颜色测量实验系统的研制

论文摘要

本课题的目的是为了研制和开发一个研究生学习传感器的实验平台,以改善当前国内高校电工,电子信息类专业的教学实验条件,建设一个现代化的教学实验环境。本课题的实施,旨在建立研究生自主研究平台,为研究生教学提供开放式教学手段。本课题以颜色识别作为研究对象,设计了颜色数据采集模块,结合USB总线通信技术和Visual C++ 6.0开发平台,构成一个包含颜色检测模块和颜色生成模块的实验系统。本课题的工作是对整个系统的开发:硬件平台数据采集的设计及调试;USB接口硬件与固件程序的设计及调试;应用程序的设计与调试。本文首先研究了颜色测量的原理和USB技术,提出了一种用USB功能设备接口芯片解决数据采集系统接口问题的实施方案。考虑到应用USB2.0技术,使测量系统小型化和连接电路简单等方面的因素,采用嵌入微控制器的USB2.0控制器CY7C68013作为系统核心与颜色传感器TCS230共同完成颜色数据的采集工作,通过USB完成与PC机应用程序（基于Visual C++ 6.0开发）的通信功能,并由应用程序完成数据的显示,同时,应用程序提供颜色检测模块。本课题对系统进行了硬件和软件设计。硬件主要设计了传感器与USB2.0接口芯片CY7C68013的接口电路和USB芯片外围电路,解决USB接口芯片与主机通信问题。软件编程主要分为两部分:一是为获得数据的采集程序和固件程序编程;二是提供主机的应用程序。为提高系统性能,利用自适应神经模糊推理系统（ANFIS）和减法聚类对实验结果进行校正,有效减小了误差,得到了比较满意的优化结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景、目的和意义
• 1.2 国内外现状
• 1.2.1 工业应用
• 1.2.2 教学实验
• 1.3 本文研究的主要内容
• 1.4 本文的结构
• 第2章 颜色测量原理及方法
• 2.1 颜色的基本特性
• 2.2 颜色测量原理
• 2.2.1 RGB颜色传感器
• 2.2.2 色差传感器
• 2.3 颜色测量的难点
• 2.3.1 光源的影响
• 2.3.2 光源方位和观测方位的影响
• 2.3.3 被测物表反射状况的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 系统硬件设计
• 3.1 颜色传感器选择
• 3.1.1 TCS230 的结构框图与特点
• 3.1.2 TCS230 识别颜色的原理
• 3.1.3 白平衡与颜色识别
• 3.2 USB接口芯片选型
• 3.2.1 USB技术概述
• 3.2.2 USB接口芯片的选择
• 3.2.3 CY7C68013 芯片介绍
• 3.3 系统硬件实现
• 3.3.1 CY7C68013 与传感器接口电路及其外围电路设计
• 3.3.2 复位电路
• 3.3.3 电源管理
• 3.3.4 EEPROM电路设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 系统软件设计
• 4.1 USB固件的设计
• 4.1.1 固件程序的功能
• 4.1.2 固件框架
• 4.1.3 主程序
• 4.1.4 数据采集程序
• 4.2 应用程序的编写
• 4.2.1 Visual C++集成开发环境概述
• 4.2.2 应用程序设计
• 4.3 本章小结
• 第5章 硬件与软件的调试
• 5.1 硬件调试
• 5.2 软件调试
• 5.2.1 固件程序的调试
• 5.2.2 应用程序的调试
• 5.3 实验流程
• 5.4 结果分析
• 5.5 实验结果优化
• 5.5.1 ANFIS与减法聚类
• 5.5.2 优化方法
• 5.5.3 应用程序的实现和优化结果
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢