色彩识别与样本色彩显示器

只看该作者 · 2022-12-30 23:08

本帖最后由 jinglixixi 于 2023-1-11 17:17 编辑

#申请原创#

要想识别色彩就离不开色彩传感器的使用，而色彩传感器的种类又有许多种，如早期的TCS230、TCS3200到现在的TCS34725等。

对于TCS230这类的传感器，它是以脉冲计数的方式来获得检测值，并通过色彩通道的选择来获得RGB的值。此外，为了达到一个可供使用的标准值，还需进行白平衡等处理，使用起来相对比较麻烦。

图1 TCS230

而现在推出的色彩传感器，如TCS34725则是数字化的，并采用I2C接口来传送数据，在使用时直接就可读取到色彩的RGB值，并可获得两种色彩模式的检测结果，即RGB模式和HSL模式。因此在使用上，它要比以前的色彩传感器要方便许多，功能也丰富一些。

图2 TCS34725

1. 整体结构

为此，在制作色彩识别与样本色彩显示器时是直接选取TCS34725来做检测器件，该设计的整体结构见图3所示。

图3 整体结构

在整体结构中，是以复旦微的FM33LGxx开发板作为处理核心，由TCS34725检测色彩值，由彩色的LCD屏来承担显示任务，其实物构成如图4所示。

图4 实物构成

2.色彩传感器及其使用

TCS34725是采用I2C方式工作,其遵循的通讯协议如下：

TCS34725与开发板的引脚连接关系为：

PE9 ---SCL

PD10---SDA

由于TCS34725使用I2C的方式工作，为此是以GPIO口来模拟I2C的方式来实现。

其中，对所用引脚的功能配置函数为：

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void TCS34725_I2C_Init()

{

    FL_GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

    FL_GPIO_ResetOutputPin(GPIOD, FL_GPIO_PIN_10);

    GPIO_InitStruct.pin = FL_GPIO_PIN_10;

    GPIO_InitStruct.mode = FL_GPIO_MODE_OUTPUT;

    GPIO_InitStruct.outputType = FL_GPIO_OUTPUT_PUSHPULL;

    GPIO_InitStruct.pull = FL_DISABLE;

    FL_GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStruct);

        

    FL_GPIO_ResetOutputPin(GPIOE, FL_GPIO_PIN_9);

    GPIO_InitStruct.pin = FL_GPIO_PIN_9;

    GPIO_InitStruct.mode = FL_GPIO_MODE_OUTPUT;

    GPIO_InitStruct.outputType = FL_GPIO_OUTPUT_PUSHPULL;

    GPIO_InitStruct.pull = FL_DISABLE;

    FL_GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStruct);

}

由于在TCS34725工作时，既有数据输入处理，又有数据输出处理，故为其配置的输入、输出模式设置函数为：

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void TCS_SDA_OUT()

{

    FL_GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

    FL_GPIO_ResetOutputPin(GPIOD, FL_GPIO_PIN_10);

    GPIO_InitStruct.pin = FL_GPIO_PIN_10;

    GPIO_InitStruct.mode = FL_GPIO_MODE_OUTPUT;

    GPIO_InitStruct.outputType = FL_GPIO_OUTPUT_PUSHPULL;

    GPIO_InitStruct.pull = FL_DISABLE;

    FL_GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStruct);

}



void TCS_SDA_IN()

{

    FL_GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

    FL_GPIO_ResetOutputPin(GPIOD, FL_GPIO_PIN_10);

    GPIO_InitStruct.pin = FL_GPIO_PIN_10;

    GPIO_InitStruct.mode = FL_GPIO_MODE_INPUT; 

    GPIO_InitStruct.pull = FL_ENABLE;

    FL_GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStruct);

}

TCS34725发送和接收字节数据的函数分别为：

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void TCS34725_I2C_Send_Byte(u8 byte)

{

        u8 i;

        TCS_SDA_OUT();

        TCS_SCL_L;

        for(i = 0; i < 8; i++)

        {

                if(((byte&0x80)>>7)==1)  TCS_SDA_H;

                else

                        TCS_SDA_L;

                byte <<= 1;

                FL_DelayUs(2);

                TCS_SCL_H;

                FL_DelayUs(2);

                TCS_SCL_L;

                FL_DelayUs(2);

        } 

}



u8 TCS34725_I2C_Read_Byte(u8 ack)

{

        u8 i,receive = 0;

        TCS_SDA_IN();

        for(i = 0; i < 8; i++)

        {

                TCS_SCL_L;

                FL_DelayUs(2);

                TCS_SCL_H;

                receive <<= 1;

                if(TCS_SDA_READ) receive++;

                FL_DelayUs(1);

        }

        if (!ack) TCS34725_I2C_NACK();

        else TCS34725_I2C_ACK(); 

        return  receive;

}

TCS34725的初始化函数为：

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u8 TCS34725_Init(void)

{

        u8 id=0;

        TCS34725_I2C_Init(); 

        TCS34725_Read(TCS34725_ID, &id, 1);

        if(id==0x4D | id==0x44)

        {

                        TCS34725_SetIntegrationTime(TCS34725_INTEGRATIONTIME_50MS);

                        TCS34725_SetGain(TCS34725_GAIN_1X);

                        TCS34725_Enable();

                        return 1;

        }

        return 0;

}

获取输出值的函数为：

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u8 TCS34725_GetRawData(COLOR_RGBC *rgbc)

{

        u8 status = TCS34725_STATUS_AVALID;        

        TCS34725_Read(TCS34725_STATUS, &status, 1);        

        if(status & TCS34725_STATUS_AVALID)

        {

                rgbc->c = TCS34725_GetChannelData(TCS34725_CDATAL);        

                rgbc->r = TCS34725_GetChannelData(TCS34725_RDATAL);        

                rgbc->g = TCS34725_GetChannelData(TCS34725_GDATAL);        

                rgbc->b = TCS34725_GetChannelData(TCS34725_BDATAL);

                return 1;

        }

        return 0;

}

3.LCD屏显示驱动
在显示方面，所使用的显示器件为0.96寸的彩色LCD屏，其显示分辨率为160*80像素点。该显示屏采用SPI接口方式工作，为此它与开发板的引脚连接关系为：

SCL ---PD3

SDA ---PD5

RES ---PD4

DC ---PC5

CS ---PD2

LCD屏对引脚的功能配置函数为：

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void lcd_app(void)

{

    FL_GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

    FL_GPIO_ResetOutputPin(GPIOD, FL_GPIO_PIN_2|FL_GPIO_PIN_3|FL_GPIO_PIN_4|FL_GPIO_PIN_5);

    GPIO_InitStruct.pin = FL_GPIO_PIN_2|FL_GPIO_PIN_3|FL_GPIO_PIN_4|FL_GPIO_PIN_5;

    GPIO_InitStruct.mode = FL_GPIO_MODE_OUTPUT;

    GPIO_InitStruct.outputType = FL_GPIO_OUTPUT_PUSHPULL;

    GPIO_InitStruct.pull = FL_DISABLE;

    FL_GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStruct);

        

    FL_GPIO_ResetOutputPin(GPIOC, FL_GPIO_PIN_5);

    GPIO_InitStruct.pin = FL_GPIO_PIN_5;

    GPIO_InitStruct.mode = FL_GPIO_MODE_OUTPUT;

    GPIO_InitStruct.outputType = FL_GPIO_OUTPUT_PUSHPULL;

    GPIO_InitStruct.pull = FL_DISABLE;

    FL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);

}

以GPIO口模拟SPI方式发送字节数据的函数为：

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void LCD_Writ_Bus(u8 dat)

{

    u8 i;

    OLED_CS_Clr();

    for(i=0;i<8;i++)

    {

        OLED_SCLK_Clr();

        if(dat&0x80)

           OLED_SDIN_Set();

        else

           OLED_SDIN_Clr();

        OLED_SCLK_Set();

        dat<<=1;

    }

    OLED_CS_Set();

}

LCD屏的初始化函数为:
voidLcd_Init(void)

{

OLED_RST_Clr();

FL_DelayMs(200);

OLED_RST_Set();

FL_DelayMs(200);

LCD_WR_REG(0x11);

FL_DelayMs(100);

LCD_WR_REG(0x21);

LCD_WR_REG(0xB1);

LCD_WR_DATA8(0x05);

LCD_WR_DATA8(0x3A);

LCD_WR_REG(0xB2);

LCD_WR_DATA8(0x05);

LCD_WR_DATA8(0x3A);

LCD_WR_REG(0xB3);

LCD_WR_DATA8(0x05);

LCD_WR_DATA8(0x3A);

LCD_WR_DATA8(0x05);

LCD_WR_DATA8(0x3A);

LCD_WR_REG(0xB4);

LCD_WR_DATA8(0x03);

LCD_WR_REG(0xC0);

LCD_WR_DATA8(0x62);

LCD_WR_DATA8(0x02);

LCD_WR_DATA8(0x04);

LCD_WR_REG(0xC1);

LCD_WR_DATA8(0xC0);

LCD_WR_REG(0xC2);

LCD_WR_DATA8(0x0D);

LCD_WR_DATA8(0x00);

LCD_WR_REG(0xC3);

LCD_WR_DATA8(0x8D);

LCD_WR_DATA8(0x6A);

LCD_WR_REG(0xC4);

LCD_WR_DATA8(0x8D);

LCD_WR_DATA8(0xEE);

LCD_WR_REG(0xC5);

LCD_WR_DATA8(0x0E);

LCD_WR_REG(0xE0);

LCD_WR_DATA8(0x10);

LCD_WR_DATA8(0x0E);

LCD_WR_DATA8(0x02);

LCD_WR_DATA8(0x03);

LCD_WR_DATA8(0x0E);

LCD_WR_DATA8(0x07);

LCD_WR_DATA8(0x02);

LCD_WR_DATA8(0x07);

LCD_WR_DATA8(0x0A);

LCD_WR_DATA8(0x12);

LCD_WR_DATA8(0x27);

LCD_WR_DATA8(0x37);

LCD_WR_DATA8(0x00);

LCD_WR_DATA8(0x0D);

LCD_WR_DATA8(0x0E);

LCD_WR_DATA8(0x10);

LCD_WR_REG(0xE1);

LCD_WR_DATA8(0x10);

LCD_WR_DATA8(0x0E);

LCD_WR_DATA8(0x03);

LCD_WR_DATA8(0x0F);

LCD_WR_DATA8(0x06);

LCD_WR_DATA8(0x02);

LCD_WR_DATA8(0x08);

LCD_WR_DATA8(0x0A);

LCD_WR_DATA8(0x13);

LCD_WR_DATA8(0x26);

LCD_WR_DATA8(0x36);

LCD_WR_DATA8(0x00);

LCD_WR_DATA8(0x0D);

LCD_WR_DATA8(0x0E);

LCD_WR_DATA8(0x10);

LCD_WR_REG(0x3A);

LCD_WR_DATA8(0x05);

LCD_WR_REG(0x36);

LCD_WR_DATA8(0x78);

LCD_WR_REG(0x29);

}

4. 功能实现

有了前面的准备工作，就可以开始其功能设计了。

其设计思想为：

1）进行色彩值的归一化处理

由于TCS34725传感器是按3基色的亮度来进行检测的，因此对其检测值需要进行归一化处理，其处理方法就是用RGB的色彩值*255/亮度值。

以红色为例，其进行归一化的语句为：

rv=rgb.r*255/rgb.c;

对于G、B这两种色彩的归一化处理与之相仿。

2）实现样本色彩的标识处理

在获得了色彩的归一化结果后，其输出值是24位色，为了便于以16位色彩的形式进行显示，需进行色彩位数的变换处理，对于565的色彩表示方式，所进行的变换处理为：

fv=((rv>>3)<<8)+((gv>>2)<<5)+(bv>>3);

其中fv就是变换后的16位色彩值，而rv、gv和bv是8位色彩值。

此外，还要做的2件事为：一是绘制样本色彩框，以标识样本色彩的区域，另一个则是标识样本色彩，即填充一个样本色彩块。

实现样本色彩框的绘制函数为：

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void LCD_box(u16 x1,u16 y1,u16 x2,u16 y2)

{

      int i,l;

      LCD_Address_Set(x1,y1,x2,y1);

      l=x2-x1;

      for(i=0;i<l;i++)

      {

            LCD_WR_DATA8(0xff);

            LCD_WR_DATA8(0xff);

      }

      LCD_Address_Set(x1,y2,x2,y2);

      for(i=0;i<l;i++)

      {

            LCD_WR_DATA8(0xff);

            LCD_WR_DATA8(0xff);

      }

      l=y2-y1;

      for(i=0;i<l;i++)

      {

          LCD_DrawPoint(x1,y1+i,WHITE);

      }

      for(i=0;i<l;i++)

      {

          LCD_DrawPoint(x2,y1+i,WHITE);

      } 

}

实现样本色彩标识的函数为：

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void LCD_color(u16 Color)

{

    u16 i,j;

    LCD_Address_Set(110,30,129,49);

    for(i=0;i<20;i++)

    {

       for (j=0;j<20;j++)

       {

          LCD_WR_DATA(Color);

       }

    }

}

功能处理的主程序：

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int main(void)

{

    u16 rv,gv,bv,fv; 

    MF_Clock_Init();

    MF_SystemClock_Config();

    FL_Init();

    MF_Config_Init();

    UserInit();

    led_int();

    lcd_app();

    Lcd_Init();

    LCD_Clear(BLACK);

    BACK_COLOR=BLACK;

    FL_DelayMs(2000);

    LCD_ShowString(20,30,"R:  G:  B:",YELLOW);

    LCD_color(RED);

    LCD_box(109,29,130,50);

    TCS34725_Init();

    TCS34725_GetRawData(&rgb);

    while(1)

    {

               TCS34725_GetRawData(&rgb);

               rv=rgb.r*255/rgb.c;

               gv=rgb.g*255/rgb.c;

               bv=rgb.b*255/rgb.c;

               LCD_ShowNum(0,50,rv,4,YELLOW);

               LCD_ShowNum(32,50,gv,4,YELLOW);

               LCD_ShowNum(64,50,bv,4,YELLOW);

               fv=((rv>>3)<<8)+((gv>>2)<<5)+(bv>>3);

               LCD_color(fv);

               FL_DelayMs(1000);

               LED0_TOG();

     }

}