色敏探测器教学实验仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种色敏探测器教学实验仪，包括颜色采集器、核心控制器和上位机，其中：颜色采集器设置在一密封盒内，颜色采集器包括光源、颜色探测器和聚光透镜，颜色探测器四周通过黑色柱形壁封闭，光源分布在黑色柱形壁的四个角，光源产生的光通过聚光透镜聚焦后照射到待测物上，经待测物反射后的光线再通过聚光透镜照射到颜色探测器上，颜色探测器将光信号转换成电信号输出；核心控制器与颜色探测器连接，上位机通过串口与核心控制器连接。本实用新型专利技术的色敏探测器教学实验仪结构简单，实现成本低。

【技术实现步骤摘要】
色敏探测器教学实验仪
本技术涉及教学实验仪，尤其涉及一种色敏探测器教学实验仪。
技术介绍
目前，光电信息科学与工程、测控技术与仪器、应用物理、电子科学与技术、电子信息科学与技术、电气工程及其自动化、通信工程、信息工程等专业的本科生专业实验课都设有光电技术实验课，光电技术实验课的目的是通过研究性学习巩固、加深、验证理论课所学内容，增加学生对学科前沿内容的认识与实践，培养学生在所学专业领域内分析问题、解决问题的能力。颜色检测仪器广泛的应用在纺织、印染、电子产品、印刷等行业的颜色管理领域中；而且，颜色检测在日常生活中的应用越来越广泛。但是，目前还没有教学用的色敏探测器教学实验仪，现有技术的颜色检测仪大都体积大，价格昂贵，以国外生产的颜色检测仪居多，因此在色敏探测器类光电子教学的过程中，教师只能以书面方式进行授课，无法通过实践进一步引导学生，不利于学生的进步。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题在于针对现有技术中色敏探测器教学实验仪体积大，价格昂贵的缺陷，提供一种结构简单，实现成本低的色敏探测器教学实验仪。 本技术解决其技术问题所采用的技术方案是: 提供一种色敏探测器教学实验仪，包括颜色采集器、核心控制器和上位机，其中: 颜色采集器设置在一密封盒内，颜色采集器包括光源、颜色探测器和聚光透镜，颜色探测器四周通过黑色柱形壁封闭，光源分布在黑色柱形壁的四个角，光源产生的光通过聚光透镜聚焦后照射到待测物体上，经待测物体反射后的光线再通过聚光透镜照射到颜色探测器上，颜色探测器将光信号转换成电信号输出； 核心控制器与颜色探测器连接，采集颜色探测器输出的电信号并转换为待测试物的RGB数据，然后输出给上位机；该核心控制器还包括参数设置按钮、扩展模块以及调试/下载接口 ； 上位机，通过串口与核心控制器连接，接收其输出的RGB数据并处理，最后将处理的结果进行显示。 本技术所述的色敏探测器教学实验仪中，颜色探测器采用TCS3200D色敏探测器芯片。 本技术所述的色敏探测器教学实验仪中，光源为四个白色LED。 本技术所述的色敏探测器教学实验仪中，核心控制器采用主控芯片STM32F103RBT6。 本技术所述的色敏探测器教学实验仪中，所述扩展模块为将主控芯片STM32F103RBT6剩余可使用的I/O 口引出的排阵。 本技术所述的色敏探测器教学实验仪中，所述颜色探测器和聚光透镜通过铁架台夹子固定在铁架台支架上。 本技术产生的有益效果是:本技术色敏探测器教学实验仪利用了颜色探测器可以直接将光转化为频率输出的特点，简化了电路，核心处理器将颜色探测器输出的数字信号进行处理，将进行处理后的RGB数据通过上位机进行校正和显示。本技术的色敏探测器教学实验仪结构简单，实现成本低，能够引导学生熟悉实验原理，锻炼学生的动手能力，启发学生创新精神，能使教师将书本知识与实践相结合，提高授课质量。 【附图说明】 下面将结合附图及实施例对本技术作进一步说明，附图中: 图1是本技术实施例的结构示意图； 图2是色敏探测器教学实验仪的结构示意图； 图3是TCS3200D原理框架图； 图4是频率测量流程图； 图5是色敏探测器教学实验仪核心控制器的控制流程图。 【具体实施方式】 为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。 本技术实施例的色敏探测器教学实验仪实现结构简单，实现成本低，能够引导学生熟悉实验原理，锻炼学生的动手能力。主要包括颜色采集器、核心控制器和上位机。 颜色采集器设置在一密封盒26内，该密封盒26可使全部的白光照射到待测物体29上，避免了光线的损失，排除周围环境光线的干扰。 其中，颜色采集器包括光源21、颜色探测器22和聚光透镜25，颜色探测器22四周通过黑色柱形壁28封闭。光源21可使用5mm白光直插式led发光二极管，分布在黑色柱形壁28的四个角，光源21产生的光通过聚光透镜25聚焦后照射到待测物体29上，经待测物反射后的光线再通过聚光透镜25照射到颜色探测器22上，颜色探测器22将光信号转换成电信号输出； 用黑色柱形壁28将颜色探测器22周围封闭，颜色探测器22正对的那一面不封口，黑色柱形壁28用于降低四周光源21的干扰。 本技术的一个实施例中，颜色探测器22和聚光透镜25可利用铁架台夹子24固定在铁架台23支架上，其高度均可以进行调节。 核心控制器与颜色探测器22通过信号线连接，信号线接口 27包括地线、颜色探测器的5路信号以及为颜色探测器22和光源21提供工作电压的电源线，核心控制器采集颜色探测器22输出的电信号并转换为待测试物的RGB数据，然后输出给上位机；该核心控制器还包括参数设置按钮、扩展模块以及调试/下载接口 ； 上位机，通过串口与核心控制器连接，接收其输出的RGB数据并处理，最后将处理的结果进行显示。 本技术的一个实施例中，颜色探测器22采用TCS3200D芯片，其有效光敏面大小为1.98mm*1.98mm。芯片四角各设有I个白色LED，四个白色LED构成补光模块，可使四个LED均与黑色柱形壁28的开口处成30° — 60°的夹角。使用时，将黑色柱形壁28置于待测样品上方进行检测，4个LED光源在密封盒26内发出白光照射到待测样品，然后待测样品反射出的光线进入黑色柱形壁28内被TCS3200D接收，密封的空间使全部的白光照射到被测物体上，避免了光线的损失，TCS3200D周围的黑色柱壁，使得被测物体反射的光更好的被TCS3200D探测到，减少LED白光被TCS3200D探测到的可能，保证色敏探测器输出准确的频率，提高系统精确度。 颜色探测器22通过色敏探测器芯片TCS3200D将LED光源通过颜色测试样品反射后到达色敏探测器的光转换成占空比为50%的频率信号输出；如图2所示，核心控制器包括MCU模块1003、参数设置按钮1006、串口通信模块与电源模块1005、扩展模块1002、JTAG/SffD模块1004即调试/下载接口，将颜色探测器22中输出的频率信号进行采集并通过相关运算以得到颜色测试样品的RGB数据，并将得到的RGB数据传到上位机即数据处理与结果显示模块1007，其中参数设置按钮1006设置MCU模块1003进入白平衡程序或者样品颜色探测程序，MCU模块1003选用ST公司的STM32F103RBT6为主控芯片，控制与协调其它各模块完成各自的工作，其中，STM32F103RBT6的引脚PA5、PA6、PA7、PA8、PA0分别与颜色探测器的5路信号线相连，PA5、PA6、PA7、PA8控制与驱动颜色探测器22，PAO接收测量到的三路颜色频率信息。串口通信以及电源模块1005为核心控制器的所有模块以及颜色探测器22供电并实现上位机的通信，扩展模块1002与JTAG/SWD模块1004用于学生自主学习其它扩展实验，扩展模块1002为将主控芯片STM32F103RBT6剩余可使用的I/O 口引出的排阵；数据处理与结果显示模块1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种色敏探测器教学实验仪，其特征在于，包括颜色采集器、核心控制器和上位机，其中：颜色采集器设置在一密封盒内，颜色采集器包括光源、颜色探测器和聚光透镜，颜色探测器四周通过黑色柱形壁封闭，光源分布在黑色柱形壁的四个角，光源产生的光通过聚光透镜聚焦后照射到待测物体上，经待测物体反射后的光线再通过聚光透镜照射到颜色探测器上，颜色探测器将光信号转换成电信号输出； 核心控制器与颜色探测器连接，采集颜色探测器输出的电信号并转换为待测试物的RGB数据，然后输出给上位机；该核心控制器还包括参数设置按钮、扩展模块以及调试/下载接口；上位机，通过串口与核心控制器连接，接收其输出的RGB数据并处理，最后将处理的结果进行显示。

【技术特征摘要】
1.一种色敏探测器教学实验仪，其特征在于，包括颜色采集器、核心控制器和上位机，其中: 颜色采集器设置在一密封盒内，颜色采集器包括光源、颜色探测器和聚光透镜，颜色探测器四周通过黑色柱形壁封闭，光源分布在黑色柱形壁的四个角，光源产生的光通过聚光透镜聚焦后照射到待测物体上，经待测物体反射后的光线再通过聚光透镜照射到颜色探测器上，颜色探测器将光信号转换成电信号输出； 核心控制器与颜色探测器连接，采集颜色探测器输出的电信号并转换为待测试物的RGB数据，然后输出给上位机；该核心控制器还包括参数设置按钮、扩展模块以及调试/下载接口 ； 上位机，通过串口与核心控制器连接，接收其输出的RGB数...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨应平，张菁，陈梦苇，胡昌奎，贾信庭，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42