基于顏色傳感器的紙幣面值識別系統(tǒng)設計

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1、基于顏色傳感器的紙幣面值識別系統(tǒng)設計　　摘要本文主要介紹利用顏色傳感器TCS230與單片機AT89C51構(gòu)成紙幣面值顏色識別系統(tǒng).系統(tǒng)利用顏色傳感器的對不同面值紙幣的顏色進行檢測，將檢測的R、G、B值送入單片機中，單片機通過程序處理將R、G、B值轉(zhuǎn)化為HSL顏色空間數(shù)據(jù)，從而判斷紙幣的顏色，最終確定紙幣的面值?！　　娟P鍵詞】紙幣面值識別顏色傳感器單片機　　1引言　　本系統(tǒng)通過顏色傳感器與單片機的組合來判別紙幣面值。系統(tǒng)中采用TAOS推出的彩色光到頻率轉(zhuǎn)換的顏色傳感器TCS230，將光電二極管與電流頻率

2、轉(zhuǎn)換器集成在一個單一的CMOS電路上，同時在單一的芯片上集成紅、綠、藍三種濾光器，將顏色傳感器直接與單片機進行連接，將傳感器輸出信號通過單片機進行數(shù)據(jù)處理，將處理結(jié)果與實際紙幣的顏色進行比對從而來判斷紙幣面值。　　2紙幣面值識別系統(tǒng)方案設計　　2.1方案總體設計　　本系統(tǒng)以單片機AT89C51為控制核心，外部電路包括寬度檢測電路、顏色傳感器信號采集電路、液晶顯示電路，報警電路、電機驅(qū)動等。當紙幣到達顏色傳感器的檢測范圍時，顏色傳感器對所投入的紙幣進行面值識別，記錄紙幣的面值顏色所對應的R、G、B值，最

3、終將各種傳感器的信號傳入單片機，單片機通過程序處理判斷紙幣面值大小。　　2.2紙幣顏色識別系統(tǒng)硬件設計　　2.2.1顏色傳感器識別原理　　由三原色感應原理可知，如果知道構(gòu)成各種顏色的三原色的值，就能夠知道所測試物體的顏色。對于TCS230來說，當選定一個顏色濾波器時，它只允許某種特定的原色通過，阻止其他原色的通過。當選擇紅色濾波器時，入射光中只有紅色可以通過，藍色和綠色都被阻止，這樣就可以得到紅色光的光強；同時，選擇其他的濾波器，就可以得到藍色光和綠色光的光強。通過這三個值，就可以分析投射到TCS23

4、0傳感器上的光的顏色。　　2.2.2顏色識別系統(tǒng)硬件設計　　主電路設計中將顏色傳感器TCS230與單片機AT89C51進行連接，顏色傳感器的管腳S0、S1、S2、S3分別與單片機的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3管腳連接，顏色傳感器的輸出端把脈沖信號輸出到單片機的P1.5管腳，給顏色傳感器VCC端口接入5V電源，同時GND端口接地?！　纹瑱C通過管腳P1.0、P1.1、P1.2、P1.3的高、低電平的輸出從而控制顏色傳感器的工作狀態(tài)。顏色識別時，單片機依次選擇顏色傳感器的紅色濾波器（S2=L、S

5、3=L）、藍色濾波器（S2=L、S3=H）、?G色濾波器（S2=H、S3=H），并且通過計數(shù)器記錄下各種濾波器狀態(tài)下的脈沖個數(shù)，在通過白平衡時計算出的比例因子進行換算，換算后的結(jié)果即為此面值紙幣所對應的的R、G、B值。　　2.3紙幣顏色識別系統(tǒng)軟件設計　　系統(tǒng)總體框圖2所示，系統(tǒng)總體包括兩大部分內(nèi)容，一是通過顏色傳感器進行顏色識別，顏色識別前對顏色傳感器進行白平衡調(diào)整，通過顏色傳感器檢測出紙幣的R、G、B值；另一部分是數(shù)據(jù)處理，通過顏色傳感器傳來的R、G、B值在單片機內(nèi)部進行程序處理，將R、G、B值轉(zhuǎn)

6、換成我們眼睛比較直觀的HSL數(shù)據(jù)，將HSL數(shù)據(jù)進行顏色比對從容判斷出紙幣的面值?！　?.3.1顏色檢測　　首先對顏色傳感器白平衡調(diào)整，在傳感器上方10mm左右正對放置白色物體，我們設置一個固定時間10ms。然后我們通過依次選通傳感器的檢測基色（每個通道都是10ms），分別得到三個脈沖個數(shù)的值，紅色為X個脈沖，綠色為Y個脈沖，藍色為Z個脈沖。然后A為紅色比例因子，B為綠色比例因子，C為藍色比例因子，那么A=255/X，B=255/Y，C=Z/255。這樣我們就完成了比例因子的計算。當檢測紙幣顏色的時候，

7、（程序中的檢測時間也需要設置為10ms）。選擇不同的濾光鏡分別得到R、G、B后，再分別乘以上面計算的比例因子A、B、C就可以得到紙幣顏色所對應的R、G、B值。　　2.3.2數(shù)據(jù)處理　　單片機將得到的R、G、B值裝換到顏色識別領域的HSL空間，其中H表示色相，S表示飽和度、L表示亮度，HSL空間可用模型表示。色相H的變化范圍對應0度到360度，S可用直徑表示，L可用高度表示。　　物體顏色的差異主要取決于H值得大小。本系統(tǒng)中R、G、B值到HSL空間轉(zhuǎn)化算法如下：設max為R、G、B中的最大者，min為三個

8、中的最小值，H的取值在之間，S和L的取值在0～1之間。　　根據(jù)大量10元紙幣、5元紙幣、1元紙幣投入實驗得到相應的R、G、B值，再將R、G、B轉(zhuǎn)換為相應的HSL空間數(shù)據(jù)，在這里主要考H值得大小，數(shù)據(jù)顯示各面值的紙幣對應色相值H的范圍，參照表1?！　?結(jié)論　　本系統(tǒng)在實際的測試過程中基本可以滿足紙幣通過顏色來對面值的識別，對紙幣顏色相近的情況增加了紙幣寬度的識別，從而保證面值識別的準確定，基本可以滿足大多數(shù)場合的應用，同時系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，具有一定的