三原色原理
人眼对红、绿、蓝最为敏感，人的眼睛像一个三色接收器的体系，大多数的颜色可以通过红、绿、蓝三色按照不同的比例合成产生。同样，绝大多数单色光也可以分解成红、绿、蓝三种色光，这是色度学的最基本的原理，也称三原色原理。白光通过棱镜后被分解成多种颜色逐渐过渡的色谱，颜色依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，这就是可见光谱。其中人眼对红、绿、蓝最为敏感，人的眼睛就像一个三色接收器的体系，大多数的颜色可以通过红、绿、蓝三色按照不同的比例合成产生。同样绝大多数单色光也可以分解成红绿蓝三种色光。这是色度学的最基本原理，即三基色原理。三种基色是相互独立的，任何一种基色都不能有其它两种颜色合成。红绿蓝是三基色，这三种颜色合成的颜色范围最为广泛。红绿蓝三基色按照不同的比例相加合成混色称为相加混色。
红色+绿色=黄色
绿色+蓝色=青色
红色+蓝色=品红
红色+绿色+蓝色=白色
本帖最后由 eagler8 于 2019-7-21 16:52 编辑
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，可以驱动标准的TTL或CMOS逻辑输入，因此可直接与微处理器或其他逻辑电路相连接，由于输出的是数字量，并且能够实现每个彩色信道10位以上的转换精度，因而不再需要A/D转换电路，使电路变得更简单，TCS230的引脚图
本帖最后由 eagler8 于 2019-7-21 17:07 编辑
TCS230采用8引脚的SOIC表面贴装式封装，在单一芯片上集成有64个光电二极管，这些二极管分为四种类型，其16个光电二极管带有红色滤波器；16个光电二极管带有绿色滤波器；16个光电二极管带有蓝色滤波器，其余16个不带有任何滤波器，可以透过全部的光信息，这些光电二极管在芯片内是交叉排列的，能够最大限度地减少入射光辐射的不均匀性，从而增加颜色识别的精确度；另一方面，相同颜色的16个光电二极管是并联连接的，均匀分布在二极管阵列中，可以消除颜色的位置误差。工作时，通过两个可编程的引脚来动态选择所需要的滤波器，该传感器的典型输出频率范围从2Hz－500kHz，用户还可以通过两个可编程引脚来选择100％、20％或2％的输出比例因子，或电源关断模式。输出比例因子使传感器的输出能够适应不同的测量范围，提高了它的适应能力。例如，当使用低速的频率计数器时，就可以选择小的定标值，使TCS230的输出频率和计数器相匹配。
TCS3200识别颜色的原理
由上面的三原色感应原理可知，如果知道构成各种颜色的三原色的值，就能够知道所测试物体的颜色。对于TCS3200 来说，当选定一个颜色滤波器时，它只允许某种特定的原色通过，阻止其它原色的通过。例如：当选择红色滤波器时，入射光中只有红色可以通过，蓝色和绿色都被阻止，这样就可以得到红色光的光强；同理，选择其它的滤波器，就可以得到蓝色光和绿色光的光强。通过这三个值，就可以分析投射到TCS3200 传感器上的光的颜色。TCS3200这种可编程的彩色光到频率转换器适合于色度计测量应用领域，如彩色打印、医疗诊断、计算机彩色监视器校准以及油漆、纺织品、化妆品和印刷材料的过程控制和色彩配合。
白平衡和颜色识别原理
白平衡就是告诉系统什么是白色。从理论上讲，白色是由等量的红色、绿色和蓝色混合而成的；但实际上，白色中的三原色并不完全相等，并且对于 TCS3200 的光传感器来说，它对这三种基本色的敏感性是不相同的，导致TCS3200 的RGB 输出并不相等，因此在测试前必须进行白平衡调整，使得TCS3200 对所检测的“白色”中的三原色是相等的。进行白平衡调整是为后续的颜色识别作准备。在本装置中，白平衡调整的具体步骤和方法如下：将空的试管放置在传感器的上方，试管的上方放置一个白色的光源，使入射光能够穿过试管照射到TCS3200 上；根据前面所介绍的方法，依次选通红色、绿色和蓝色滤波器，分别测得红色、绿色和蓝色的值，然后就可计算出需要的三个调整参数。
TCS3200D颜色识别传感器（可编程彩色光频识别转换器模块）
TCS3200颜色识别传感器（静态识别）
【简要说明】
一、尺寸：长35mmX宽17mmX高10mm
二、主要芯片：TCS3200
三、工作电压：直流5V
四、输出频率电压0~5V
五、特点：
1、所有的引脚全部引出
2、输出占空比50%
3、采用高亮白色LED灯反射光
4、可直接和单片机连接
5、静态检测被测物颜色（即：被测物和传感器相对静止状态）
6、检测距离10mm最佳
7、检测有效距离小于等于5厘米
模块电原理图
颜色传感器与Arduino接线脚图
Arduino UNO———–TSC3200颜色传感器
Digital 6——————S0
Digital 5——————S1
Digital 4——————S2（决定颜色通过引脚，配合S3引脚）
Digital 3——————S3
Digital 2——————OUT
VCC————————VCC
GND————————GND
/*
【Arduino】66种传感器模块系列实验（64）
实验六十四： TCS3200D颜色识别传感器（可编程彩色光频识别转换器模块）
*/
#include <TimerOne.h>//申明库文件
//把TCS3200颜色识别传感器各控制引脚连到Arduino数字端口
#define S0 6 //物体表面的反射光越强，TCS3200内置震荡器产生的方波频率越高，
#define S1 5 //SO和S1的组合决定输出信号频率比例因子，比例因子为2%
//比例因子为TCS3200传感器OUT引脚输出信号频率与其内置振荡器频率之比
#define S2 4//S2和S3的组合决定让红、绿、蓝，哪种光线通过滤波器
#define S3 3
#define OUT 2 //TCS3200颜色传感器输出信号
//在中断函数中纪录TCS3200输出信号的脉冲个数
int g_count = 0; // 计算与反射光相对应TCS3200颜色传感器输出信号的脉冲数
int g_array; // 存储RGB值
int g_flag = 0; // 滤波器模式选择顺序标志
float g_SF; // 从TCS3200输出信号的脉冲数转换为RGB标准值的RGB比例因子
//初始化TSC3200各控制引脚的输入输出模式
//设置TCS3200的内置振荡器方波频率与其输出信号频率的比例因子为2%
void TSC_Init()
{
pinMode(S0, OUTPUT);
pinMode(S1, OUTPUT);
pinMode(S2, OUTPUT);
pinMode(S3, OUTPUT);
pinMode(OUT, INPUT);
digitalWrite(S0, LOW);
digitalWrite(S1, HIGH);
}
//选择滤波器模式，决定让红、绿、蓝，哪种光线通过滤波器
void TSC_FilterColor(int Level01, int Level02)
{
if(Level01 != 0)
Level01 = HIGH;
if(Level02 != 0)
Level02 = HIGH;
digitalWrite(S2, Level01);
digitalWrite(S3, Level02);
}
//中断函数，计算TCS3200输出信号的脉冲波
void TSC_Count()
{
g_count ++ ;
}
//定时器中断函数，每1S中断后，把该时间内的红、绿、蓝三种光线通过滤波器时，
//TCS3200输出信号脉冲个数分别存储到数组g_array的相应元素变量中
void TSC_Callback()
{
switch(g_flag)
{
case 0:
Serial.println("->WB Start");
TSC_WB(LOW, LOW); //选择让红色光线通过滤波器的模式
break;
case 1:
Serial.print("->Frequency R=");
Serial.println(g_count); //打印1s内的红光通过滤波器时，TCS3200输出的脉冲个数
g_array = g_count; //存储1S内的红光通过滤波器时，TCS3200输出的脉冲个数
TSC_WB(HIGH, HIGH); //选择让绿色光线通过滤波器的模式
break;
case 2:
Serial.print("->Frequency G=");
Serial.println(g_count);//打印1S内的绿光通过滤波器时，TCS3200输出的脉冲个数
g_array = g_count;//存储1S内的绿光通过滤波器时，TCS3200输出的脉冲个数
TSC_WB(LOW, HIGH); //选择让蓝色光线通过滤波器的模式
break;
case 3:
Serial.print("->Frequency B=");
Serial.println(g_count);//打印1s内的蓝光通过滤波器时，TCS3200输出的脉冲个数
Serial.println("->WB End");
g_array = g_count;//存储1s内的蓝光通过滤波器时，TCS3200输出的脉冲个数
TSC_WB(HIGH, LOW); //选择无滤波器的模式
break;
default:
g_count = 0;//计数值清零
break;
}
}
//设置反射光中红、绿、蓝三色光分别通过滤波器时如何处理数据的标志
//该函数被TSC_Callback()调用
void TSC_WB(int Level0, int Level1) //White Balance
{
g_count = 0; //计数值清零
g_flag ++;//输出信号计数标志
TSC_FilterColor(Level0, Level1); //滤波器模式
Timer1.setPeriod(1000000); // 设置输出信号脉冲计数时长1s
}
//初始化
void setup()
{
TSC_Init();
Serial.begin(9600);//启动串口通信
Timer1.initialize(); // defaulte is 1s缺省是1秒
Timer1.attachInterrupt(TSC_Callback);//设置定时器1的中断，中断调用函数为TSC_Callbace()
//设置TCS3200输出信号的上跳沿触发中断，中断调用函数为TSC_Count()
attachInterrupt(0, TSC_Count, RISING);
delay(4000); //延时4s，以等待被测物体红、绿、蓝三色在1s内的TCS3200输出信号脉冲计数
//通过白平衡测试，计算得到白色物体RGB值255与1s内三色光脉冲数的RGB比例因子
for(int i=0; i<3; i++)
Serial.println(g_array);
g_SF = 255.0/ g_array; //红色光比例因子
g_SF = 255.0/ g_array ; //绿色光比例因子
g_SF = 255.0/ g_array ; //蓝色光比例因子
//打印白平衡后的红、绿、蓝三色的RGB比例因子
Serial.println(g_SF);
Serial.println(g_SF);
Serial.println(g_SF);
}
//红、绿、蓝三色光分别对应的1s内TCS3200输出脉冲数乘以相应的比例因子就是RGB标准值
//打印被测物体的RGB值
void loop()
{
g_flag = 0;//每获得一次被测物体的RGB颜色值时需要4s
for(int i=0; i<3; i++) //打印被测物体的RGB值
Serial.println(int(g_array * g_SF));
delay(4000);
}
识别接近灰白色的串口输出数据
白色的串口数据