摘要：tcs230是美國taos公司生產的一種可編程彩色光到頻率的轉換器。論文主要介紹它的原理和應用。該傳感器具有分辨率高、可編程的顏色選擇與輸出定標、單電源供電等特點；輸出為數字量，可直接與微處理器連接。文中還介紹色光和白平衡的知識，并用一個實例來介紹tcs230識別顏色的過程。

    關鍵詞：tcs230 顏色傳感器 顏色識別 白平衡調整

    引 言

    隨著現代工業生產向高速化、自動化方向的發展，生產過程中長期以來由人眼起主導作用的顏色識別工作將越來越多地被相應的顏色傳感器所替代。例如：圖書館使用顏色區分對文獻進行分類，能夠極大地提高排架管理和統計等工作；在包裝行業，產品包裝利用不同的顏色或裝磺來表示其不同的性質或用途。目前的顏色傳感器通常是在獨立的光電二極管上覆蓋經過修正的紅、綠、籃濾光片，然后對輸出信號進行相應的處理，才能將顏色信號識別出來；有的將兩者集合起來，但是輸出模擬信號，需要一個a/d電路進行采樣，對該信號進一步處理，才能進行識別，增加了電路的復雜性，并且存在較大的識別誤差，影響了識別的效果。本文介紹美國taos公司最新推出的顏色傳感器tcs230。它不僅能夠實現顏色的識別與檢測，與以前的顏色傳感器相比，還具有許多優良的新特性。

    1 tcs230芯片的結構框圖與特點

    tcs230是taos(texas advanced optoelectronic solutions)公司推出的可編程彩色光到頻率的轉換器。它把可配置的硅光電二極管與電流頻率轉換器集成在一個單一的cmos電路上，同時在單一芯片上還集成了紅綠藍(rgb)三種濾光器，是業界第一個有數字兼容接口的rgb彩色傳感器。tcs230的輸出信號是數字量，可以驅動標準的ttl或cmos邏輯輸入，因此可直接與微處理器或其它邏輯電路相連接。由于輸出的是數字量，并且能夠實現每個彩色信道10位以上的轉換精度，因而不再需要a/d轉換電路，使電路變得更簡單。圖1是tcs230的引腳封裝和功能框圖。

    圖1中，tcs230采用8引腳的soic表面貼裝式封裝，在單一芯片上集成有64個光電二極管。這些二極管共分為四種類型。其中16個光電二極管帶有紅色濾波器，16個光電二極管帶有綠色濾波器，16個光電二極管帶有藍色濾波器，其余16個不帶有任何濾波器，可以透過全部的光信息。這些光電二極管在芯片內是交叉排列的，能夠最大限度地減少入射光幅射的不均勻性，從而增加顏色識別的精確度；另一方面，相同顏色的16個光電二極管是并聯連接的，均勻分布在二極管陣列中，可以消除顏色的位置誤差。工作時，通過兩個可編程的引腳來動態選擇所需要的濾波器。該傳感器的典型輸出頻率范圍從2hz~500khz，用戶還可以通過兩個可編程引腳來選擇100%、20%或2%的輸出比例因子，或電源關斷模式。輸出比例因子使傳感器的輸出能夠適應不同的測量范圍，提高了它的適應能力。例如，當使用低速的頻率計數器時，就可以選擇小的定標值，使tcs230的輸出頻率和計數器相匹配。

    從功能框圖可知：當入射光投射到tcs230上時，通過光電二極管控制引腳s2、s3的不同組合，可以選擇不同的濾波器；經過電流到頻率轉換器后輸出不同頻率的方波(占空比是50%)，不同的顏色和光強對應不同頻率的方波；還可以通過輸出定標控制引腳s0、s1選擇不同的輸出比例因子，對輸出頻率范圍進行調整，以適應不同的需求。

    下面簡要介紹tcs230芯片各個引腳的功能及它的一些組合選項。

    s0、s1用于選擇輸出比例因子或電源關斷模式；s2、s3用于選擇濾波器的類型；oe是頻率輸出使能引腳，可以控制輸出的狀態，當有多個芯片引腳共用微處理器的輸入引腳時，也可以作為片選信號；out是頻率輸出引腳，gnd是芯片的接地引腳，vcc為芯片提供工作電壓。圖2是s0、s1及s2、s3的可用組合。

    2 tcs230識別顏色的原理

    由上面的介紹可知，這種可編程的彩色光到頻率轉換器適合于色度計測量應用領域，如彩色打印、醫療診斷、計算機彩色監視器校準以及油漆、紡織品、化妝品和印刷材料的過程控制和色彩配合。本文以tcs230在液體顏色識別中的應用為例，介紹它的具體使用。在開始介紹tcs230的顏色識別前