Датчик цвета – это разновидность фотоэлектрического датчика с находящимися внутри корпуса передающим и принимающим устройством. Передатчик представлен трехцветным светодиодом, излучающим световые волны. Последние улавливаются приемником (светочувствительным датчиком), который измеряет интенсивность попадающего на него света. Датчик цвета измеряет длины волн, относящихся к трем основным цветам цветового спектра: красному, синему и зеленому. На основе комплексного анализа длин волн получают истинный цвет объекта или света.
Описание
Датчик цвета позволяет определять цвет поверхности. По сути это два устройства в одном – трехцветный светодиод и датчик освещенности, которые можно использовать по отдельности.
Принцип работы: Датчик цвета имеет два основных компонента -трехцветный (RGB) светодиод, который излучает красный, синий и зеленый свет, а также светочувствительный датчик (фоторезистор), который определяет интенсивность падающего на него света.
Белый свет состоит из всех цветов радуги. Когда свет падает на поверхность, некоторые цвета поглощаются, а некоторые отражаются. Отраженные цвета – это цвета воспринимаемого нами объекта.
Для измерения и определения количества цвета с помощью электронной схемы, вам необходимо измерить интенсивность различных длин волн света, отраженного от поверхности. Самый простой способ сделать это – осветить поверхность разными цветами и измерить, какой из цветов поверхность отражает лучше.
Измеряя отраженный свет для каждого цвета можно вычислить цвет объекта.
Для улучшения результатов измерений следуйте следующим советам:
- Избегайте попадания на фоторезистор прямых лучей и яркого света
- Располагайте датчик так, чтобы фоторезистор был максимально в тени
- Не производите измерения постоянно, делайте между измерениями небольшие паузы.
- Составляйте программу так, чтобы измерения начинались тогда, когда объект в поле зрения датчика и не двигается.
- Каждое измерение занимает около 0.4 секунды. Если измерение началось, когда в поле зрения был объект одного цвета (или его не было совсем), а закончилось на другом объекте, результат будет с большой вероятностью неверным.
- Подносите объект максимально близко к датчику, он может даже упираться в светодиод – так будет максимально изолироваться внешнее освещение.
- При конструировании модели помещайте датчик в короб, собранный из конструктора. Это увеличит точность измерения.
Подключение
Датчик использует два стандартных 3-пиновых разъема, однако, подключается не совсем обычно:
Коннектор 1 (без цветового обозначения) подключается в любой из портов IN контроллера “Трекдуино”, сигнальный провод этой шины подключен к фоторезистору, поэтому, подключив только эту шину, вы сможете использовать датчик как датчик освещенности.
Коннектор 2 (с цветовой маркировкой) служит для управления трехцветным светодиодом. Каждый из проводов подключен напрямую соответствующему каналу светодиода. Наклейка с цветовой маркировкой на коннекторе указывает, к какому из каналов соответствует каждый из проводов. Подключается в любые три порта OUT и в любые порты IN контроллера “Трекдуино”. Подключается горизонтально в верхнюю (сигнальную, «S») линию контактов.. Для того, чтобы использовать только RGB-светодиод, коннектор №1 все равно придется подключить, т.к. земляной провод (GND) общий для светодиода и фоторезистора.
Программирование
Блоки, необходимые для работы с датчиком цвета, расположены в группе блоков «Датчики».
Каждый раз при перезагрузке программы, использующей датчик цвета, в момент выполнения блока Настройка датчика цвета будет производится калибровка датчика под текущие условия освещения. Процедура калибровки выполняется следующим образом:
- Трехцветный светодиод датчика мигнет три раза белым светом. Это означает, что процедура калибровки запущена.
- В течение 3 секунд поднесите к датчику любую белую отражающую поверхность, например, белый лист. Через 3 секунды датчик поочередно загорится красным, зеленым, синим цветом.
- Как только датчик погаснет, поднесите к датчику любую черную поверхности. У вас есть на это 3 секунды. Через 3 секунды датчик просканирует разными цветами черную поверхность.
- Процедура калибровки окончена. Программа выждет 5 секунд и продолжит нормальную работу.
Для удобной работы с датчиком, сделайте 2 карточки 5х8 см. черного и белого цвета.
Датчик цвета
- 1) Напряжение питания: 5В
- 2) Определяемые цвета: 5 – черный, белый, красный, синий, зеленый
- 3) Расстояние до определяемой поверхности – 0-2 см
- 4) Способ определения цвета: по отраженному свету
Применение датчиков света
Приборы данного типа применяются в различных областях, среди которых:
- медицина – для оснащения некоторых видов диагностической аппаратуры;
- промышленность – для управления производственными процессами, проверки наличия цветовых меток, оперативного контроля за работой печатных машин и принтеров;
- проектирование систем освещения – при помощи датчиков света измеряют цветовую температуру света;
- электроника – для контроля согласованной работы светодиодов RGB, подсветки ЖК-дисплеев и телеэкранов, анализа длины волны различных источников излучения;
- системы безопасности – для получения наилучших результатов распознавания предметов.
Датчики цвета в виде фотореле также используют в быту, в частности, с их помощью можно организовать освещение территории по восходу и заходу солнца.
Принцип работы датчика цвета
Датчики цвета можно разделить на два типа:
- Освещает исследуемый предмет светом широкого спектра, который включает в себя все длины волн синего, красного и зеленого диапазона. Приемник ловит отраженный от предмета свет и определяет длину его волны.
- Освещает исследуемый предмет волнами синего, красного и зеленого спектра, после чего устанавливает соотношение между длинами световых волн, отраженных этим предметом, и длинами волн, принятых приемником.
Когда фотоны бомбардируют металлическую поверхность, свободные электроны возбуждаются и начинают хаотичное движение, создавая условия для возникновения электрического тока. Количество свободных электронов находится в зависимости от энергии фотона, иными словами, от длины волны падающего света. Электроны отрываются от металлической поверхности, когда длина световой волны меньше ее порогового значения. Под пороговой длиной волны (пороговой частотой) понимается частота фотона с энергией, достаточной для высвобождения электрона.
Предмет красного цвета отражает волну красного света, если на него попадает свет с большой длиной волны (620-760 нм). Белый предмет отражает все световые волны видимого спектра (380-760 нм). Объект черного цвета не отражает ничего: черный цвет не имеет длину волны, его просто не существует в природе. Под черным цветом подразумевается отсутствие видимого света.
Для преобразования энергии света в поток электронов служат фотодиоды. Они особенно чувствительны к коротковолновому излучению, поэтому обнаруживают свет в инфракрасном спектре точнее, чем в видимом или ультрафиолетовом спектре. Фотодиод работает по такому же принципу, как и диод с РN переходом. Отличие состоит в том, что у фотодиода вместо не пропускающего свет корпуса используется прозрачная линза, концентрирующая пучок света на РN-переходе. В фотодиодах используются компоненты из кремния и германия.
В некоторых датчиках света применяются фоторезисторы (LDR). Эти устройства обладают способностью изменять внутреннее сопротивление под воздействием световой энергии. Как только интенсивность падающего на фоторезистор света возрастает, сила тока увеличивается, а сопротивление резистора уменьшается. В фоторезисторах присутствует ячейка из сульфида кадмия – полупроводник с большим сопротивлением и высокой чувствительностью к ИК-излучению. В ряде моделей LDR встречаются такие редкие соединения как сульфид свинца (PbS), селенид свинца (PbSe) и антимонид индия (InSb). Тем не менее, реакция фоторезистора на падающий свет остается сравнительно медленной (несколько секунд).
В белом свете присутствуют все цвета радуги. При попадании света на поверхность предмета одна часть световых волн поглощается, а другая отражается. Отраженные волны формируют цвета видимого нами предмета. Чтобы определить количество цветов, используя электронную схему, требуется измерить длины волн, отраженных от поверхности объекта. Простейший способ это сделать – осветить объект разными цветами и определить, какой из них отражается с большей интенсивностью.
В нижеприведенной таблице приводятся соотношение цветов основного видимого спектра (RGB) в увязке с цветом поверхности предмета.
Примеры использования в проектах
Servo servo_port_OUT4
setup
setupColorSensorOUT1 OUT2 OUT3 IN1
servo_port_OUT4.OUT4
servo_port_OUT4.
loop
getColor
servo_port_OUT4.
delay
servo_port_OUT4.
