Projekt: Snímač farby ColorPal

Z SensorWiki
Prejsť na: navigácia, hľadanie

Snímač farby ColorPAL

  • Vypracovali:
Bc. Tamás Vincze
Bc. Adam Rozsár
  • Študijný odbor: Aplikovaná mechatronika
  • Ročník: 2.Ing

Zadanie

Zobrazte na LCD aktuálnu snímanú farbu zmeranú snímačom ColorPal.

SnimacFarbyColorPal.jpg

Literatúra:


Snímač a generátor farby ColorPAL

Vlastnosti

  • Sníma celý rozsah farieb o ktorých dáva informáciu vo forme RGB (Red/Green/Blue) komponentov.
  • Sníma spektrum okolitého osvetlenia s citlivosťou až 44uW/cm2 na lsb.
  • Generuje 24 bitové farby pomocou vstavaného RGB LED.
  • Možnosť pripojenia priamo na skúšobnú dosku alebo pomocou predlžovacích káblov.
  • Na detekciu a generovanie farby využíva sériovú komunikáciu cez jeden pin.
  • Detekcia a generovanie farieb je riadené pomocou vstavaného mikrokontrolera.
  • Disponuje vstavanou EEPROM pamäťou pre uloženie snímaných informácií a generačných programov.
  • Autorun funkcia umožňuje spustenie vopred určeného programu iba použitím napájania.

Obr8.jpg

Princíp činnosti

ColorPAL používa RGB LED na osvetlenie meranej farby (jedna farba naraz), spolu so široko spektrovým prevodníkom svetlo-napätie na meranie odrazeného svetla. Podľa množstva svetla ktoré sa odráža od meranej farby pri osvetlení od červenej, zelenej a modrej LED diódy je možné určiť farbu vzorky. ColorPAL používa sveteľný senzor TAOS typu TSL13T, ktorý má krivku spektrálnej citlivosťi nasledovný:

Obr1.png

Obr. 1: Krivka spektrálnej citlivosti prevodníka svetlo-napätie

Prevodník je kombináciou fotodiódy a transimpedančného zosilňovača v jednom integrovanom obvode. Aktívna plocha fotodiódy je 0.5 mm x 0.5 mm a senzor vníma žiarenie s vlnovou dĺžkou v rozsahu od 320 nm do 1050 nm.Výstupné napätie sa mení lineárne s intenzitou dopadajúceho žiarenia.

Obr2.jpg

Obr. 2: Funkčná schéma zapojenie prevodníka

Obr3.jpg

Obr. 3: Pohľad z hora prevodníka

Výstupom snímača je napätie, úmerné celého žiarenia ktoré detekuje a ktoré sú potom merané podľa hore uvedenej krivky spektrálnej citlivosti. Keď predmet je osvetlený iba červenou LED, tak snímač bude reagovať s napätím úmerným červenej zložky z farby predmetu a podobne s modrou a zelenou. Snímač a RGB LED diódy sú umiestnené vedľa seba v jednej plastickej trubice.


Použitie

Senzor používa 3 piny: regulované +5V napájanie, zem a sériový dátový pin s otvoreným kolektorom. Pri práci sme snímač napojili na skúšobnú dosku podľa Obr. 2. Museli sme dávať pozor, aby bol jumper vhodne nastavený, na Vdd a nie na Vin.

Obr2.png

Obr. 4: Schéma zapojenia snímača ColorPAL

Programovanie

Komunikácia s ColorPAL-om je realizovaná cez sériovú linku, prijímanie a odosielanie medzi 2400 a 7200 baudom. ColorPAL má v sebe zabudovaný pullup rezistor, preto nie je potrebné používať externý. Pretože používa open-drain protokol, pin ktorý sa používa na komunikáciu s ColorPAL-om by mal byť vždy nastavený ako vstupný, okrem prípadu keď je v stave 0. Pri inicializovaní snímača musíme čakať aby ColorPAL dal tento pin do jednotky predtým než začneme posielať príkazy.


Snímač môže pracovať v rôznych režimoch:

  • Priamy režim: príkazy sú prijímané a vykonávané ihneď
  • Bufferovací režim: príkazy sú prijímané a uložené do buffera pre použitie v budúcnosti
  • Vykonávací režim: príkazy, ktoré sú uložené do EEPROM pamäte, sa vykonajú


Snímač vieme resetovať tromi rôznymi spôsobmi:

  • Powerup: pri prvom zapnutí ColorPAL začne vykonávať príkazy, ktoré sú uložené vo vnútornej pamäti EEPROM na adrese 00. Pri novom, ešte neprogramovanom snímači tento program prejde do priameho módu.
  • Short Break: 7 milisekundová logická 0 resetuje snímač a začne sa vykonávať Powerup.
  • Long Break: 80< milisekundová logická 0 resetuje snímač a vstúpi do Priameho módu.

Obr20.jpg

Riešenie

Sériová linka používa piny D0 a D1 portu D mikropočítača. LCD panel,ktorý sme na paneli mali vopred zapojený používa tiež PORTD pre komunikáciu, kvôli čomu sme tento LCD modul nevedeli použiť na výpis výsledku merania snímača. Zapojili sme nový LCD modul, ktorý používa PORTB ako riadiacu zbernicu a PORTC ako dátovú zbernicu. Patričné zmeny sme vykonali aj v hlavičkových súboroch:

lcd.c, lcd.h

Presné zapojenie LCD modulu je na Obr.5.

Obr.5.jpg

Obr. 5: Zapojenie LCD modulu

Potrebovali sme pripojiť k projektu ešte ďalšie súbory:serial.c serial.h

Zdrojový kód nášho programu:

#include "lcd.h"
#include "serial.h"
#include <stdio.h>

char sgetc(void)
{
while ((UCSR0A & (1 << RXC0)) == 0)                // Počká kým sú prijaté dáta
	  {
	    //  Nerobí nič, pokiaľ nie sú dáta prijaté a nie je pripravené čítať z UDR
	  }; 
      return UDR0;                               // prijatý bajt sa uloží do UDR0  
}


int main(void)
{
char buffer[9];
inituart();

int i;

FILE mystdout = FDEV_SETUP_STREAM(sendchar, NULL, _FDEV_SETUP_WRITE); // "sendchar" je funkcia pre posielanie jedného znaku
		
inituart();                                                           //inicializácia sériovej linky
			_delay_ms(80);
unsigned char znak;
 			_delay_ms(2000);

     lcdInit4();                             // inicializacia v 4-bitovom rezime
     lcdControlWrite(1<<LCD_CLR);            // display clear
     lcdControlWrite(0x40);                  // pozicia 0,0

		lcdDataWrite(znak='A');   
		lcdDataWrite(znak='H');      //testovanie výpisu na LCD panel
		lcdDataWrite(znak='O'); 
		lcdDataWrite(znak='J'); 


 	stdout = &mystdout;           // Odteraz funguje printf();

   	DDRD&=0xF8;		//nastavenie používaných pinov D0,D1 a D2 ako vstupné
	PORTD=0x00;		//bez nastavenia pull-up rezistorov
	
	DDRD|=0x06;             //nastavenie pinov D1 a D2 ako výstupné
	PORTD=0x00;

		_delay_ms(80);  // 80 ms logická nula pre vstup do priameho módu 

	DDRD&=0xFA;             //nastavenie pinu D2 ako vstupný
inituart();

stdout = &mystdout;

/*	printf("=C!");
		_delay_ms(2000);
	printf("=R!");
		_delay_ms(2000);                       //testovanie RGB LED
	printf("=Q!");
		_delay_ms(2000);
	printf("=B!");
		_delay_ms(2000);*/

printf("=(00 @ m )!");                                //posielanie príkazu na opakované meranie-pred výstupný údaj vloží znak "@"
                                                      
DDRD&=0xF8;                                   // nastavenia pinov D0,D1 a D2 ako vstupné                                       
   for (;;)                                         
   {
	while(sgetc()!='@');                          //ak v prijatých dátach sa vyskytne znak "@"
	for(i=0;i<9;i++)                              //uloží nasledujúcich 9 znakov do bufferu
		buffer[i]=sgetc();                      
		lcdControlWrite(0xC0);                //skočí na druhý riadok LCD modulu
	for(i=0;i<9;i++)
		lcdDataWrite(buffer[i]);              //výpis znakov na LCD
	
	}
     for(;;);
     return 0;
}

Počas riešenia úlohy sa nám vyskytol problém že sme sa nevedeli dostať do priameho režimu. Presvedčili sme sa s osciliskopom že na dátovom pine snímača sa nevyskytuje 80 milisekundová log. 0 a preto sa snímač nedostal do požadovaného módu. Použili sme pin D2 portu D pre správne nastavenie log. 0 pre vstup do priameho módu. Posielaním príkazov sme nemali problém cez sériovú linku snímača, RGB LED sme vedeli vysvecovať pomocou LED príkazov podľa datasheet-u. Prijaté dáta sme vedeli zobrazovať len na termináli. Snímač nám vrátil 9 číslicové hexa kódy v tvare @RRRGGGBBB. Tento údaj nám dáva informáciu o tom, v akom pomere sú prítomné jednotlivé zložky (červená, zelená a modrá) žiarenia odrazeného od skúmanej farby. Jednotlivé hexa zložky sme premenili na decimálne hodnoty, ktoré sme potom prepočítali na RGB kód. Pomocou týchto RGB kódov sme prispeli ku grafickému zobrazeniu meranej farby použitím grafického editora. (Obr. 6) Prepočty jednotlivých farieb vidíme v tabulke:

Obr10.jpg


Záver

Vykonali sme pár meraní na týchto farbách s nasledovnými výsledkami:

Obr9.jpg

Obr. 6: Porovnanie reálnych a snímaných farieb so snímačom ColorPAL

Z výsledkov merania je zrejmé že snímač nie je celkom presný. K presnejšiemu meraniu potrebujeme nakalibrovať snímač a použiť korekciu.