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[国产单片机] 色彩识别与样本色彩显示器

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1895|4
 楼主| jinglixixi 发表于 2022-12-30 23:08 | 显示全部楼层 |阅读模式
显示器
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：
复制
  1. void TCS34725_I2C_Init()
    

  2. {
    

  3.     FL_GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    

  4.     FL_GPIO_ResetOutputPin(GPIOD, FL_GPIO_PIN_10);
    

  5.     GPIO_InitStruct.pin = FL_GPIO_PIN_10;
    

  6.     GPIO_InitStruct.mode = FL_GPIO_MODE_OUTPUT;
    

  7.     GPIO_InitStruct.outputType = FL_GPIO_OUTPUT_PUSHPULL;
    

  8.     GPIO_InitStruct.pull = FL_DISABLE;
    

  9.     FL_GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStruct);
    

  10.         
    

  11.     FL_GPIO_ResetOutputPin(GPIOE, FL_GPIO_PIN_9);
    

  12.     GPIO_InitStruct.pin = FL_GPIO_PIN_9;
    

  13.     GPIO_InitStruct.mode = FL_GPIO_MODE_OUTPUT;
    

  14.     GPIO_InitStruct.outputType = FL_GPIO_OUTPUT_PUSHPULL;
    

  15.     GPIO_InitStruct.pull = FL_DISABLE;
    

  16.     FL_GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStruct);
    

  17. }

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：
复制
  1. void TCS_SDA_OUT()
    

  2. {
    

  3.     FL_GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    

  4.     FL_GPIO_ResetOutputPin(GPIOD, FL_GPIO_PIN_10);
    

  5.     GPIO_InitStruct.pin = FL_GPIO_PIN_10;
    

  6.     GPIO_InitStruct.mode = FL_GPIO_MODE_OUTPUT;
    

  7.     GPIO_InitStruct.outputType = FL_GPIO_OUTPUT_PUSHPULL;
    

  8.     GPIO_InitStruct.pull = FL_DISABLE;
    

  9.     FL_GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStruct);
    

  10. }
    


  11. 

  12. void TCS_SDA_IN()
    

  13. {
    

  14.     FL_GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    

  15.     FL_GPIO_ResetOutputPin(GPIOD, FL_GPIO_PIN_10);
    

  16.     GPIO_InitStruct.pin = FL_GPIO_PIN_10;
    

  17.     GPIO_InitStruct.mode = FL_GPIO_MODE_INPUT; 
    

  18.     GPIO_InitStruct.pull = FL_ENABLE;
    

  19.     FL_GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStruct);
    

  20. }

TCS34725发送和接收字节数据的函数分别为：
复制
  1. void TCS34725_I2C_Send_Byte(u8 byte)
    

  2. {
    

  3.         u8 i;
    

  4.         TCS_SDA_OUT();
    

  5.         TCS_SCL_L;
    

  6.         for(i = 0; i < 8; i++)
    

  7.         {
    

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

  9.                 else
    

  10.                         TCS_SDA_L;
    

  11.                 byte <<= 1;
    

  12.                 FL_DelayUs(2);
    

  13.                 TCS_SCL_H;
    

  14.                 FL_DelayUs(2);
    

  15.                 TCS_SCL_L;
    

  16.                 FL_DelayUs(2);
    

  17.         } 
    

  18. }
    


  19. 

  20. u8 TCS34725_I2C_Read_Byte(u8 ack)
    

  21. {
    

  22.         u8 i,receive = 0;
    

  23.         TCS_SDA_IN();
    

  24.         for(i = 0; i < 8; i++)
    

  25.         {
    

  26.                 TCS_SCL_L;
    

  27.                 FL_DelayUs(2);
    

  28.                 TCS_SCL_H;
    

  29.                 receive <<= 1;
    

  30.                 if(TCS_SDA_READ) receive++;
    

  31.                 FL_DelayUs(1);
    

  32.         }
    

  33.         if (!ack) TCS34725_I2C_NACK();
    

  34.         else TCS34725_I2C_ACK(); 
    

  35.         return  receive;
    

  36. }

TCS34725的初始化函数为：
复制
  1. u8 TCS34725_Init(void)
    

  2. {
    

  3.         u8 id=0;
    

  4.         TCS34725_I2C_Init(); 
    

  5.         TCS34725_Read(TCS34725_ID, &id, 1);
    

  6.         if(id==0x4D | id==0x44)
    

  7.         {
    

  8.                         TCS34725_SetIntegrationTime(TCS34725_INTEGRATIONTIME_50MS);
    

  9.                         TCS34725_SetGain(TCS34725_GAIN_1X);
    

  10.                         TCS34725_Enable();
    

  11.                         return 1;
    

  12.         }
    

  13.         return 0;
    

  14. }

获取输出值的函数为：
复制
  1. u8 TCS34725_GetRawData(COLOR_RGBC *rgbc)
    

  2. {
    

  3.         u8 status = TCS34725_STATUS_AVALID;        
    

  4.         TCS34725_Read(TCS34725_STATUS, &status, 1);        
    

  5.         if(status & TCS34725_STATUS_AVALID)
    

  6.         {
    

  7.                 rgbc->c = TCS34725_GetChannelData(TCS34725_CDATAL);        
    

  8.                 rgbc->r = TCS34725_GetChannelData(TCS34725_RDATAL);        
    

  9.                 rgbc->g = TCS34725_GetChannelData(TCS34725_GDATAL);        
    

  10.                 rgbc->b = TCS34725_GetChannelData(TCS34725_BDATAL);
    

  11.                 return 1;
    

  12.         }
    

  13.         return 0;
    

  14. }

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：
复制
  1. void lcd_app(void)
    

  2. {
    

  3.     FL_GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    

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

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

  6.     GPIO_InitStruct.mode = FL_GPIO_MODE_OUTPUT;
    

  7.     GPIO_InitStruct.outputType = FL_GPIO_OUTPUT_PUSHPULL;
    

  8.     GPIO_InitStruct.pull = FL_DISABLE;
    

  9.     FL_GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStruct);
    

  10.         
    

  11.     FL_GPIO_ResetOutputPin(GPIOC, FL_GPIO_PIN_5);
    

  12.     GPIO_InitStruct.pin = FL_GPIO_PIN_5;
    

  13.     GPIO_InitStruct.mode = FL_GPIO_MODE_OUTPUT;
    

  14.     GPIO_InitStruct.outputType = FL_GPIO_OUTPUT_PUSHPULL;
    

  15.     GPIO_InitStruct.pull = FL_DISABLE;
    

  16.     FL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);
    

  17. }
    


  18.

以GPIO口模拟SPI方式发送字节数据的函数为：
复制
  1. void LCD_Writ_Bus(u8 dat)
    

  2. {
    

  3.     u8 i;
    

  4.     OLED_CS_Clr();
    

  5.     for(i=0;i<8;i++)
    

  6.     {
    

  7.         OLED_SCLK_Clr();
    

  8.         if(dat&0x80)
    

  9.            OLED_SDIN_Set();
    

  10.         else
    

  11.            OLED_SDIN_Clr();
    

  12.         OLED_SCLK_Set();
    

  13.         dat<<=1;
    

  14.     }
    

  15.     OLED_CS_Set();
    

  16. }
    


  17.

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_DATA8(0x3A);
  LCD_WR_REG(0xB2);
  LCD_WR_DATA8(0x05);
  LCD_WR_DATA8(0x3A);
  LCD_WR_DATA8(0x3A);
  LCD_WR_REG(0xB3);
  LCD_WR_DATA8(0x05);
  LCD_WR_DATA8(0x3A);
  LCD_WR_DATA8(0x3A);
  LCD_WR_DATA8(0x05);
  LCD_WR_DATA8(0x3A);
  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(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：
复制
  1. void LCD_box(u16 x1,u16 y1,u16 x2,u16 y2)
    

  2. {
    

  3.       int i,l;
    

  4.       LCD_Address_Set(x1,y1,x2,y1);
    

  5.       l=x2-x1;
    

  6.       for(i=0;i<l;i++)
    

  7.       {
    

  8.             LCD_WR_DATA8(0xff);
    

  9.             LCD_WR_DATA8(0xff);
    

  10.       }
    

  11.       LCD_Address_Set(x1,y2,x2,y2);
    

  12.       for(i=0;i<l;i++)
    

  13.       {
    

  14.             LCD_WR_DATA8(0xff);
    

  15.             LCD_WR_DATA8(0xff);
    

  16.       }
    

  17.       l=y2-y1;
    

  18.       for(i=0;i<l;i++)
    

  19.       {
    

  20.           LCD_DrawPoint(x1,y1+i,WHITE);
    

  21.       }
    

  22.       for(i=0;i<l;i++)
    

  23.       {
    

  24.           LCD_DrawPoint(x2,y1+i,WHITE);
    

  25.       } 
    

  26. }


实现样本色彩标识的函数为：
复制
  1. void LCD_color(u16 Color)
    

  2. {
    

  3.     u16 i,j;
    

  4.     LCD_Address_Set(110,30,129,49);
    

  5.     for(i=0;i<20;i++)
    

  6.     {
    

  7.        for (j=0;j<20;j++)
    

  8.        {
    

  9.           LCD_WR_DATA(Color);
    

  10.        }
    

  11.     }
    

  12. }


功能处理的主程序：
复制
  1. int main(void)
    

  2. {
    

  3.     u16 rv,gv,bv,fv; 
    

  4.     MF_Clock_Init();
    

  5.     MF_SystemClock_Config();
    

  6.     FL_Init();
    

  7.     MF_Config_Init();
    

  8.     UserInit();
    

  9.     led_int();
    

  10.     lcd_app();
    

  11.     Lcd_Init();
    

  12.     LCD_Clear(BLACK);
    

  13.     BACK_COLOR=BLACK;
    

  14.     FL_DelayMs(2000);
    

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

  16.     LCD_color(RED);
    

  17.     LCD_box(109,29,130,50);
    

  18.     TCS34725_Init();
    

  19.     TCS34725_GetRawData(&rgb);
    

  20.     while(1)
    

  21.     {
    

  22.                TCS34725_GetRawData(&rgb);
    

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

  24.                gv=rgb.g*255/rgb.c;
    

  25.                bv=rgb.b*255/rgb.c;
    

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

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

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

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

  30.                LCD_color(fv);
    

  31.                FL_DelayMs(1000);
    

  32.                LED0_TOG();
    

  33.      }
    

  34. }


5. 验证测试
经程序的编译与下载，其检测的效果如图5至图7所示，其中用于彩色检测的材料为彩色的泡沫塑料板。
从测试效果看，其结果还是可信的，能在一定应用场合使用。
此外，由于传感器上所配的LED灯有些偏黄，会对反射光的检测有一定的影响。

图5 检测粉色

图6 检测绿色

图7 检测蓝色


TCS34725相关代码及主程序：




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21小跑堂 打赏了 100.00 元 2023-01-11
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21小跑堂
使用色彩传感器捕获颜色并在屏幕上显示RGB值和色块，整体完成度较好，文章结构较为合理。若使用RGB灯将颜色显示，效果可能更佳。如果可以，作者是否可以上传源码，方便其他人下载学习。  发表于 2023-1-11 16:29

相关帖子
forgot 发表于 2022-12-31 22:12 | 显示全部楼层
很赞
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 楼主| jinglixixi 发表于 2022-12-31 22:54 | 显示全部楼层
forgot 发表于 2022-12-31 22:12
很赞

感谢支持！！！
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 楼主| jinglixixi 发表于 2023-1-11 17:18 | 显示全部楼层
TCS34725相关代码及主程序见附件
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