白光由七种颜色组成。这种光谱被称为VIBGYOR，表示紫色、靛蓝、蓝色、绿色、黄色、橙色和绿色。不同的颜色有不同的波长。当光线落在物体上时，根据物体的特性，一些波长被物体吸收，而一些波长被反射回来。这些反射的波长给出了被人眼检测到的物体的颜色。不同比例的波长组合产生不同的颜色。颜色传感器是用于检测颜色的设备。这些传感器可以将物体的颜色分类为红色、蓝色或绿色。其中一种传感器是TCS3200。


什么是TCS3200？

TCS3200是一款可编程彩色光频转换器。该模块可以在微控制器的帮助下检测颜色。它可以根据波长检测各种颜色，如红色、蓝色和绿色。为了优化传感器读数，提供了频率缩放。

TCS3200包含白色LED，用于照亮必须检测颜色的物体表面。计算对象反射回来的光的强度。转换器产生与强度成比例的频率，微控制器利用该频率预测物体的颜色。

为了检测不同的颜色，使用对不同波长敏感的滤光片。通常，对于波长580nm检测到红色，对于波长540nm检测到绿色，对于波长450nnm检测到蓝色。

TCS3200框图

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TCS3200块图

TCS3200是一个单片CMOS集成电路。它由可配置的硅光电二极管和电流-频率转换器组成。光电二极管排列为8×8阵列。从这些光电二极管中，16个光电二极管具有蓝色滤光片，16个光敏二极管具有红色滤光片，16种光电二极管具有绿色滤光片，而其余16个光电二极体不具有任何滤光片。

所有相同颜色的光电二极管都是并联连接的。为了最大限度地减少入射辐照度不均匀性的影响，四种类型的光电二极管是叉指型的。所有光电二极管的尺寸均为110μm×110μm。

TCS3200电路图

TCS3200的输出是一个占空比为50%的方波。TCS3200可以直接使用数字输入和数字输出引脚与任何微控制器接口。使用两个控制输入引脚，可以缩放满刻度输出频率。

从四种不同类型的滤波器覆盖的光电二极管中，每个二极管都可以使用S2和S3选择输入来激活。当选择带红色滤光片的二极管时，只测量红色入射光，其余的绿光和蓝光被阻挡。然后通过测量频率，可以检测红光的强度。使用S0、S1选择输入，可以设置频率缩放因子。

为了测量频率，使用了第6个引脚。该引脚连接到微控制器。要确定对象的颜色，首先将所有输入引脚设置为输入引脚，将输出引脚设置为输出引脚。这里没有使用模拟引脚。接下来，通过将引脚S0、S1设置为高或低来设置所需的频率缩放。

现在要检测对象的颜色，请使用S2和S3选择线激活每种类型的过滤器。激活滤波器后，使用微控制器测量第6引脚上产生的频率。当S2和S3引脚均为低电平时，红色滤色器被激活，并且物体的红色成分的强度被检测到。类似地，驱动S2低电平和S3高电平检测蓝色分量，并且驱动S2、S3到高电平检测对象的绿色分量。收集并比较所有这些值，以获得对象的实际颜色。环境光会导致测量结果的变化，因此在测量过程中应保护传感器和物体免受环境光的影响。

应使用0.01μF至0.1μF的电容器对电源线进行去耦。对于输入噪声抗扰度，需要在设备输出和设备接地处进行低阻抗电连接。如果在输出端使用大于12英寸的行，则需要一个缓冲区。

引脚示意图

Pin-Diagram-of-TCS3200
TCS3200引脚图

TCS3200作为8引脚LEAD SOIC封装D在市场上可用。该模块的引脚描述如下-

  • 引脚1和引脚2分别是S0、S1选择线。这些引脚用于频率缩放。
  • 引脚3，OE，是输出启用引脚。此引脚处于低激活状态。
  • 引脚4，GND，是接地引脚。此引脚是电源接地。
  • 引脚5，VDD，是电源电压引脚。
  • 引脚6 OUT是输出频率引脚。该引脚连接到微控制器以读取值。
  • PIn-7和引脚8分别是S2、S3选择线。这些引脚用作光电二极管类型选择输入。

频率缩放的选择线逻辑如下-

  • 当S0和S1均为低电平时，设备处于断电模式。
  • 当S0为LOW且S1为HIGH时，输出频率缩放将为2%。
  • 当S0为HIGH且S1为LOW时，输出频率缩放将为20%。
  • 当S0和S1都为HIGH时，输出频率缩放将为100%。

规格

TCS3200的一些规格如下-

  • 该模块的主要模块是TCS3200 RGB传感器芯片和4个白色LED。
  • 四个LED用于在颜色检测期间为传感器提供足够的照明条件。
  • TCS3200芯片由8×8阵列的光电二极管组成，可检测红色、蓝色、绿色。
  • 该模块在2.7V至5.5V的输入电源电压下工作。
  • 此模块中存在数字TTL接口。
  • TCS3200芯片将光强转换为高分辨率的频率。
  • 该模块不需要ADC来获取数字值，可以直接连接到微控制器的数字引脚。
  • TCS3200具有可编程的颜色和满刻度输出频率。
  • 该模块还具有断电功能。
  • 该模块的工作温度范围为-40°C至85°C。
  • TCS3200包含红色、蓝色和绿色的滤镜。
  • 该模块在50kHz时包含0.2%的非线性误差。
  • TCS3200模块具有稳定的200 ppm/°C温度协同效应。

TCS3200的应用

TCS3200的一些应用如下-

  • TCS3200用于检测表面的颜色。
  • 本模块适用于工业、医疗保健和制造工厂。
  • TCS3200应用于医疗诊断系统。
  • 对于RGB LED一致性控制，使用TCS3200。
  • TCS3200应用于工业过程控制。
  • 在激光封边机中，使用TCS3200来检测颜色。
  • 为了检测慢性肾脏疾病，TCS3200用于尿液分析。
  • TCS3200用于水果分拣系统。
  • 使用该传感器模块可以测量蓝色、红色和绿色辐射的强度。
  • 为了对不同类型的金属进行分类，使用了该模块。
  • 食品工业使用这种传感器对水果和蔬菜进行分类。
  • TCS3200也用于牙科诊断和氨检测。
  • 为了设计多色可见光通信中的光频接收机，使用了TCS3200。

替代IC

市场上可作为TCS3200替代品使用的一些IC有TCS3400、TCS34715、TCS35727等…

在测量过程中，保护传感器免受环境光、紫外线辐射和红外线辐射的影响是很重要的。工程专业的学生和业余爱好者也可以使用这个模块来设计各种有趣而简单的项目。该传感器易于与Arduino、Raspberry Pi等控制器接口。有关TCS3200的电气特性和布局的更多详细信息，请参阅数据表。TCS3200模块为您的应用程序检测颜色所花费的时间是多少？