在线颜色识别传感技术的研究

论文摘要

随着工业自动化的发展,颜色已经逐渐成为许多产品质量评定的重要依据或指标。本文通过对颜色测量相关理论以及颜色测量经典方法的比较研究,确定采用最新的数字计算机技术,同时将颜色测量理论与现代控制技术相结合,研制一种具有较高精度、稳定性、抗干扰能力且价格低廉的在线式颜色测量系统,以满足工业生产在线颜色测量方面的需要。本文使用了一种最新的光源,即第四代绿色光源—白光高亮度LED作为系统的光源。并且对白光LED特性进行分析,设计了恒流驱动电路,保证发光质量。为了减少外界干扰、充分聚集信号和提高灵敏度,设计采用Y型光纤探头进行光谱信号的发射和接收。光源和感光元件采用一体式结构布置。选用德国MAZeT公司的MTCSiCT三原色传感器进行光电转换,并且对光电转换及信号放大电路进行了合理的设计。采用增强RISC的高性能八位单片机AT90S8535来实现控制系统,数字电位计X9241和单片机AT90S8535组成闭环回路,进行程控增益放大,根据A/D转换是否最佳来调整系统,获得最佳放大增益。性能优良的12位高速模数转换器AD9220与单片机高速模数转换电路,把光强度和三原色的每一色信号分别转化为12位数字量,通过高解析算法处理48位数字量。颜色检测中考虑光强影响,消除被测物体与传感器之间距离变化带来的测量误差。从而保证传感器测量速度非常快,并具有良好的精度和稳定性。输出采用两种形式:一种是四个PNP或NPN开集输出,可以连接继电器和PLC,特别适用于工业在线颜色分类检测;一种是RS232串行通讯接口,可连接计算机,通过软件显示颜色检测值。对于颜色检测软件,本设计特增加了设定颜色容差调节功能,提高了实用性。最后对本系统的稳定性、漂移和准确度等指标进行了计量测试和评价,对测量结果的进行分析和讨论说明,并提出可能的改进方向。本设计对类似光电颜色检测的研究提供了参考。所设计的颜色识别传感系统具有较好的应用前景,适合工业在线颜色检测和规模化使用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 颜色测量的基本理论与原理
• 2.1 光源
• 2.1.1 色与光的关系
• 2.1.2 光源色对物体颜色的影响
• 2.1.3 标准光源
• 2.2 颜色的特性
• 2.3 色度学的两个实验结论
• 2.4 CIE 标准色度系统
• 2.4.1 CIE1931RGB 三原色色度系统
• 2.4.2 1931CIE-XYZ 标准色度系统
• 2.4.3 CIE1964.XYZ 色度空间
• 2.4.4 CIE1964. L*u*v*均匀颜色空间
• 2.4.5 CIE1976 L*a*b*色度空间
• 2.5 颜色容差
• 2.5.1 CIELAB 容差方法
• 2.5.2 CIELCH 容差方法
• 2.5.3 CIE△Eab 容差方法
• 2.6 颜色测量的基本原理
• 第三章 系统方案设计
• 3.1 光电转换方案选择
• 3.2 系统方案
• 第四章 硬件系统设计
• 4.1 照明光源的设计
• 4.2 感光元件选择
• 4.3 传感器探头及光源和感光元件的结构布置设计
• 4.4 微弱信号处理
• 4.4.1 放大增益的级间安排
• 4.4.2 电流-电压转换及放大
• 4.4.3 调零电路
• 4.4.4 第二级放大电路
• 4.4.5 程控增益放大
• 4.4.6 非易失性数字电位计X9241
• 4.5 单片机系统
• 4.5.1 数据采样
• 4.5.2 A/D 转换
• 4.5.3 单片机的选择
• 4.5.4 数据存储电路（串行E2PROM 接口电路）
• 4.5.5 信号输出
• 4.6 AT90S8535 单片机与计算机通信采用串行通信
• 4.6.1 通用串行接口UART
• 4.6.2 通信接口电路
• 4.7 电源管理
• 第五章 软件设计
• 5.1 单片机系统软件设计
• 5.1.1 数据采集
• 5.1.2 在Windows 环境下串行通信程序设计
• 5.2 计算机测试管理软件
• 5.3 系统定标
• 5.3.1 零点校正
• 5.3.2 标准白板校正
• 第六章 实验结果分析
• 6.1 传感器性能
• 6.1.1 传感器稳定性
• 6.1.2 传感器的漂移
• 6.1.3 准确度
• 6.2 误差分析
• 6.2.1 产生误差因素
• 6.2.2 改进措施
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文