Thiết kế hệ thống phân loại cà chua theo màu sắc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI CÀ CHUA
THEO MÀU SẮC

MÃ SỐ: SV2019 - 127

SKC 0 0 6 9 6 8

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2019


BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: Lê Bá Tân

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN
THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI CÀ CHUA THEO MÀU SẮC
SV2019 - 127

Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật

TP Hồ Chí Minh, 10/2019


BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: Lê Bá Tân

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN
THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI CÀ CHUA THEO MÀU SẮC
SV2019 - 127

Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật

SV thực hiện: Nguyễn Trung Hiếu

Giới tính: Nam

MSSV: 16143066

SV thực hiện: Lê Thành Cơng

Giới tính: Nam

MSSV: 16143030

Dân tộc: Kinh
Lớp: 16143CL3
Năm thứ: 4

Khoa: Đào tạo chất lượng cao
Số năm đào tạo: 4

Ngành học: Công nghệ chế tạo máy

Người hướng dẫn: Thạc sĩ Lê Bá Tân

TP Hồ Chí Minh, 10/2019


BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: Lê Bá Tân

Mục Lục
I/ PHƯƠNG PHÁP NHẬN DIỆN CÀ CHUA: ........................................................... 1
II/ CÁC CƠ SỞ LÝ THUYẾT HƯỚNG ĐẾN VIỆC PHÂN LOẠI CÀ CHUA ...... 2
1/ BƯỚC SÓNG VÀ HIỆN TƯỢNG PHẢN XẠ ÁNH SÁNG: ................................. 2
2/ HIỆU ỨNG QUANG ĐIỆN..................................................................................... 6
3/ ĐIỐT QUANG ....................................................................................................... 10
III/ CÁC DỤNG CỤ DÙNG TRONG HỆ THỐNG PHÂN LOẠI.......................... 13
1/ CẢM BIẾN MÀU SẮC CÔNG NGHIỆP ............................................................. 13
2/ CẢM BIẾN TCS3200 ............................................................................................ 15
3/ CẢM BIẾN VẬT CẢN HỒNG NGOẠI E18-D80NK .......................................... 22
4 /HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÍ NÉN .................................................................. 25
5/ ARDUINO.............................................................................................................. 30

IV/ THI CƠNG MƠ HÌNH: ........................................................................................ 44
V/ KẾT QUẢ, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ ............................................................. 47
VI: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ........................................................... 48


BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: Lê Bá Tân

Danh mục bảng biểu:
Bảng 2.1: Bước sóng ánh sáng…………………………………………………..
Bảng 2.2 Vùng bước sóng các chất bán dẫn……………………………………..
Bảng 3.1 Sơ đồ chân……………………………………………………………..
Bảng 3.2 Lựa chọn 4 loại photodiote…………………………………………….
Bảng 3.3 Chọn mở rộng tần số đầu ra……………………………………………
Bảng 3.4 Thông số mạch Arduino UNO R3……………………………………..


BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: Lê Bá Tân

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
1. Thông tin chung:
- Tên đề tài: Thiết kế hệ thống phân loại cà chua theo màu sắc
- SV thực hiện: Nguyễn Trung Hiếu

Mã số SV: 16143066

Lê Thành Công
- Lớp: 16143CL3

Mã số SV: 16143030

Khoa: Đào tạo chất lượng cao

Năm thứ: 4

Số năm đào tạo: 4

- Người hướng dẫn: Th.S Lê Bá Tân
2. Mục tiêu đề tài: Phân loại trái cà chua thành 2 màu xanh và đỏ
3. Tính mới và sáng tạo: Giá thành rẻ
4. Kết quả nghiên cứu: Phân loại thành công thành 2 màu xanh và đỏ trong quá trình vận chuyển cà
chua.
5. Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng
của đề tài:
Giúp tự động hóa q trình sản xuất gia tăng năng xuất.
6. Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp chí nếu có) hoặc nhận
xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có): Khơng có

Ngày 11

tháng 3

năm 2019

SV chịu trách nhiệm chính
thực hiện đề tài
(kí, họ và tên)

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề tài (phần này do
người hướng dẫn ghi):

Ngày 11
Xác nhận của Trường
(kí tên và đóng dấu)

tháng 3

năm 2019

Người hướng dẫn
(kí, họ và tên)


BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: Lê Bá Tân

I/ PHƯƠNG PHÁP NHẬN DIỆN CÀ CHUA:
- Để nhận dạng cà chua có 2 cách để nhận diện:
+ Nhận dạng bằng hình ảnh
+ Nhận dạng thơng qua màu sắc ( hay bước sóng của ánh sáng trái cà
chua truyền tới )
-

Ở đây vì điều kiện về kinh tế nên chúng ta sử dụng phương án thứ 2

1


BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: Lê Bá Tân

II/ CÁC CƠ SỞ LÝ THUYẾT HƯỚNG ĐẾN VIỆC PHÂN
LOẠI CÀ CHUA
1/ BƯỚC SÓNG VÀ HIỆN TƯỢNG PHẢN XẠ ÁNH SÁNG:
a/ Bước sóng:
-

Như đã biết cà chua bao gồm nhiều màu nhưng ta xét đến 2 màu cơ bản mà
chúng ta hay dùng để nhận biết đó là xanh và đỏ.

-

Đối với mắt người việc nhìn thấy màu sắc của một vật thể là hồn tồn bình
thường nhưng ln ln có màu sắc khác nhau trong các vật thể ta nhìn thấy

-

Sự khác biệt trong màu sắc giữa các vật thể xuất phát từ 2 chữ “ánh sáng”

-

Ánh sáng là từ phổ thông dùng để chỉ các bức xạ điện từ có bước sóng nằm

trong vùng quang phổ nhìn thấy được bằng mắt thường của con người (tức là từ
khoảng 380 nm đến 700 nm). Giống như mọi bức xạ điện từ, ánh sáng có thể
được mơ tả như những đợt sóng hạt chuyển động gọi là photon. Ánh sáng do
Mặt Trời tạo ra còn được gọi là ánh nắng (hay còn gọi là ánh sáng trắng bao
gồm nhiều ánh sáng đơn sắc biến thiên liên tục từ đỏ đến tím)

2


BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

-

GVHD: Lê Bá Tân

Màu sắc: là tính chất của cả vật thể và ánh sáng mà ta có thể quan sát được bằng
mắt và não. Nói một cách khác, màu sắc là hiện tượng gồm 3 thành tố: nguồn
sáng, vật thể và người quan sát.

-

Ánh sáng: là một phần của quang phổ điện từ, và mắt người chỉ nhạy cảm với
những bước sóng ở giữa dãy quang phổ. Khi bức xạ của của dãy quang phổ
chạm đến mắt người, mắt cảm nhận được ánh sáng và màu sắc. (1)

-

Dưới đây là các thông số về bước sóng ánh sáng:

3

BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: Lê Bá Tân

Bảng 2.1: Bước sóng ánh sáng

b/ Phản xạ ánh sáng:
-

Trong chuyển động sóng, phản xạ là hiện tượng sóng khi lan truyền tới bề mặt
tiếp xúc của hai môi trường bị đổi hướng lan truyền và quay trở lại môi trường
mà nó đã tới. Các ví dụ về phản xạ đã được quan sát với các sóng như ánh sáng,
âm thanh hay sóng nước.

-

Sự phản xạ của ánh sáng có thể là phản xạ định hướng (như phản xạ trên gương)
hay phản xạ khuếch tán (như phản xạ trên tờ giấy trắng) tuỳ thuộc vào bề mặt
4


BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: Lê Bá Tân

tiếp xúc. Tính chất của bề mặt cũng ảnh hưởng đến sự thay đổi biên độ, pha hay
trạng thái phân cực của sóng. (2)

c/ Kết luận:
-

Dựa vào bước sóng và hiện tượng phản xạ ánh sáng việc phân loại màu sắc là
hoàn toàn khả thi

-

Cà chua gồm 2 màu cần phân loại đó là Xanh lá và Đỏ, tức là bước sóng Đỏ (
640 – 760) và Lục (500 – 575)

 Từ những thứ trên việc phân loại cà chua ta có thể sử dụng bước sóng của màu
trái cà chua phản xạ lại để thu được kết quả.

5


BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: Lê Bá Tân

2/ HIỆU ỨNG QUANG ĐIỆN
a/ Hiện tượng:
-

Khi bề mặt của một tấm kim loại được chiếu bởi bức xạ điện từ có tần số lớn
hơn một tần số ngưỡng (tần số ngưỡng này là giá trị đặc trưng cho chất làm nên
tấm kim loại này), các điện tử sẽ hấp thụ năng lượng từ các photon và sinh ra
dòng điện (gọi là dòng quang điện).

Hiện tượng quang dẫn
-

Khi các điện tử bị bật ra khỏi bề mặt của tấm kim loại, ta có hiệu ứng quang
điện ngồi (external photoelectric effect). Các điện tử không thể phát ra nếu tần
số của bức xạ nhỏ hơn tần số ngưỡng bởi điện tử không được cung cấp đủ năng
6


BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: Lê Bá Tân

lượng cần thiết để vượt ra khỏi rào thế (gọi là cơng thốt). Điện tử phát xạ ra
dưới tác dụng của bức xạ điện từ được gọi là quang điện tử.

-

Ở một số chất khác, khi được chiếu sáng với tần số vượt trên tần số ngưỡng,
các điện tử không bật ra khỏi bề mặt, mà thoát ra khỏi liên kết với nguyên tử, trở
thành điện tử tự do (điện tử dẫn) chuyển động trong lòng của khối vật dẫn, và ta
có hiệu ứng quang điện trong (internal photoelectric effect). Hiệu ứng này dẫn
đến sự thay đổi về tính chất dẫn điện của vật dẫn, do đó, người ta cịn gọi hiệu
ứng này là hiệu ứng quang dẫn. (3)

b/ Các định luật quang điện và giải thích
-

Có nhiều người đưa ra các mơ hình giải thích khác nhau về hiệu ứng quang điện
tuy nhiên đều không thành công do sử dụng mơ hình sóng ánh sáng. Albert

Einstein là người giải thích thành cơng hiệu ứng quang điện bằng cách sử dụng
mơ hình lượng tử ánh sáng. Heinrich Hertz và Stoletov là những người nghiên
cứu chi tiết về hiệu ứng quang điện và đã thành lập các định luật quang điện.

-

Ở mỗi tần số bức xạ và mỗi kim loại, cường độ dòng quang điện (cường độ
dòng điện tử phát xạ do bức xạ điện từ) tỉ lệ thuận với cường độ chùm sáng tới.

-

Với mỗi kim loại, tồn tại một tần số tối thiểu của bức xạ điện từ mà ở dưới tần
số đó, hiện tượng quang điện khơng xảy ra. Tần số này được gọi là tần số
ngưỡng, hay giới hạn quang điện của kim loại đó.

-

Ở trên tần số ngưỡng, động năng cực đại của quang điện tử không phụ thuộc
vào cường độ chùm sáng tới mà chỉ phụ thuộc vào tần số của bức xạ.

-

Thời gian trong quá trình từ lúc bức xạ chiếu tới và các điện tử phát ra là rất
ngắn, dưới 10−9 giây.
7


BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
-

GVHD: Lê Bá Tân

Albert Einstein đã sử dụng Thuyết lượng tử để lý giải hiện tượng quang điện.
Theo liên hệ Planck–Einstein, mỗi photon có tần số 𝑓 sẽ tương ứng với một
lượng tử năng lượng có năng lượng 𝜖 = ℎ. 𝑓

-

Ở đây, h là hằng số Planck.

-

Năng lượng mà điện tử hấp thụ được sẽ được dùng cho 2 việc:
 Thoát ra khỏi liên kết với bề mặt kim loại (vượt qua cơng thốt Φ)
1

 Cung cấp cho điện tử một động năng ban đầu 𝐸𝑘𝑚𝑎𝑥 = 𝑚𝑣 2
2

-

Như vậy, theo định luật bảo tồn năng lượng, ta có thể viết phương trình:
ℎ. 𝑓 = 𝛷 + 𝐸𝑘𝑚𝑎𝑥

-

Do động năng ln mang giá trị dương, do đó, hiệu ứng này chỉ xảy ra khi:
ℎ. 𝑓 ≥ 𝛷 = ℎ. 𝑓0
có nghĩa là hiệu ứng quang điện chỉ xảy ra khi 𝑓 ≥ 𝑓0
𝑓0 = 𝛷/ℎ chính là giới hạn quang điện của kim loại. (4)

c/ Hiệu ứng quang dẫn
-

Trong nhiều vật liệu, hiệu ứng quang điện ngồi khơng xảy ra mà chỉ xảy ra
hiện tượng quang điện trong (thường xảy ra với các chất bán dẫn). Khi chiếu các
bức xạ điện từ vào các chất bán dẫn, nếu năng lượng của photon đủ lớn (lớn hơn
độ rộng vùng cấm của chất, năng lượng này sẽ giúp cho điện tử dịch chuyển từ
vùng hóa trị lên vùng dẫn, do đó làm thay đổi tính chất điện của chất bán dẫn
(độ dẫn điện của chất bán dẫn tăng lên do chiếu sáng). Hoặc sự chiếu sáng cũng
tạo ra các cặp điện tử - lỗ trống cũng làm thay đổi cơ bản tính chất điện của bán
dẫn. Hiệu ứng này được sử dụng trong các photodiode, phototransitor, pin mặt
trời...

8


BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: Lê Bá Tân

Pin năng lượng mặt trời được chế tạo từ hiện tượng quang điện

Linh kiện bán dẫn

d/ Kết luận:
-

Việc tính tốn được tần số của các bước sóng Đỏ và Lục là hoàn toàn khả thi.

-

Từ hiện tượng trên rõ ràng hiện tượng quang điện là giải pháp cho việc tiếp
nhận các bước sóng phản xạ từ trái cà chua ra.
9


BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: Lê Bá Tân

3/ ĐIỐT QUANG
a/ Khái niệm:
Điốt quang hay Photodiode là một loại Điốt bán dẫn thực hiện chuyển đổi photon
thành điện tích theo hiệu ứng quang điện.

Các photon có thể là ở vùng phổ ánh sáng nhìn thấy, hồng ngoại, tử ngoại, tia X, tia
gamma. Khi photon xâm nhập lớp hoạt động của photodiode là tiếp giáp p-n hoặc
cấu trúc PIN, sẽ tạo ra điện tích làm phát sinh dịng điện. Tùy theo cách thức chế
tạo, mà dòng điện này nhỏ và photodiode dùng làm cảm biến photon, hay dòng điện
đủ lớn để làm nguồn điện như trong pin mặt trời.
Cảm biến photodiode có ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện tử, đặc biệt là các
thiết bị đo đạc, giám sát, truyền dẫn thông tin, điều khiển,... Chúng được chế tạo từ
dạng đơn lẻ để cảm biến trạng thái nào đó như giấy trong khay của máy in cịn hết,
đến dạng tích hợp mảng lớn (Array) như cảm biến ảnh với hàng triệu phần tử như
cảm biến CCD.
Để làm việc với vùng phổ ánh sáng chọn lọc thì các màng lọc phù hợp được phủ lên
bề mặt photodiode.
10

BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: Lê Bá Tân

b/ Nguyên lý hoạt động:
Photodiode được làm bằng một số chất bán dẫn liệt kê dưới đây, và vùng phổ ánh sáng
làm việc. Phạm vi của ánh sáng nhìn thấy là từ 380 nm đến 780 nm.
Chất bán dẫn

Ký hiệu hóa

Vùng bước sóng (nm)

Silicon

Si

190–1100

Germani

Ge

400–1700

Arsenua indi

InAs

800–2600

Sulfua chì(II)

PbS

1000–3500

Tellua cadmi-thuỷ ngân

HgCdTe

400–14.000

Tellua cadmi

CdTe

5000–20.000

Bảng 2.2: Vùng bước sóng các chất bán dẫn
Photodiode có cấu trúc lớp hoạt động là tiếp giáp p-n, loại mới hơn thì là cấu trúc PIN.
Khi photon có năng lượng đủ lớn xâm nhập lớp hoạt động này sẽ bị hấp thụ, và theo
hiệu ứng quang điện tạo ra cặp điện tử-lỗ trống. Nếu hấp thụ xảy ra trong vùng nghèo
của tiếp giáp hoặc vùng khuếch tán, điện trường của vùng nghèo làm các hạt mang
điện dịch chuyển, lỗ trống về anode còn điện tử về cathode, làm phát sinh dòng điện.

11

BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: Lê Bá Tân

Thơng thường thì điốt có dịng điện dị, ở photodiode gọi là dịng tối, là dịng khi khơng
có photon chiếu vào. Dòng điện qua photodiode là tổng của dòng quang điện và dịng
dị. Để tăng độ nhạy cảm biến thì cơng nghệ chế tạo phải hạn chế được dịng dị.

Hiệu ứng quang điện là hiện tượng gắn liền với chất bán dẫn, nên khi chế các linh kiện
không hoạt động với photon thì phải bố trí che ánh sáng đi. Các che chắn khơng phải là
tuyệt hồn hảo, nên máy điện tử có thể lỗi hoặc hỏng khi vào vùng nhiễu cao, chẳng
hạn vùng chiếu tia X, tia gamma mạnh hay trong vũ trụ. (5)

12


BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: Lê Bá Tân

III/ CÁC DỤNG CỤ DÙNG TRONG HỆ THỐNG PHÂN
LOẠI
1/ CẢM BIẾN MÀU SẮC CÔNG NGHIỆP

a/ Đặc điểm chung
- Cảm biến màu Omron dòng E3ZM-V được thiết kế nhỏ gọn hơn 90% so với E3M-V
- Cải thiện khả năng phân biệt màu sắc với LED trắng và xử lý tín hiệu RGB
- Cảm biến màu Omron dòng E3ZM-V được trang bị 2 chức năng teaching: Teaching 2
điểm và tự động teaching (6)

b/ Thông số kỹ thuật
13


BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Loại phát hiện
Khoảng cách
phát hiện
Đối tượng phát
hiện
Nguồn cấp
Thời gian đáp
ứng
Điều chỉnh độ
nhạy
Nguồn sáng
Chế độ hoạt
động

GVHD: Lê Bá Tân

Phản xạ khuếch tán
12 ± 2 mm

Phát hiện màu
10-30 VDC
50ms

Teaching
LED trắng 450-700nm

Đặt teaching

Ngõ ra

NPN; PNP open collector

Tính năng bảo

Nối ngược cực nguồn, ngắn mạch, nối ngược cực ngõ ra, chống

vệ

tác động lẫn nhau

Kiểu đấu nối
Cấp bảo vệ
Phụ kiện (Mua
riêng)

Cáp dài 2m (Tiêu chuẩn)
Giắc nối M8
IP67 (IEC 60529)
Giá đỡ

Nhận xét: Do giá thành sản phẩm cao nên nhóm quyết định khơng đầu tư vơ sản phẩm
này

14

BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: Lê Bá Tân

2/ CẢM BIẾN TCS3200
a) Tổng quan
Cảm biến màu hoạt động dựa trên nguyên tắc hấp thụ và phản xạ ánh sáng.
Chuyển đổi cường độ ánh sáng thành tần số hoặc giá trị điện áp. Sau đó tần số, giá trị
điện áp này được đưa qua một bộ chuyển đổi. Chính tần số hoặc giá trị điện áp này
sẽ quyết định màu sắc đã cảm nhận được.
Cảm biến TCS3200 có bộ lọc màu, nó chỉ cho phép nhận biết một màu và các
màu khác sẽ bị chặn lại. Ví dụ khi lựa chọn các bộ lọc màu đỏ thì chỉ có ánh sáng tới
là màu đỏ mới có thể được thơng qua, màu xanh và màu xanh lá cây sẽ được ngăn
chặn, nên chúng ta nhận được ánh sáng đỏ và tương tự các màu khác cũng vậy
Cảm biến khi có ánh sáng và chuyển đổi nó thành tần số nhất định. sau đó tần số
này được đưa vào một bộ chuyển đổi tần số. Tần số được tạo ra, tương ứng với màu
sắc của ánh sáng, tạo ra một tần số nhất định. tần số đầu ra này sau đó sẽ quyết định
màu sắc đã cảm nhận được. Vì vậy, về cơ bản là ánh sáng đã được chuyển đổi thành
một tần số. Mỗi màu sắc có tần số riêng của nó. Vì vậy, đây là cách cảm biến này có
thể phân biệt giữa các màu sắc.

15


BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: Lê Bá Tân

b) Tính năng
 Chuyển đổi cường độ ánh sáng thành tần số có độ phân giải cao.

 Lập trình lựa chọn bộ lọc màu sắc khác nhau và dạng tần số xuất ra.
 Dễ dàng giao tiếp với vi điều khiển.
 Điện áp đầu vào 2.7-5.5V.

GND

GND

OE

Enable (Mức Thấp)

OUT

Đầu ra tín hiệu tần số

VCC

2.7V đến 5.5V

S0

Dùng để lựa chọn tỉ lệ tần số

S1

Dùng để lựa chọn tỉ lệ tần số

S2

Lựa chọn kiểu photodiode

S3

Lựa chọn kiểu photodiode

Bảng 3.1:sơ đồ chân

c) Nguyên lý hoạt động
 Cấu tạo cảm biến TCS3200 gồm 2 khối như hình vẽ phía dưới:

16


BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: Lê Bá Tân

+ Khối đầu tiên là mảng ma trận 8x8 gồm các photodiode. Bao gồm 16
photodiode có thể lọc màu sắc xanh dương (Blue), 16 photodiode có thể lọc màu đỏ
(Red), 16 photodiode có thể lọc màu xanh lá (Green) và 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 màu sắc
khác nhau. Có nghĩa nó chỉ tiếp nhận các ánh sáng có cùng màu với loại photodiode
tương ứng và khơng tiếp nhận các ánh sáng có màu sắc khác.
Việc lựa chọn 4 loại photodiode này thông qua 2 chân đầu vào S2, S3(11):

17

BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: Lê Bá Tân

Bảng 3.2: Lựa chọn 4 loại photodiode

Khối thứ 2 là bộ chuyển đổi dòng điện từ đầu ra khối thứ nhất thành tần số:

Bảng 3.3: Chọn mở rộng tần số đầu ra
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 như bảng trên cho
phù hợp với phần cứng đo tần số.
-Nguyên lý hoạt động :
Ánh sáng trắng là hỗn hợp rất nhiều ánh sáng có bước sóng màu sắc khác nhau .
Khi ta chiếu ánh sáng trắng vào một vật thể bất kì .Tại bề mặt vật thể sẽ xảy ra hiện
tượng hấp thụ và phản xạ ánh sáng
18


BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

GVHD: Lê Bá Tân

Màu sắc bất kì được tổng hợp từ 3 mầu cơ bản Blue,Green,Red :

Dựa trên nguyên lý sự phản xạ , hấp thụ ánh sáng trắng của vật thể và sự phối
chộn màu sắc bởi 3 màu cơ bản Blue,Green,Red thì TCS3200 có cấu tạo là 4 bộ lọc

photodiode Blue,Green,Red và clear để nhận biết màu sắc vật thể.
Với điều kiện test là ánh sáng có bước sóng λp = 470 nm(Dải màu Blue),λp = 524
nm(dải
màu Green),λp = 640 nm(dải màu Red) thì 4 bộ lọc photodiode sẽ cho ra tần số khác
nhau.Tần số ra lớn nhất khi ánh sáng chiếu vào cảm biến cùng loại photodiode được
chọn
vì khi đó photodiode sẽ hấp thụ nhiều nhất(7)

d) Arduino giao tiếp với cảm biến màu sắc TCS3200

19