Cảm biến màu là một thiết bị được sử dụng để “đọc” màu sắc của ánh sáng. Có nhiều loại cảm biến màu khác nhau nhưng nhìn chung chúng đều hoạt động theo một nguyên lý cơ bản. Cấu tạo chung của các cảm biến màu là chúng gồm các photodiode để thu nhận ánh sáng. Và để thu được màu sắc như mong muốn mỗi một tế bào của cảm biến sẽ được phủ một tấm lọc màu, ví dụ như một tấm lọc màu xanh sẽ chỉ cho qua những tia sáng xanh hay tấm lọc màu đỏ sẽ chỉ cho qua các tia màu đỏ…Và để có thể nhận dạng được màu sắc thì sẽ có bộ chuyển đổi từ tín hiệu quang sang tín hiệu điện hay tần số.
Cảm biến màu được ứng dụng trong rất nhiều thiết bị như là camera, màn hình màu, trong các dây chuyền phân loại sản phẩm dựa theo màu sắc như phân loại và kiểm tra led, điều khiển quá trình máy dán nhãn và máy in… và đặc biệt là trong chế tạo các thiết bị đo màu.
Trong các thiết bị đo màu thì các cảm biến màu thường hay sử dụng là cảm biến màu RGB. Cảm biến màu RGB sử dụng các tấm lọc màu Red Green và Blue để có thể “đọc” được 3 ánh sáng Red, Green và Blue (các ánh sáng cơ bản) từ chùm ánh sáng chiếu tới nó.
Module cảm biến màu TCS3200 là một module cảm biến phát hiện đầy đủ màu sắc, bao gồm cả cảm biến TCS3200 với khả năng nhận biết 3 màu cơ bản RGB và 4 led màu trắng. Các TCS3200 có thể phát hiện và đo lường gần như tất cả màu sắc có thể nhìn thấy. Các bộ lọc màu bên trong TCS3200 được phân bố đều khắp các mảng để loại bỏ sai lệch vị trí giữa các điểm màu. Bên trong là một bộ dao động tạo ra sóng vuông ở ngõ ra tỉ lệ với cường độ màu sắc.
Nguyên lý hoạt động:
Hình 2.16 Sơ đồ khối chức năng
Khối đầu tiên là mảng ma trận 8×8 gồm các photodiode. Photodiode đơn giản là một linh kiện bán dẫn chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện.
16 photodiode có thể lọc màu đỏ (red)
16 photodiode có thể lọc màu xanh lá (green)
16 photodiode có thể lọc màu xanh dương (blue)
16 photodiode trắng không lọc (clear)
Tất cả photodiode cùng màu được kết nối song song với nhau, và được đặt xen kẽ nhau nhằm mục đích chống nhiễu.
Bản chất của 4 loại photodiode trên như là các bộ lọc ánh sáng có mầu sắc khác nhau. Có nghĩa nó chỉ tiếp nhận các ánh sáng có cùng màu với loại photodiode tương ứng và không tiếp nhận các ánh sáng có màu sắc khác.
Hình 2.17 Nguyên lý của cảm biến màu TCS3200
Khối thứ hai trong cảm biến màu TCS3200 là bộ chuyển đổi dòng điện sang tần số. Các giá trị đọc từ photodiode được chuyển đổi thành sóng vuông có tần số tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng phản xạ khỏi bề mặt của vật thể. Cuối cùng, chúng ta dùng vi điều khiển đề đọc sóng vuông ngõ ra và lấy kết
quả màu sắc. Tần số đầu ra của linh kiện điện tử TCS3200 trong khoảng
2HZ~500KHZ. Tần số đầu ra có dạng xung vuông với tần số khác nhau khi mà màu sắc khác nhau và cường độ sáng là khác nhau.
Ta có thể lựa chọn tỉ lệ tần số đầu ra ở các mức khác nhau cho phù hợp với phần cứng đo tần số.
Các thông số kỹ thuật cơ bản của cảm biến màu TCS3200: - Nguồn cấp: 2,7-5,5VDC.
- Chuyển đổi từ cường độ ánh sáng sang tần số với độ phân giải cao. - Có 3 đầu ra thể hiện tần số xung tương ứng 3 màu: đỏ, xanh dương, xanh lá (RGB).
Chức năng trong hệ thống:
- Sử dụng tính chất phản xạ của ánh sáng để nhận biết được màu sắc của vật thông qua ba màu cơ bản là đỏ, xanh lá và xanh dương.
- Đưa tần số lọc màu vào Arduino.
Ưu nhược điểm của cảm biến màu TCS3200:
Chi phí rẻ, dễ sử dụng với các loại vi điều khiển, vi xử lý.
Độ chính xác tương đối, phù hợp để làm những mô hình nhỏ.
Có thể bị nhiễu do tác động của ánh sáng bên ngoài nên cần có màng
chắn ngoài.