漫反射型、光束型和光纤型的, 封装在各种金属和聚碳酸酯外壳中^[5]。

四川火狐公司推出的MCS颜色传感器是最小的三原色传感器，由三个Si-PIN光电管以及在片滤波器集成在一起的，每个光电管都各自有三种颜色之一的滤波器。它具备小尺寸设 计，高质量滤波器和三种颜色同步记录的特点。三个不同区域的颜色识别响应，类似于人眼。每个光电管对相应光谱滤波器的颜色光最敏感，主要是红色，绿色，蓝色。对高动态工业颜色应用（允许信号频率到 MHz范围），新的紧凑型颜色传感器是首选，适合低价格快速信号处理。这种光电管的环型排列，适合辅助光纤测量信号的耦合。这些传感器提供TO5和 SOP8透明塑料或者玻璃封装。广州创光电子有限公司的PDIC903B颜色传感器主要用来检测环境亮度水平，并通过提供高度线性的成比例输出，来调节显示屏幕或键盘的背光。可帮助便携式显示设备降低功耗，延长LCD屏幕的使用寿命。这些经济型传感器可以根据制造商预先设定的模式来控制便携式LCD显示器的背光。尺寸（宽x长x高）5.0x 5.0 x 1.0mm 受光面积：4.0x4.0mm 波长范围:390-700nm 峰值波长:620nm\550nm\470nm(三色)工作电压：2.3-5V 灵敏度范围：3 lx-80k lx 精确度：输入电流500mμA时对数曲线上下偏差3% 可提供样品。广泛应用于：移动设备 PDA、移动电话、笔记本电脑和数码相机的键盘和显示屏背光控制。

德国ELTROTEC色标传感器可以检测出颜色的差异，ELTROTEC色标检测器具有灵敏度高、响应速度快、抗背景干扰能力强^[13]。即使颜色上的细微差异或高光泽目标物也能够被ELTROTEC检测到，产品被广泛的运用于包装机械和印刷机械，造纸机械等自控系统中^[10]。

ELTROTEC色标检测器适用于必须快速和准确检测色标或其他用颜色对比作记号的场合。在30多种不同的灰度等级中，色标检测器可检测所有类型的色标标记，可给不同的用户界面提供多种对比度检测技术，以满足广泛的应用领域，是业界最佳的色彩辨识仪器。

1.3 本论文设计主要内容

通过对颜色识别和色光产生应用背景的介绍，本课题将给出了一种主要基于MSP430单片机的颜色识别与色光合成系统的设计方案。本设计是包括了一个完成嵌入式系统的多数部分，涵盖了处器单元、颜色识别模块、色光产生模块、电源模块、液晶显示模块^[16]。具体为MSP430F149最小系统电路、TCS230颜色识别模块、RGB三色LED色光合成模块、LCD1602液晶电路、键盘模块。

本设计可实现功能如下：

⑴ 白平衡色光校验。

⑵ 颜色识别，显示RGB分量值到LCD。

⑶ 根据设定的颜色产生相应的光。

为完成以上功能，系统设计需要包括以下硬件及软件设计任务：

⑴ 设计MSP430单片机最小系统电路。

⑵ 设计颜色识别传感器电路。

⑶ 设计色光产生电路。

⑷ 设计LCD1602液晶电路。

⑸ 设计电源电路。

⑹ 设计颜色识别传感器TCS230驱动程序。

⑺ 设计色光产生程序。

⑻ 设计液晶显示驱动程序。

2系统方案及原理

2.1 系统的结构框图

本课题研究是采用MSP430单片机为核心的颜色识别与三原色产生系统的设计，本系统主要由TCS230模块、三原色RGBLED灯、显示设备、按键输入等电子器件组成；颜色识别传感器为系统的输入设备（由三原色滤镜及光感应器组成），负责颜色信号的采集，单片机为整个系统的核心部分，主要负责各个系统的协调工作和数据的处理，三原色合成颜色主要是由三路PWM波驱动RGB三原色LED灯合成所需要的颜色^[18]。系统总体框架图如图2-1所示：

图2-1、系统的总体结构框图

2.2 微控制芯片的选择与论证

方案一：以往通常会选51单片机作为微控制器，其具有众所周知的优点，首先其制作的成本低；其次，出现较早，具有着久远的历史，因此，大量有价值的资料可供我们参考，而且资料查找的途径也非常多^[5]。51单片机从出现以来，始终受到市场的喜爱和关注，后来由此衍生很多系列产品，从而可以从侧面看出51单片机具有很高的性价比。但是该单片机亦有一些不足，构造比较陈旧过时，配置不够高端。另外，通常使用的51单片机的IO口数量不是很丰富，是不可以应用于大型的项目中^[2]。不能够满足对全系统技术需求的情况限制了该单片机的使用范围^[2] 。

方案二：与51单片机对比， 显而易见MSP430单片机具有高性能与低功耗的优点。首先，十六位的数据处理能力是51单片机不止两倍的关系，很大程度上提升了单片机的性能，内部哈佛总线构造使代码执行的速度提升到很高的档次^[1]。其次，其增强了单片机内外设置，具有十六个含有中断功能的IO口，自身配置十二位模数转换器，捕捉定时器，UART接口等。MSP430能够达到本课题的要求。最关键的是，MSP430的功耗很低，在非动态状态时几乎不需消耗能量，本次课题是在节能理念前提下的研究课题，因此对于能量消耗的要求应尽可能的低。若在本次设计中选MSP430单片机作为微控制器，可以满足我们课题的需求。最主要的是MSP430的性价比非常高。

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