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《光电检测技术》课程设计

题目：基于 51 单片机的颜色检测仪设计

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2017 年 1 月 7 日

基于 51 单片机的颜色检测仪设计

摘要：随着现代工业生产向着自动化、智能化方向的发展，生产过程中长期由人眼占据

主导地位的颜色识别工作即将被效率和精确度更高的颜色传感器所替代，颜色传感器在未来

生活与生产中扮演的作用将会越来越大。颜色识别器的应用十分广泛，现阶段其主要应作为

彩色打印机和绘图仪的主要构成部分。并在化妆品、纺织品和涂料制造过程中颜色的调配以

及医疗等方面都起着重要的作用。因此对颜色识别器的研究对未来检测行业的发展有着重要

的意义。本文将研究 TCS230 颜色传感器识别颜色的原理，并结合单片机和液晶显示模块来

实现颜色识别功能。

首先，需要了解一定程度的光与颜色的知识以及深入研究 TCS230 颜色传感器对颜色的

识别原理并实现其识别颜色的功能。其次，利用 ST89C52 单片机对颜色传感器输出数据进行

处理，转换成相应的 RGB 三原色颜色值。最后，通过 LCD1602 将 RGB 三原色颜色值显示出来

并通过 RGB 颜色对应表对比和分析所测数据。本设计具有设备成本低、体积小、易于操作、

灵敏度和精确度高等特点。

关键词：STC89C51 单片机 TCS230 颜色传感器颜色识别系统

1. 引言

随着工业生产中自动化、高速化程度的不断提升，颜色识别在各种工业控制和检测领域

的应用更加广泛，颜色传感器在终生活与生产中的作用将会越来越大，颜色传感器在终端设

备中的作用将会越来越大。例如颜色识别器在图书馆图书的分类和包装行业的应用已经十分

普遍；现阶段其主要应作为彩色打印机和绘图仪的主要构成部分。并在化妆品、纺织品和涂

料制造过程中颜色的调配以及医疗等方面都起着重要的作用。

2. 颜色识别系统

2.1 颜色识别技术的现状及未来发展趋势

颜色识别技术是新兴检测技术，在彩色打印、商标识别和材料分拣等方面已在我国

拥有广泛应用。虽然我国在机器人视觉系统领域已取得举世瞩目的成就，但是在高分辨

的颜色识别方面仍然缺乏自主研发能力。高精度的颜色识别技术仍然由少数发达国家掌

控，我国高分辨率颜色传感器的研究工作任重而道远。

颜色识别系统提出的时间较晚，出现在自动控制系统之后。其作为一种新兴的检测技术

也是控制理论的简单应用，经过几十年的发展，在工业控制中逐渐开始大范围的应用。

颜色传感器在实时检测系统以及自动控制方面有着重要的意义，伴随着单片机等处理器

技术的发展，颜色识别系统的效率也大大的增加。颜色识别在现代生产中的应用愈加广

泛，特别是在遥感技术、工业过程控制、材料分拣、图像处理、机器人视觉系统等方面

的起着重要的作用，颜色传感器的快速发展为上述生产应用自动化的实现提供了可能。

随着颜色传感器的广泛应用，颜色识别技术已成为工业自动化必不可少的部分，发展前

景十分广阔。

三基色原理：适当的选取三种基本颜色，任何颜色都能由这三种颜色按照不同的比

例叠加合成，这三种颜色相互独立不能由其他颜色按比例配出，这三种颜色就称为三基

色。国际照明委员会（CIE）推荐使用红、绿、蓝作为三种基本颜色且此原理已在现代

工业中有了非常广泛的应用。

RGB 颜色模型如下图 2.1 所示。由三基色原理可知自然界中所有色光都可由 R、G、B

三种基本颜色按照不同的比例叠加合成，当三基色分量都为 0 时，叠加出的光为黑色，

对应于立方体坐标中的（0,0,0）点；当三基色分量都为 255 时，叠加出的光为白色光，

对应于立体坐标中得（255,255,255）。以由黑到白为对角线的正方体的其他六个顶点分

别为红（255,0,0），黄（255,255,0），绿（0,255,0），青（0,255,255），蓝（0,0,255）和品

红（255,0,255）。每个颜色都有其独自 RGB 值。

2.2 TCS230 芯片的结构框图与特点

国产宏晶 STC51 系列单片机不但低功耗、高稳定性能而且具有低廉的价格，自上市以来

成为国内单片机从业者的首选。STC8952 系列单片机便是目前国内使用最多的一种单片机类

型。其采用 MCS-51 为内核，并在此基础上做了很多改进使的芯片功能更加强大。

STC89C52 型单片机参数如下：

1.指令代码与传统 8051 的代码完全兼容

2. 工作电压：3.3V～5.5V

3. 工作频率：0～40MHz

4. 8K 字节 Flash

5. 片上集成 512 K RAM

6. 通用 I/O 口（32 个）

7. 不需专用编程器，也不需专用得仿真器，可通过串口直接下载程序

8. 具有 EEPROM 功能

9. 具有看门狗功能

10. 有 3 个十六位定时器/计数器。即 T0、T1 和 T2

11. 有四个外部中断

12. 通用异步串行口

13. 工作温度范围： 0～75℃

14. PDIP 封装

TCS230 是 TAOS 公司推出的可编程彩色光到频率的转换器，它把可配置的硅光电二极管

与电流频率转换器集成在一个单一的 CMOS 电路上，同时在单一芯片上集成了红绿蓝(RGB)三

种滤光器，是业界第一个有数字兼容接口的 RGB 彩色传感器，TCS230 的输出信号是数字量，

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