基于單片機便攜式顏色自適應(yīng)識別電路的設(shè)計

傳統(tǒng)的顏色識別系統(tǒng)中涉及到多次模數(shù)-數(shù)模轉(zhuǎn)換，該轉(zhuǎn)換需要系統(tǒng)額外的處理時間，因此，減少這種模數(shù)-數(shù)模轉(zhuǎn)換的次數(shù)則能提高系統(tǒng)的處理速度，其中最主要的方法是采用數(shù)字式的顏色傳感器和帶模數(shù)轉(zhuǎn)換的單片機來實現(xiàn)。在本系統(tǒng)中采用了TCS230來作為外界顏色采集器件，其數(shù)字式的輸出接口可以直接和單片機進行數(shù)據(jù)交換，不需要采用模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。單片機采用的是帶16位的數(shù)模轉(zhuǎn)換的低功耗器件AD-UC845，它可以把處理過的顏色數(shù)據(jù)通過內(nèi)部集成的DA轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為模擬的信號，該信號用來驅(qū)動電致變色器件進行顏色重現(xiàn)。
系統(tǒng)的控制部分主要完成對顏色到電壓的轉(zhuǎn)換功能，通過顏色傳感器獲取外界環(huán)境的顏色值，然后通過處理把顏色值轉(zhuǎn)換為電致變色器件能夠精確顯示該顏色的電壓。本文提出了兩種自適應(yīng)的顏色到電壓的轉(zhuǎn)換方法：第一種方法采用matlab的曲線擬合方法，通過擬合顏色-電壓曲線得到擬合參數(shù)，并得到顏色-電壓函數(shù)；系統(tǒng)在該函數(shù)的作用下自動根據(jù)顏色值輸出對應(yīng)的電壓從而控制電致變色器件的顯示。第二種方法是采用比較大的存儲系統(tǒng)，通過控制部分不斷的給電致變色器件送入電壓，然后獲取對應(yīng)的顏色數(shù)據(jù)，把電壓-顏色值存入存儲器建立一個數(shù)據(jù)庫；系統(tǒng)運行的時候，會把外界的顏色值和存儲的顏色值進行比對，若相同則把存儲的對應(yīng)電壓值輸出。由于要頻繁的讀取存儲器，該方法的速度比第一種方法慢。通過對比兩種方法的優(yōu)缺點本系統(tǒng)采用第一種方法來實現(xiàn)顏色重現(xiàn)。
2．2 便攜式顏色探測自適應(yīng)電路硬件圖
本系統(tǒng)的硬件框圖如圖3所示。主要由4個模塊組成：穩(wěn)壓電源模塊，顏色傳感器模塊，單片機處理模塊，電壓偏移模塊和藍牙通信模塊。

系統(tǒng)中的穩(wěn)壓電源模塊可提供兩種不同的電壓值：9 V的電壓偏移模塊工作電壓和單片機3．3 V的工作電壓值(3．3 V也用來驅(qū)動顏色傳感器、藍牙模塊、存儲芯片)，模塊中采用二極管來防止電源的反接而導(dǎo)致破壞系統(tǒng)的正常工作。
顏色傳感器采用的是TCS230，由于其工作電壓為3．3 V，因此直接與單片機進行接口設(shè)計，電路結(jié)構(gòu)簡單。
單片機處理模塊中采用了EEPROM來存放擬合好的顏色-電壓參數(shù)值，系統(tǒng)在運行的時候會根據(jù)讀取的參數(shù)值給出顏色-電壓擬合函數(shù)，并在該函數(shù)的控制下進行顏色的重現(xiàn)。
電壓偏移模塊主要是負責(zé)對電壓進行極性的反轉(zhuǎn)和電壓的適當(dāng)放大，由于電致變色器件的變色范圍有負電壓的出現(xiàn)，因此在本系統(tǒng)單電源供電的情況下必須采用偏移電路實現(xiàn)負極性電壓的輸出。
藍牙通信模塊是負責(zé)數(shù)據(jù)的上下位機通信，通過把獲取的顏色數(shù)據(jù)發(fā)送給上位PC機，PC機在matlab的處理下，擬合顏色-電壓曲線，并把得到的擬合參數(shù)發(fā)送下位單片機。由于PC機的處理速度快，因此擬合的時間很少，主要的時間是上下位機之間的通信時間。