CN111256825A - 主动识别对象颜色的传感器的识别方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种主动识别对象颜色的传感器的识别方法及系统，包括：步骤1：分时控制RGB三个二极管依次点亮；步骤2：依次采集光电管的电压数据，分析RGB的各个分量数据；步骤3：进行各个分量的合成运算，根据合成数据确定颜色；步骤4：CPU输出特定频率的PWM波；步骤5：用两级RC滤波后输出稳定的模拟电压，不同的颜色对应输出不同的电压值。本发明传感器体积小，容易安装；传感器灵敏度高，输出信号简单，识别颜色丰富，抗自身干扰。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，具体地，涉及一种主动识别对象颜色的传感器的识别方法及系统。
背景技术
在青少年教育机器人的传感器世界里，有各种功能的传感器。比如在巡线机器人中，光感传感器能够识别地面的白色和黑色，以实现沿着黑线前进的目的。最近几年，彩色如红色、绿色和蓝色，加入到巡线的图形中，代替了部分黑线，尤其是一些有分叉路线的地方，用彩色来指定正确的通行路径。那么，用传统的光感传感器就不能准确的识别彩色。本发明所述的传感器，就是针对这种用途，而设计的一种高灵敏度的颜色传感器。
青少年教育机器人的巡线任务中，机器人能够识别白色背景中的黑线，其中黑线约2厘米宽度。最近几年，随着传感器技术的发展，巡线任务提高了难度。在黑色路径分叉路线的地方，用彩色(红、绿、蓝中的一种)代替黑色，用来指定正确的通行路径，如图1所示，机器人由左向右前进至菱形入口时，绿色代表可以通行、红色代表禁止通行。
用常规的识别黑色和白色的传感器，不能准确的区分红色和绿色，所以需要寻找一款颜色传感器。市面上有一类颜色传感器，是基于集成64个光电二极管的芯片，这类传感器有三个缺点以致不能被大家广泛使用：
1.需要4个高亮的LED照亮被测物体，一般体积比较大，不便于安装；
2.被测物体反射的光线通过64个光电二极管后，需要进行数据处理，有一定的时间延时，在运动的机器人上工作时，不能及时检测到宽度为2厘米的彩线；
3.输出数据为一定频率的方波，机器人数据采集时专业性太强，不适合青少年使用。
鉴于这些问题，本发明本着解决这3类问题的原则，发明了一种小体积的、高灵敏度的、输出信号简单的颜色识别传感器。
专利文献CN208171445U(申请号：201820400909.X)公开了一种颜色传感器，包括控制模块、三基色RGB光电传感器U3、灰度光电传感器U4和供电模块，本实用新型的三基色RGB光电传感器U3能对彩色物体进行检测，并将检测得到的信号输送至控制模块，控制模块对检测的信号进行分析运算，灰度光电传感器U4对灰度的物体进行检测，并将检测得到的信号输送至控制模块，控制模块对检测的信号进行分析运算。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种主动识别对象颜色的传感器的识别方法及系统。
根据本发明提供的主动识别对象颜色的传感器的识别方法，包括：
步骤1：分时控制RGB三个二极管依次点亮；
步骤2：依次采集光电管的电压数据，分析RGB的各个分量数据；
步骤3：进行各个分量的合成运算，根据合成数据确定颜色；
步骤4：CPU输出特定频率的PWM波；
步骤5：用两级RC滤波后输出稳定的模拟电压，不同的颜色对应输出不同的电压值。
优选地，所述传感器的响应时间为800us。
优选地，所述传感器通过“PWM+两级RC滤波”进行输出。
优选地，所述传感器的尺寸大小为16mm*30mm。
优选地，所述传感器包括一个φ4的安装孔。
优选地，所述传感器的PCB颜色为黑色。
优选地，所述传感器的工作时离地高度为8-20mm。
优选地，所述传感器的工作时离地高度为13mm。
根据本发明提供的主动识别对象颜色的传感器的识别系统，包括：
模块M1：分时控制RGB三个二极管依次点亮；
模块M2：依次采集光电管的电压数据，分析RGB的各个分量数据；
模块M3：进行各个分量的合成运算，根据合成数据确定颜色；
模块M4：CPU输出特定频率的PWM波；
模块M5：用两级RC滤波后输出稳定的模拟电压，不同的颜色对应输出不同的电压值。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明传感器体积小，容易安装；
2、本发明传感器灵敏度高，完全能够适应运动的机器人检测彩色线条；
3、本发明传感器输出信号简单，输出信号为模拟电压，机器人采集时只需用ADC即可，简单实用；
4、本发明传感器识别颜色丰富，能够满足机器人对颜色识别的需求；
5、本发明传感器抗自身干扰。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为通行路径示意图；
图2为本发明传感器工作原理图；
图3为颜色识别传感器硬件部分示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明巧妙的采用“三原色分时检测、集中合成处理”的方法。如图2所示，一个周期内,红色LED、绿色LED、蓝色LED的点亮时间各占1/3，每个LED灯点亮时，其他两个LED灯呈关闭状态，LED关闭之前，CPU通过ADC模块采集光电管上的电压信号；一个周期结束后，CPU就能获得红、绿、蓝三个LED反射的一组电压信号，这一组电压信号就对应了被检测物体颜色的RGB分量；最后通过计算确定出颜色的种类。
颜色识别传感器硬件部分如图3。
采用RGB三原色的发光二极管，光电管采用高速响应的光电二极管，CPU模块采用高速低功耗的32位STM32芯片。
高灵敏度的主动识别对象颜色的传感器工作步骤如下，
第一、CPU模块分时控制RGB三个二极管依次点亮；
第二、CPU模块依次采集光电管的电压数据，分析RGB的各个分量数据；
第三、CPU模块进行各个分量的合成运算，根据合成数据确定颜色；
第四、CPU内部没有集成ADC模块，CPU输出特定频率的PWM波；
第五、后级的输出模块用两级RC滤波后输出稳定的模拟电压，不同的颜色对应输出不同的电压值，方便机器人采集信号。
本发明有以下五个特点：
1、传感器小体积，尺寸是16mm*30mm，比较小巧，集成一个φ4的安装孔，很容易固定安装在机器人上面；
2、传感器高灵敏度，响应时间约为800us，完全能够适应运动的机器人检测彩色线条；
3、传感器输出信号简单，输出信号为模拟电压，机器人采集时只需用ADC即可，简单实用；
4、传感器识别颜色丰富，能够识别的颜色有：黑色、白色、红色、绿色、蓝色和黄色，能够满足机器人对颜色识别的需求；
5、传感器抗自身干扰，传感器的PCB采用黑色，因为常见的红色、绿色、蓝色和白色被发光管反光后，干扰目标对象的颜色。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (9)
1.一种主动识别对象颜色的传感器的识别方法，其特征在于，包括：
步骤1：分时控制RGB三个二极管依次点亮；
步骤2：依次采集光电管的电压数据，分析RGB的各个分量数据；
步骤3：进行各个分量的合成运算，根据合成数据确定颜色；
步骤4：CPU输出特定频率的PWM波；
步骤5：用两级RC滤波后输出稳定的模拟电压，不同的颜色对应输出不同的电压值。
2.根据权利要求1所述的主动识别对象颜色的传感器的识别方法，其特征在于，所述传感器的响应时间为800us。
3.根据权利要求1所述的主动识别对象颜色的传感器的识别方法，其特征在于，所述传感器通过“PWM+两级RC滤波”进行输出。
4.根据权利要求1所述的主动识别对象颜色的传感器的识别方法，其特征在于，所述传感器的尺寸大小为16mm*30mm。
5.根据权利要求1所述的主动识别对象颜色的传感器的识别方法，其特征在于，所述传感器包括一个φ4的安装孔。
6.根据权利要求1所述的主动识别对象颜色的传感器的识别方法，其特征在于，所述传感器的PCB颜色为黑色。
7.根据权利要求1所述的主动识别对象颜色的传感器的识别方法，其特征在于，所述传感器的工作时离地高度为8-20mm。
8.根据权利要求1所述的主动识别对象颜色的传感器的识别方法，其特征在于，所述传感器的工作时离地高度为13mm。
9.一种主动识别对象颜色的传感器的识别系统，其特征在于，包括：
模块M1：分时控制RGB三个二极管依次点亮；
模块M2：依次采集光电管的电压数据，分析RGB的各个分量数据；
模块M3：进行各个分量的合成运算，根据合成数据确定颜色；
模块M4：CPU输出特定频率的PWM波；
模块M5：用两级RC滤波后输出稳定的模拟电压，不同的颜色对应输出不同的电压值。
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| CN107990984A (zh) * | 2017-12-19 | 2018-05-04 | 江苏海大纺织机械股份有限公司 | 一种具有颜色识别系统的定型机 |
| CN108593113A (zh) * | 2018-04-11 | 2018-09-28 | 彩丽电子（深圳）有限公司 | 一种颜色识别的处理方法及系统 |
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