Was ist ein Farbsensor: Funktionsweise und Anwendungen

In der Elektronik sind Sensoren die Geräte oder Module oder Detektoren oder Subsysteme, die zur Erkennung und Reaktion auf elektrische und optische Signale verwendet werden. Sensoren können physikalische Größen wie Temperatur, Feuchtigkeit, Geschwindigkeit usw. in ein elektrisches Signal umwandeln und die Informationen an andere elektronische Geräte wie den Prozessor senden. Sensoren werden in verschiedene Typen eingeteilt, um Temperatur, Kapazität, Wärme, Widerstand usw. zu messen. Es gibt Temperatursensoren, Näherungssensoren, Beschleunigungssensoren, Berührungssensoren, Farbsensoren, Drucksensoren, Lichtsensoren, IR-Sensoren, Ultraschallsensoren, Feuchtigkeitssensoren und viele mehr. Dieser Artikel beschreibt vollständig den Farbsensor.

Was ist der Farbsensor?

Definition: Diese Sensoren sind die photoelektrischen Geräte, die Licht emittieren können und die Farbe des reflektierten Lichts von einem Objekt zu erkennen. Diese Sensoren können die Intensität des von einem Objekt reflektierten Lichts erkennen und die Primärfarben wie Rot, Blau und Grün unterscheiden. Sie werden auch als Farbdetektoren bezeichnet.

Farbsensoren können das Objekt mit einer breiten Wellenlänge und einem breiten Lichtverhältnis beleuchten und die Lichtintensität der Grundfarben (Rot, Blau, Grün und Weiß) bestimmen. Das Verhältnis der Lichtintensität bestimmt die Menge des vom Objekt reflektierten und absorbierten Lichts.

Diagramm des Farbsensors

Der Schaltkreis des Farbsensors enthält empfindliche Filter, Sensor-Arrays, LEDs, Zielflächen und Empfänger. Wenn das helle rote Licht auf die Oberfläche des Objekts fällt, wird das gleiche rote Licht reflektiert und blaues Licht absorbiert. Diese Reflexion und Absorption werden von den Filtern bestimmt, die in diesen Sensoren verwendet werden.

Farbsensor

Arbeitsprinzip von Farbsensoren

Wie wir wissen, sind Farben die wichtigsten Attribute, um die Eigenschaften eines Objekts oder Materials zu erkennen und zu bewerten. Diese Sensoren sind also Detektoren, die die Farbe eines Objekts bei Lichteinfall erkennen und auch unerwünschtes UV-Licht und Infrarotlicht abweisen. Diese Sensoren reflektieren Licht und absorbieren Licht in der RGB-Skala mit unterschiedlichen Wellenlängen.

Generell arbeiten Sensoren nach dem Prinzip der Diffusor-Technologie. Diese werden in der Elektronik, Optik und Softwaretechnik eingesetzt, um die breite Palette von Farben zu erfassen. Wenn weißes Licht auf das Ziel beleuchtet wird, dann wird der Sensor mit 3 Filtern, die 3 verschiedene Wellenlängen haben, aktiviert und bestimmt die Farbe des Ziels in Bezug auf die RGB-Skala.

Farbsensoren arbeiten

Bei Glasfasern arbeiten die Farbsensoren nach dem Prinzip der internen Totalreflexion. Die Menge des vom Zielobjekt durchgelassenen und reflektierten Lichts hängt von den optischen Glasfasern ab. Wenn das weiße Licht über die Glasfaser auf das Zielobjekt fällt, erfasst dieser Sensor das vom Objekt reflektierte Licht über die Glasfaser und stellt es in den langen, kurzen und mittleren Wellenlängen dar. Der Abstand zwischen den beiden Farben ist der Abstand innerhalb des Farbraums.

Der Farbsensor TCS3200 verwendet beispielsweise drei Filter für drei Farben, um die vom Objekt reflektierte Farbe zu analysieren. Ein weiterer Filter ist für klar, d. h. ohne Filter. Der Filtertyp (Rotfilter, Grünfilter, Blaufilter und kein Filter) wird anhand der Fotodiodenstifte S2 und S3 ausgewählt, wie in der Abbildung dargestellt. Dieser Sensor gibt eine Rechteckwelle mit einem Tastverhältnis von 50 % aus. Der Wandler wird verwendet, um die Lichtintensität und die reflektierte Farbe in eine Frequenz umzuwandeln.

Die Frequenz des Ausgangs ist direkt proportional zur Lichtintensität und hängt von den Stiften ab, die den Frequenzwandler-Stiften S0 und S1 zugeführt werden, d.h. hoch/niedrig. Anhand des erhaltenen Ausgangs können wir die Frequenz des Lichts für 100%, 20% und 2% steuern. Dieses Ausgangsquadrat kann direkt an einen Mikrocontroller gegeben werden.

Merkmale

Die Merkmale des Farbsensors sind unten aufgeführt.

• Genauigkeit
• Umgebungsbedingungen
• Wellenlängenbereich
• Kalibrierung
• Auflösung
• Kosten
• Wiederholbarkeit
• Häufigkeit

Die Merkmale des Farbsensors TCS3200 sind nachstehend aufgeführt.

• Es handelt sich um einen TAOS-RGB-Sensorchip mit 4 Leds für 4 Filter (rot, blau, grün und klar).
• 8-Pin-SOIC-Gehäuse für Oberflächenmontage.
• Die Betriebsspannung beträgt 3-5 VDC mit PCB-Größe 2.4×2.8 cm.
• Ein Sensor wird auf der Oberfläche des Zielobjekts platziert und zeigt die Farbe auf einem seriellen Monitor an
• Einfache Betriebsspannung ist 2.7V bis 5.5V.
• Wandelt das empfangene Licht in die Frequenz mit hoher Auflösung um.
• Der Ausgang gibt die programmierbare Farbe und die Vollskalenfrequenz an.
• Power-down-Faktor
• Kommunikation direkt mit dem Mikrocontroller
• Unterstützt die Steuerung von LED-Lampen.
• Wird sowohl als Farbdetektor als auch als Farbidentifikator verwendet
• Konfiguration von Wellenlängen im nahen Infrarot – 750nm bis 2500nm und im fernen Infrarot – 6 bis 15 Wellenlängenbereich

Beispiele

Wenn Licht auf die Oberfläche eines Objekts fällt, wird ein Teil des Lichts reflektiert und ein anderer Teil wird absorbiert, je nach den Eigenschaften des Objekts. Hier erkennt dieser Sensor das reflektierte Licht und die Lichtintensität. Einige Beispiele für Farbsensoren sind Arduino-Farbsensor mit TCS3200, Farbsensor TCS3200, AS73211, TCS3400, TCS34715, TCS34727, ColorPAL-Sensor, SEN-11195, Lego Mindstorms EV3 und viele mehr.

Industrielle Farbsensoren verfügen über einen Sender für weißes Licht und separate Empfänger für R G und B. Dabei handelt es sich um 3 Filter für Rot, Grün und Blau mit den Wellenlängen 580nm, 540nm bzw. 450nm.
Der am weitesten verbreitete Farbsensor ist der Arduino-Farbsensor mit TCS3200 in Mikrocontrollern.

Wenn eine der Fotodioden in einem Array aktiviert wird, wird der Impuls des Arduino-Oszillators aktiviert, der mit dem Farbsensorausgang verbunden ist. Die Frequenz des Ausgangssignals wird berechnet und derselbe Prozess wird für die verbleibenden 3 Dioden für die 3 Farben R, G und B wiederholt. Die Ausgangsfrequenz wird im seriellen Terminal angezeigt und identifiziert die Farbe des reflektierten Lichts von der Oberfläche mit Hilfe der entsprechenden LED.

Anwendungen

Die Anwendungen der Farbsensoren umfassen die folgenden.

• Bestimmen von farbigen Produkten, Erkennen von codierten Markierungen, Erkennen von Datencodes auf einer Verpackung
• Farberkennung und Farbidentifikation
• Einsatz in der Bildverarbeitung, digitalen Signalverarbeitung und Objektidentifikation
• Einsatz in der Echtfarbenerkennung
• Unterscheidet verschiedene Farbtöne.
• Textilindustrie, Automobilindustrie, Lebensmittelindustrie, Druckindustrie, pharmazeutische Industrie, etc.sed in der Qualitätskontrolle in visuellen Inspektionswerkzeugen – überwachen die Farbveränderungen
• Prozesssteuerung, Produktion und Qualitätssicherung
• Kontrolliert, speichert und bewertet die sichtbaren Farben.
• Spektralsensorik zur Farbmessung
• Umgebungserfassung

So, hier geht es um den Farbsensor – Definition, Diagramm, Funktionsweise, Merkmale, Beispiele und Anwendungen. Hier ist eine Frage für dich “ Was sind die Vorteile des Arduino-Farbsensors?“