基于TCS颜色传感器的色彩识别器的设计-外文翻译【实用文档】doc

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SｅｎｓingcoloｒｗiththeＴＡOSTＣS２30基于TCS颜色传感器的色彩识别器的设计外文翻译【实用文档】doc文档可直接使用可编辑，欢迎下载ＴheＴAOSTCS23０iｓasmａll,ｈighｌyiｎｔeｇratedcolorseｎｓｉｎgｄevicｅｐackagediｎacｌearplastiｃ8-ｐiｎSＯIC.Itｒeports,asanaｌoｇfrequency,theａmｏuntofshortｗave（bluｅ),meｄiumwaｖe(greeｎ），ｌongwave(reｄ）,andwiｄeｂaｎd（whitｅ)optｉcalｐowｅriｎcidenｔonｔotｈedｅvｉcｅ.Ｉｔｃanbeusedinavarｉｅtｙofcoｌorseｎsｉngappliｃatioｎs.Dｅtailｓofｔhｅｄevｉcｅcanbｅｆｏundiｎitsdatasheｅt.ＴhisｗhitepaperdeｔaｉlsthｅcｏnｃeｐtsａndｃaｌculatioｎsinvolvedｉncolorsensinｇｕｓingtheTＣＳ２３0.WewillusetheＣolorChecｋerchaｒtａsanoｐｔicａｌstimｕlustowｏrｋｔhrouｇhanｕｍerｉcaｌexampleofcolorsensｉｎg．Ｔｈechart，dｅｐicｔｅdinFigure1，isｍａnufactuｒeｄanddisｔribｕtedbyGretagＭaｃbeth.Tｈechartmｅａｓuｒeｓapprｏxiｍately13inchesｂy9incｈeｓ(３30mmｂy230mm）；itｃontaｉnｓ24coloｒedpatｃhesａｒrangedinａ6by４array.Fｉgures2thｒｏｕｇh5oｖeｒleaｆshoｗthesｐectrａlrefｌectａnceofthepatｃhｅsiｎeａｃhoｆthｅfouｒrowsofthechart–ｔhatiｓ,tｈefraｃｔiｏnofincideｎtliｇhｔthatｉsreｆlｅｃteｄ（wｉthrｅsｐecｔtoaｎideａｌｄｉffuseｒefleｃｔoｒ）,ａsafuｎcｔiｏnofｗaｖelｅｎgthfｒoｍ350nmto750nm.Figｕre1ＴheColｏｒＣhｅｃkercｏｎtaiｎｓ18coｌｏredpａｔcｈesanda６-stepｇrayseriｅs.Ｆｉgｕrｅ2ColｏrChecｋerspectra，toprｏw.Fｉgure３ColorＣｈecｋerspｅcｔrａ,secondrow．Fiｇｕre４ColorCheｃkｅrspectra,thirｄroｗ．Fｉgｕre５ColorChｅckerspeｃｔra，ｂｏtｔomroｗ（neuｔｒalseries）Ｆｉgurｅ6Conesensｉtiｖｉtiｅsofcｏｎeｐｈotorecepｔorｓareｓhowｎ．Tｈeｓhorｔｗave－ｓｅnsitｉvepｈotorｅceptorｓaｒemuｃhlｅｓsｓｅnsｉtｉｖｅｔｈaｎｔｈeothertwotypes。Ｔｈｅrespｏnseｓｏftｈeｍediuｍwａveandlongwaｖephotｏreｃeptoｒｓhａveaｇrｅatｄealofoverlap。Visiｏniｓnｏtsensｉtivetothepreciｓewavelenｇtｈoｆtｈｅsｔimulus:Ｗhatatterｓisoptiｃalpoweriｎteｇraｔedunｄerｅacｈｒｅsponｓecurve.ＩｎｔrodｕctionｔocolｏrvisionPhotoｒeceptorｃｅｌlｓｃalｌedconｅsinthereｔinaarerｅspｏnsibleｆorｈumancolorｖisioｎ．Thereareｔｈreｅｔypesofｃonecells，ｓenｓiｔiveｔolongwave，ｍedｉuｍｗaｖｅ,ａndsｈorｔｗaveradiationwiｔhiｎｔheｅlectro-ｍａgnｅticｓpeｃtrumbｅｔweenａbouｔ４００ｎmanｄ700nm。Bｅcaｕseｔhecoｎesensitivitiesareｖerｙrouｇhｌyｉnｔhepartsｏfthespｅｃtrｕmthatａppearｒed，ｇrｅen,aｎdblue,colorｓcientistｓdeｎoｔeｔhecelltｙpeｓasρ，γ,anｄ,ｔheＧreｅkleｔｔerｓforr，g,aｎdｂ．（ToｄenｏｔethｅsｅｎsｏrsR，Ｇ，andBwｏuldｗｒｏnｇlｙｓｕggestaclｏseｒｃorreｓpｏndｅnｃe。）EｓtimatｅsofthesｐecｔｒalresponsｅoftｈeconetypeｓａregｒａｐheｄinFigure６above．Lｉghtiｎtheｐｈｙsicalwｏrlｄcanbｅcharａcｔerizedbｙspectrａlpowｅrdistribuｔｉonｓ（SＰDs）．Cｏlorｅｄobjectscaｎbｅcharaｃterｉzeｄbyｓpectralrｅｆｌeｃtancｅｃurves,suchastｈｏseofthｅColorCｈeckｅr。Howｅver,ｖisioｎｉsinsensｉｔivｅtotheexａctwaｖelengtｈofastimｕlｕs：Acｃordiｎgｔｏthｅmodernｔheoryofcoloｒｓｃienｃe，aｌlthａｔmaｔtｅrｓisｔｈeiｎｔegraｌoｆoptｉcalpoｗerundernｅａｔhｅacｈｒｅｓponsｅｃｕrve.Ｔｈａｔｔｈｅreareｅｘactlｙthrｅetypesofｃoneｃｅlｌｓleadstothｅpropertｙoftriｃhromaticｉty:Thrｅeｃomponentｓareｎｅcessaｒｙanｄsuffｉcienttochaｒacteｒiｚecoｌor。Someｐeoｐleｍighｔusetｈephraｓe“colorassenｓeｄbytheeyｅ,”ｂutIcon—sidｅｒthａtqｕalifiertoberｅdundanｔatｂeｓt，ａnｄmisleａdｉｎgａtwoｒst:Coｌorisｄefineｄbｙvｉsion，ｓotherｅｉsnoｎeｅdtousethｅｑｕalifyingphrase“aｓseｎsｅdbythｅeye,”ｏrtｏuseｔheadjｅcｔｉvevｉsｉblｅwhenreferｒingtｏcolor.OｖeｒｖｉewofCIECｏｌorｉmetryＴｈespectrａlresponsｅｓｏfthecｏnecellsｔhatＩgｒapheｄiｎFigurｅ6wｅｒeｕnavailaｂｌｅtoｒesｅaｒcｈersinｔhe19２0s.Ｒesｅarｃherｓatthetimeusｅdpsyｃhophyｓicａlexpeｒiｍｅnts,suｃｈasｔhefamoｕscoloｒｍaｔcｈingｅｘｐerｉment，toteaseouttheｄatａ．TheＣIＥisｔeｒnａtｉonalboｄyresponｓibleforcolｏrstandards。In193１，tｈａtorganiｚatｉｏnaｄoｐteｄtｈｅcolorｍaｔchingfuncｔionsｄenoteｄｘ（λ)，ｙ(λ）,andｚ（λ）,ｇｒaphedinFigｕｒe7。Fiｇｕre７CIＥ19３1,２°ｃoｌoｒ—matchiｎgｆｕnctiｏns。Acamerawith3sensorsmuｓｔhavｅthｅsespecｔralrｅspｏｎｓecｕrｖｅs,ｏrlinearcombｉnａtioｎsoｆthem,iｎｏrderｔｏcaptureaｌlcoloｒｓ.Howevｅr,prａctiｃalconｓiderａtionsmaｋeｔｈisdiｆficuｌt.Thｅｓｅanalysisfunｃtｉonsarｅnｏtcoｍｐarａblｅｔｏspectralｐowｅrdistｒiｂｕtioｎs！WeightinｇapｈｙsicａｌSＰDunderｅaｃhoftｈesethreｅcｕrves（ｔhａｔis，fｏｒｍingthewａvelengｔh－bｙ—wａｖelengthpｒoｄuct），andｓumminｇtheresｕｌts，ｆormsaｔripleｏｆｔhrｅenuｍｂｅrs，ｄeｎotｅdX，Y，andZ.Incontinuousmatｈemａｔicｓ，thrｅｅintｅgraｌsneedtoｂecｏｍputｅｄ；indiscretemath，amaｔrixｐrｏductｉｓsuｆficieｎt。TheX，Ｙ，aｎdZｔristｉm—ulusvalueschaｒａcterizｅcoｌor．Theyaｒelｉｎear-lｉghtquａntiｔｉes，prｏｐor—ｔioｎaltooptiｃaｌpower,tｈatiｎcorpｏraｔｅｔheｗaveｌｅngｔhsenｓitivｉtyｏfｈumanviｓｉoｎ。ＴheYvａlｕeisｌuminance，whiｃhiｓordiｎａriｌｙｅｘｐressedｉnunｉtsｏfｃandeｌapermｅtersqｕaｒｅｄ(cd·ｍ—２）．Ifyouaremeasｕｒingｒeｆｌectaｎce，thereｆlｅctｅdtriｓtimｕlusvａluｅsdependupoｎｔhｅｓｐeｃtralcharacteristｉcsoftheillumiｎanｔ,andｔheiraｍplituｄesscaleｗiｔhthepoｗeｒoftheillumｉnatｉon.Rｅlａｔiｖeluminaｎceｉｓｔheraｔｉoofrefｌｅctedluminanｃetotｈelｕminａnｃeoｆtheilluｍinaｔion;itiｓalｓoknｏwnasthelumｉnancefaｃtoｒ.Ｆigｕre8ＳPDsofvariousｉlｌumｉnａｎtsaｒeｇrapｈedhere。IllumｉｎantＡ，ｓhowninｏｒangｅ，isrｅpｒesentａtiｖeｏftuｎgsｔenｌiｇｈｔsouｒceｓ;itｉsｄefiｃientinshoｒtwａｖepower，andｍayｃaｕsｅerrorsinsｅnsｉnｇbluｅcｏloｒs．ThｅbｌueliｎegraphstheSPＤｏfａNichiａwhiteLED。Tｈｅreｉsapｅaｋintｈebluｅportionｏｆthesｐectrum:Uncoｒrected，ｔheｓeｎsｏrｗouldreｐortｅxcessivebｌuevaｌｕes．TheotheｒｆourliｎeｓreprｅseｎtCＩEsｔandardilluｍinantsＣ,D5０,D55，andＤ65。Inmanyappｌiｃａtions，tristimulussiｇnａlｓ（inｃｌudingｌｕmiｎａｎce）scaｌewithtｈeiｌluｍinａｔion,andａｒeｏtｈerwiseunｉntｅrestinｇiｎtｈｅｍｓｅlveｓ.Whaｔｉsmoｒeｉnterｅstingｉsthｅｒatｉosamonｇtｈeｍ，whｉchchａraｃｔeｒizecolｏrｄisrｅgarｄinglumｉｎance。TheCIEｈassｔａnｄardizeｄｔｊectiveｔransfoｒｍatｉｏnoｆEquatｉon1,ｉnｔhemaｒgｉn，toｔｒaｎｓｆoｒｍ［X，Y，Z］ｖａluesintoapairof[x，y］ｃhromａtｉcitycｏordｉnatesthatｒepｒesentcoｌｏｒｄｉsrｅgaｒｄｉnglumiｎａｎｃｅ.Thｅsecoordinatｅｓaｒeｓuiｔaｂlefoｒｐlottｉｎgｉｎｔｗoｄiｍeｎsiｏnsｏnaｃhromａticitｙｄiaｇram.x=y=Eｑ1ＣhrｏmaｔiｃiｔycｏordinatesＩｌlｕmｉnatｉｏnAnonemissivｅｏｂjｅｃtmｕstbeilｌuminaｔediｎｏrｄertoｂeｖｉsｉbｌe。TｈeSPDrefleｃｔedfｒｏｍanilluｍinatedoｂjｅｃtiｓthewavelenｇth－bｙ—wave—lengthprodｕcｔoｆtheｉlｌuｍinａnt’sSPDanｄtｈespectｒaｌreflectanｃeoｆｔｈeobject．Bｅfｏｒeliｇhtreaｃhｅstheeｙｅ，theｉｎｔeracｔionａmongliｇhtsoｕrceｓaｎdmaterｉalsｔaｋeｓplaceintｈespecｔraｌdomａiｎ，ｎｏtｉntｈeｄomaｉnofｔｒichｒomaｔicitｙ。Ｔoａcｃuraｔelyｍodｅlｔheseinteractｉｏnｓrequiｒｅｓspectrａｌcｏmputatiｏns．ＷｈeｎappｌyiｎｇthｅTＣS２３0,attｅntionmｕｓtbepaidtothespectralｃontentoftheillｕｍinatｉonaｎdtｏpｏten-tialinteｒaｃtionbetweenthｅilluminaｔiｏnａnｄthesamｐｌｅｓｔobesenｓeｄ。Generaｌlｙ，theｌｅｓsspｉkytｈeｓｐｅｃtra,thｅbeｔtｅｒ.Ｆiｇｕre8gｒaphsseveralilluminantｓ．Yourapplicatiｏnmaｙｉnｖolｖeseｎｓingcolｏr,inwhichcasetｈeprecediｎgｄeｓcrｉpｔｉoｎaｐplieｓ．However,someａpplicatioｎsoｆtｈeTCS2３0invｏlvenotsｏｍuｃhestimatingcolｏrasｓeenbythｅeyebutrａｔhersenｓｉngpｈysicalparametersassｏciaｔedｗｉthoptｉcalpoｗeｒinthevｉsiｂlｅｒaｎge。Iｎsｕchapplications，tｏａpｐrｏｘｉmateｔｈｅvisualresponsｅmaynotｂethebesｔapproach：Itｍayｂeｍoreeffｅctiｖetotakeamｏredirectapprｏａcｈtoestｉmatingtｈｅpａｒametersoftheundｅrlyiｎｇpｈysicaｌproｃeｓｓ。TheColorChｅckｅrEqｕippedwithknoｗledgeｏfhoｗｓpectraarereｌａtedtｏcoloｒs，tｈｅｐｌottingofchromaticityｃｏordiｎates,andtｈedependenceofcｏlorsupoｎｉｌlumiｎation,ｗecanｒeturnｔotｈeCoｌoｒCheｃｋｅr.GrｅtagMaｃ-beｔhｄoeｓn’tpuｂlｉｓhorguarantｅｅthesｐeｃtralcompositionoftｈepａtｃｈesｏfｔhｅCｏlorChｅcｋer．Hｏwever,ｎｏmｉnaｌCIＥ[X，Y，Z］vaｌuｅsａreｐublishｅｄ.ＴｈeｐatｃｈesinｔheｂottomｒｏwofthｅCｏlｏｒＣhecｋerｃontaiｎｎｅutraｌcｏloｒs;ｔhｅnumericｎotationｓinthelｅgeｎｄｓofＦigure5refｌecｔonetｅｎtｈoｆtｈｅligｈｔnesｓ(L＊)valuesofｔhosepaｔｃhｅs.Ｔhｅspectragrａphedoｎpaｇｅs2anｄ3ｒepresenｔthephｙsiｃalｗaｖe-lｅｎgｔh—by-ｗavｅlengthｒｅｆｌeｃｔａｎceofｔhepatcheｓ。Thｅsespectralｒeｆｌｅc—tａnｃeshaｖｅｂeenmｅａsｕredbycoloｒmeａsurｅmenｔiｎｓtrumeｎtcalledａspecｔropｈｏｔoｍｅter．Ｉfyouhadacｃeｓstoaｌiｇhｔsourceｈavingｐｅrｆeｃtｌyeveｎdisｔｒibｕtionofpowerａｃｒｏｓsｔheviｓｉblespecｔrｕｍ，theｎthereｆlectanｃecuｒvesgraphｅdｈｅｒecｏuldsiｍplybesｃaleｄtorｅprｅ-sｅnttherefｌｅctanceinyourａppｌｉcation.Ｐraｃtｉcａllｉgｈtsｏuｒｃeｓdｏｎothavepeｒｆectlyeｖenspectｒaｌdistrｉbutｉons，ｓocoｍｐenｓationｉｓneces-sary:Yoｕmｕstｃoｍpuｔｅthewavｅｌenｇth-ｂy-ｗａvｅlengｔhpｒoduｃtoｆtｈｅiｌluｍiｎant’sSＰDwiththespｅctralｒｅflectａnｃeoｆthecｈart．ＷｅwiｌlfiｒstcalｃulatetheCIＥ[Ｘ，Y，Ｚ]vａｌuesfromtｈecharｔ。（TheｓevaｌuｅssｈｏｕｌdａgｒeewiththefigureｓprｏｖidedbｙGｒetag.）Theｎｗewillｃａｌculａtethｅ［R,G，Ｂ］valueｓtｈatwillbｅdetectedbyaTCＳ2３０．TｏcalculaｔeCIE［Ｘ，Y，Ｚ]，wetakethe31×３matrixrepresentinｇthecolorｍaｔｃhｉngｆｕncｔionｓ（CＭFs)oｆthｅCＩEStandａrdＯbseｒveｒ，aｎｄperｆormamatｒiｘprodｕcｔwith３1ｓpeｃtrａlrespｏｎsｅvaluｅsａscorrｅctedｆoｒｉlｌuminａｔｉｏn。Ｔｈisｐroｄucｅｓtｈe［X,Y，Z］ｔriｓtimuluｓvａlues。Wｈenchromatｉcitｙcｏoｒdinaｔes[x，ｙ］arecomputｅdfｒom［Ｘ,Y,Z］thrｏughｔheprojｅｃtivetransformｉnEquatｉon1，thｅnｐlotｔeｄ,tｈechrｏmaticitydiａgraｍｉｎFigure9rｅsuｌtｓ。Ｔhehｏrsｅshoe-shapedｆigｕre，clｏsedatthebottｏm,containsalｌcｏlors：Ｅveｒｙnｏn－neｇaｔｉveｓpectraldisｔributioｎproducesan［ｘ，y］pａiｒｔhａtｐlotswithinthisrｅgion。Thｅlightly－sｈadedtrianｇleshowstheregioｎcontaｉningaｌlcoｌorｓｔhａtｃａｎbeｐｒodｕcedbyanａddiｔiｖeＲGBsｙｓtemｕsingsRGB（Rec.709)ｐrimａrｙcolorｓ.Thiｓrｅgｉontyｐｉfieｓvideoanｄdeｓkｔoｐcomｐuｔing（sRGB）.ＴhepｏiｎｔｓplotｔedｉnＦiｇurｅ9arethecolorｓｏｆtheColoｒChecker.Whiｔeａｎdgｒayvalueｓarecｌuｓtｅｒednearｔhｅcentｅrofthechart．Ｆigure9ＣoｏｒdinaｔesoｆCoｌｏrCheckｅrpatchesareｇrapｈedｏｎtheCIE[x，y］cｈromatｉciｔｙｄiagram．Theｈorseshoｅｅncloseｓａｌlcolors;thetrｉangleenclosesthecｏlorstｈaｔcaｎｂereｐresentｅdinvideo(Rec．70９)andiｎdesｋｔopcoｍｐutiｎg(ｓRGB)。ThｅTCS2３0Fｉgｕre1０showsｔherｅsponｓesoftｈeｆoｕrｃhaｎnelsｏfｔｈeTCS23０。Theblaｃkcurｖesｈｏwsthｅｒespｏnｓeofthｅunｆｉltｅrｅdseｎsorelements。Thｅｒｅｄ，grｅeｎ，aｎｄblｕecurvｅsshｏｗtherespoｎsesｏftｈeｌongwａve-sensitｉve,medｉuｍwave—sensitive,andshoｒtwaｖe-sｅnsｉtiveelemenｔsreｓpectively.AsIｍentｉoｎedonpａge５，theＣＩEmodeｌofcｏlorｖisｉoniｎvｏｌvesｉnte—gratinganSPDuｎdertｈeＸ（λ)，Ｙ(λ）,anｄZ(λ)ｃoｌｏrmatchｉｎgfuｎc-tｉons（gｒaphedinFigure7),prｏducingX，Ｙ,anｄZvａluｅｓ。TouｓeｔｈeTCＳ230ｔoesｔimatｅcolorwepｅrｆormanaｎａlogouscalｃｕlａｔiｏn，butｕsｉngthｅＴCＳ2３０sensiｔｉｖityfunｃtionsiｎsｔｅadoftheＣIECMFs：WeinｔegｒａｔetheSPDuｎｄertheTＣS230’ｓsensｉtivitｙｃurｖes,andproｄｕｃeR,G,anｄＢvａｌｕeｓ。TｈeｄevｉceR，G，aｎdＢvalueｓwilldependupoｎｓeveraｌfactorｓ:tｈespeｃｔralcontentoftheillｕmｉnant,tｈespectrａlｒefｌｅcｔancｅoｆthesａmple,thesｐectralaｔteｎuａtｉonofanyｉntervｅnｉｎgoptｉcａｌcomｐoneｎts(sｕchasthｅｌens)，andfinally,thesｐectrａｌｒespoｎsefｕｎｃtｉonsoｆthｅTＣS23０。Tｈeｖariousspectralｐhenomenaａrｅmodelledｂｙｃomｐutｉｎgwaｖelengｔｈ－bｙ-wavelengｔhpｒoducｔs.Figｕre10TCS2３0ｓpecｔraｌsensitivｉtiesａｒegrapｈeｄheｒe.Thered,greeｎ,andbｌｕechanｎelｓaregrapｈedｉnthｅcorresponｄiｎgcolorｓ;thegrayliｎｅrefｌｅｃtstheｓeｎsitiｖｉtｙofthｅｃlear（unｆiｌteｒed)channel.ＢecauｓethｅserespoｎｓesaｒediffeｒentfromtheCIEstaｎdarｄobserｖｅｒ,tｈeｖａluesrｅｐorteｄbytheTＣＳ2３0arenotcoloriｍetｒｉｃ.Hoｗｅver,suｉｔablesigｎalprocessiｎgyiｅldscoloｒinformaｔiｏnthａtｉｓｓuffｉcieｎtｌｙａccuｒaｔeｆorｍanyｉndustｒialaｐpliｃａｔions.OwingｔotｈefaｃtthａtｔhｅTCS230issensｉtivetoiｎｆraｒedlｉｇht（ｈaviｎgwaｖelenｇｔhｓabove700ｎm），aｎｄｔｈｅfａcｔｔｈatmｏstlightsouｒcesprodｕceｐoｗerintheinfｒaｒedregｉon，typiｃalapｐlｉｃationsincｌudeanIRcutfｉlteｒiｎfroｎtoｆｔheＴＣS230.Figurｅ１１ｏvｅrｌeafshｏwsｔhｅｒeｓpoｎｓeｏfaｔｙpｉｃalIＲcｕtfiｌtｅr.ToforｍaｍoreacｃuｒateeｓtiｍateｏｆｃoｌorrequｉrｅｓｐrｏｃessingtheｒaｗTCS230Ｒ，G,andBｖalｕeｓthroughａｌinear3×３maｔrｉxwｈosecoeｆfｉ－cｉentsaｒeoptimizedｗitｈrｅspｅcｔtotheｓpectruｍoftheillumｉｎant，tｈesｐectralrｅsｐonｓeofinterｖenｉngoptiｃalcomponｅntｓ，andｔheｒespｏnsecｕｒvｅsoftheＴCＳ230.Theｄataprｏcessingoperatioｎcanbｅrepｒeｓentedｉnmatrｉxformａsfollｏｗs：x=Ｍ•ｔEq2Thesymbｏｌｔrepｒｅsｅntsatｈrｅe-ｅlemｅnｔvectorcoｎtainingtheｄｅｖiceｖａluｅscaptureｄfrｏmacoｌorpatch.Mrepresentsｔhｅ3×3coｌorｃoｒｒeｃtionmatriｘthａtｗeｗｉｌlapｐlｙtothｅsｅvaｌuesthrouｇhmatrixmulｔiplicatioｎ，denotedbｙthe•symbｏl.Thesymbolｘreprｅsｅｎｔstheｒesultiｎgvectｏrｏfestimated[X，Y,Z］vaｌuｅs。Weｃanusｅmatrixnotaｔiontosｙmｂcessingasetｏｆthreecｏloｒpaｔｃｈesatonce,bｙarｒaｎgiｎgtｈethreｅsetsofdeviｃｅvalueｓiｎtosucｃessivｅcolumnsoｆa３×3maｔrixT．SucceｓsiverowsｏfTcｏｎｔainred，green，andbluedatａrespectively。UｐｏｎmａtrixmultipliｃationbyM,ｔhecｏlumnsoftheresuｌtｉngmatrixXconｔａiｎXYＺvａluesｏftheｓuccesｓivｅsamples；tｈｅｒowsofXcｏntａinX,Y，ａndZｖalｕesrespec-tｉvelｙ．Oneeqｕatｉoneｘｐｒessｅsｔheｍappingｏftｈｒeeｐatcｈｅsａｔonce：Ｘ=M•TEq3GivenaｍaｔrixTwhoｓｅcolumｎscontａｉnthreesetsofｄevicesaｍｐles,andamatｒｉxXｃontａiｎinｇthecｏrrｅsｐonｄiｎgsetofthrｅeidealＸYZtriplｅｓ，tｈereisauｎiquemａtｒｉxMｔhａtmapsｆroｍTtoX.ItisfoundbycoｍputiｎgｔhematｒixｉnvｅrseｏfT，ｔhencｏmpuｔiｎｇthematrｉxprｏducｔ（bypreｍulｔipliｃａtioｎ)withＸ:Ｍ=X•T-1Thｅｒｅsuｌｔｉｎg3×３colｏrｃorｒectionｍatrixＭexactlｙｍａpstheｅachofthechoseｎthreesｅtsｏfdevicevaluestothecoｒrespondingsｅtoftriｓ-ｔｉmｕlusvaｌuｅs。Ｉtiｓnｏｔnecｅssarｙtoｉnｖｅrtｍatricｅsａttｈｅｔimeｏｆsensiｎg!TheｍatｒixMcaｎｂeｃompｕtｅdiｎａdvaｎce，bａsedｕpoｎthesamｐlesｔhａｔareexpecｔｅdtobepｒeｓenｔedtothesensoｒintheintendedappliｃation。Tｏprｏcessthｒｅedevicevaluesuｐonｓｅnｓinｇaｓample,allthatｉsnecessaryiscompｕｔａtionｏｆｔhｅmａｔrixprｏductofEｑuatiｏn3.Acolorcorｒectｉonmａｔrｉxｔｈatprｏdｕcesgoodｒesultｓacrosｓmorｅｔhantｈreesampｌeｓcanｂeｃoｍpｕtedthｒoughanumericaloptimizatiｏnprocedｕre.Wｈｅnｔhisｉｓdｏnｅ，noｐartｉｃulａrｓampleisｌikelytomａpexａcｔlytoiｔsｉdeaｌｔrｉstimulusｓet，ｂutａlｉｎearmatrixｃａｎbeconstrｕｃtedthａｔminimizｅstｈｅerｒｏrａcrｏssarangeｏfｓａmples(wherｅtheｅrrorｉｓｍeａsurｅdinaleast-squaressｅｎse）.ThecolorcｏrｒectｉoｎoｐｅratｉonisstiｌlaｃcomplｉshｅdexａctlyａsiｎEquａtion２。基于TAOS公司的ＴＣＳ230的颜色感应ＴAＯS公司的TCS23０是一个小的、高度集成、8引脚、SOIC封装的色彩传感装置。它以模拟频率的方式输出短波（蓝色)、中波(绿色)、长波(红色)、宽带（白）光功率的事件数量。它可用于各种色彩感应应用领域。该设备的详细资料中可以找到它的数据表。本白皮书详细介绍了色彩感应的概念和使用ＴCＳ230参与计算。我们将使用一个光学刺激方案的ColorChecｋｅｒ图表工作,通过检测的色彩数值例子。下图,在图1所示，是由GｒeｔａｇＭacｂｅtｈ生产和分配。图表长约13英寸，9英寸（330毫米×230毫米），它包含了64阵列安排2４色斑。到5背面图２显示了在图表的每一行四个补丁的光谱反射－即入射光被反射的那部分(相对于一个理想的漫反射）作为波长从35０功能,纳米到750纳米.图1ＣoｌｏrCheｃkｅr色补丁包含18个和6步灰色系列图2ColorCheckeｒ谱，第一行图3ＣｏlorCｈecker谱，第二排图4ＣｏlｏrChecker光谱，第三行图5ColoｒCheckｅr谱,底排(中性系列）图6锥锥光感受器敏感性所示。短波敏感的感光细胞远远低于其他两种类型的敏感。中波和长波的感光细胞的反应有很大的重叠.视觉是不敏感,准确的刺激波长：什么是光功率下attｅrs每个响应曲线综合。色觉简介所谓感光细胞在视网膜视锥细胞是人类色彩视觉负责.内有电磁频谱三种类型的视锥细胞，敏感的长波，中波，短波辐射及约４0０纳米之间和700纳米。由于锥敏感性在频谱的部分出现红色，绿色和蓝色的很粗糙,色彩科学家记为ρ，γ,以及希腊字母为R，Ｇ细胞的类型，和ｂ（为了表示对传感器的Ｒ,Ｇ，和B将错误建议更密切的对应关系。）的圆锥体的谱反应的估计是在上面绘制图6.在物理世界的光，其特征是光谱功率分布（结构化产品说明)。彩色对象，其特征是反射光谱曲线,如在的ColｏｒＣhｅｃker的.然而，视觉不敏感,对刺激精确波长:根据现代色彩科学理论,最重要的事情是在每个响应曲线光功率积分。这恰有三种视锥细胞类型导致triｃhｒomａｔicity财产：三个组成部分是必要的和足够的特征颜色。有些人可能会用“感觉到的颜色的眼睛，“但我了CＯN—Sideｒ的限定词是多余的，充其量，误导在最坏的情况:色彩是由视觉定义，所以没有必要使用合格的短语“因为感觉到的眼睛，“或使用的形容词时可见指颜色。概述Ciｅ的比色法锥细胞，我在图６绘制光谱反应无法在20世纪20年代的研究人员。当时的研究人员使用,如著名的配色实验心理实验，以梳理出的数据.在ＣIE是国际机构，颜色标准。In１931,该组织通过了颜色匹配函数记×(λ）和Ｙ（λ)和z(λ),在图7绘制。图７Ｃｉe公司1９31年２°色彩匹配功能。一个３传感器的相机必须具备以下的光谱响应曲线，或它们的线性组合，以捕捉所有的颜色。然而，实际的考虑作出这一困难.这些分析功能比不上光谱功率分布！加权根据这三个曲线每个物理社民党（即,形成了波长的波长产品),总结的结果,形成了三个数字三倍,记在连续数学的X，Ｙ和Z，三积分需要计算,在离散数学，矩阵产品就足够了。在X，Y和Zｔristim－汗国值特征的颜色。它们是线性光量，正比于光学力量，即纳入人类视觉波长的敏感性。Y值是亮度，这是通常在每平方米坎德拉（光碟•米-２）为单位表示。如果你是测量反射率，反射的三刺激值取决于对光源的光谱特性，其幅度与规模的照明电源。相对亮度的反射亮度的照明亮度的比值，它也被称为亮度因素。图8是绘制各种光源结构化产品说明这里。A光源，以橙色显示,钨光源是代表，它是在短波力量不足，可能会导致感应蓝色的错误。蓝线图的社民党的日亚白光ＬED.有一个光谱的蓝色部分高峰：裸时,传感器会举报过度蓝色值。另外四线代表Ｃie的ç，D5０的，D５5和Ｄ６5的标准光源.在许多应用中,三刺激信号(包括亮度)与照明规模，并应在其他无趣自己。什么是更有趣的是它们之间的比例，所特有的颜色无视亮度.在CIE有标准化的公式１中的保证金射影变换，将其转化为一对［的X，Y和Z］值［的ｘ，y］表示颜色的色度坐标无视亮度。这些坐标在二维色度图上绘制合适。x=y=公式1色度坐标照明一个nｏnemissive对象必须是为了照明可见。社民党从一照物体反射的波长是按波长的光源产品的社民党和对象的光谱反射率。光线到达之前光源和材料之间的眼睛,相互作用发生在谱域的地方，不是在ｔrichroｍatiｃitｙ域。为了准确地需要这些相互作用的光谱模型计算。当应用ＴCS230,必须注意对光照光谱内容和电位-ＴiAl金属间的照明和样品被觉察的互动。一般来说,越尖的光谱,就越好。图８图数光源.您的应用程序可能涉及敏感的颜色,在这种情况下，前面的说明适用。然而,一些应用涉及TCS230没有这么多的眼睛所看到的,而是传感在可见光范围内光功率相关的物理参数估计的颜色.在这种应用中，近似的视觉反应可能不是最好的方法:它可能是更有效地采取更直接的方法来估计底层物理过程的参数.色彩检查如何光谱与颜色相关的知识装备,绘制色度坐标,对照明色彩的依赖,我们可以返回的ColorＣhｅｃｋer。GｒetａgMac-Betｈ没公布或保证的ColorCheckeｒ补丁的光谱成分。然而，标称Ｃie的[的X,Y和Z]值被公布。在底行的ColoｒCｈecker补丁包含中性色,在图5中的神话传说中的数字符号反映十分之一的亮度(长＊)值的这些补丁。光谱绘制2和第3页上表示物理波长由波长的反射率的补丁。这些光谱反射已测色仪测量taｎcｅs称为分光光度计.如果你有机会访问光源具有完全的权力分配，甚至在整个可见光谱，反射率曲线则绘制在这里可以简单地扩展到repｒe，发送应用程序中的反射率。实践没有光源的光谱分布十分均匀,因此补偿ｎeces－萨利:你必须计算与图表的光谱反射的光源的波长社民党按波长的产品。我们将首先从图表计算在ＣIE［的X，Y和Z］值。（这些值应同意Greｔag提供的数字。)然后我们将计算［的R，G，B］的，将由一TCＳ230检测值。为了计算Cｉe公司[的X，Y和Z],我们把３1×3矩阵代表职能的配色在CIE标准观察者(CMＦs),并执行一个有31个光谱响应矩阵产品价值为照明纠正。这将产生的[x，Y,Z轴］三刺激值。当色度坐标,通过投影[的x，ｙ］是来自［的Ｘ，Ｙ和Z］变换计算公式1，然后绘制，结果如图9色度图。马蹄状的人物，在底部封闭,包含所有的颜色：每个非负的光谱分布产生[的x，ｙ］对本地区范围内的阴谋.拥有轻成荫的三角显示包含所有的地区,可以通过一个附加的RGＢ使用的sRＧＢ系统(建议709)原色产生颜色。这个地区typｉfｉes视频和桌面计算（的sRGB)。这些点绘制在图９是本的CｏlorChecker的颜色。白色和灰色值都聚集在附近的图表的中心。图9ColｏrCheｃker补丁坐标上绘制在CIＥ是[的ｘ，y]色度图。马蹄形包围了所有的颜色;包围的三角形代表可以在视频(建议709）和桌面计算（的sRGＢ）的颜色。TCＳ２3０图1０显示了TCS２30的四个通道的反应。黑色曲线显示了未经过滤的传感器元件的响应.红色，绿色和蓝色的曲线显示了长波敏感,中波敏感，短波敏感元素分别响应.正如我在第5页提到,色觉Cｉe的模型，包含集成光栅一个在X(λ)和Y（λ)和z(λ）配色函数行动（图7制成图表）社民党，生产X，Y和Z值。要使用TCＳ2３０彩色估计我们执行了一个类似的计算，但使用而不是在CIEＣMFｓTＣS230灵敏度函数：我们整合下TCＳ230的灵敏度曲线社民党，生产的R，G和B值。该设备的R，G和B值将取决于几个因素：光源,样品的光谱反射光谱的内容,任何干预光学元件的光谱衰减（如镜头）,最后的光谱响应职能TCS230.各种光谱现象为蓝本，通过计算波长的波长的产品。图10TCS230光谱灵敏度绘制在这里。红色，绿色和蓝色通道都绘制在相应的颜色；灰线反映了清除(未过滤）通道的灵敏度。由于这些反应是从ＣＩE标准观察者的不同，所报告的值TCS2３０没有色度.然而，适当的信号处理产生足够的颜色信息,对于许多工业应用准确。由于事实TCS230是敏感的红外光（波长有70０纳米以上)，而事实上，大多数光源产生的红外线地区电力，典型应用包括一个红外截止在TCS230前过滤器.背面图11显示了一个典型的红外滤光片的反应.继续我们的的CoｌorCheｃｋｅr造型，与我们照亮了CIEＤ65光源的的ColorChecker,整合下的TCS2３0反射光谱敏感曲线产生，并最终转化为Ciｅ的［的x，y］坐标。相对亮度值，通过这个过程获得相当准确的,然而,染色体mａticｉty坐标不是很准确。图1２的裸图的R，G和B值在ＣＩE色度.结果从不同的ColorCheｃkｅr坐标图9绘制。对于分歧的原因是ＴＣS230的灵敏度函数系统蒸发散不同于匹配功能,是适当的sRＧＢ色彩了相当大.即使ＴCS230敏感性均符合的sRGＢ，在该光源的光谱功率分布和干预光学康波-nｅntｓ会导致一些分歧谱的影响效果接近达成协议.要形成一个色彩更准确地估计需要处理的原始TＣS２３0的Ｒ，G,B值并通过线性３×3矩阵的系数ｃieｎｔs是相对于该光源,光学元件的干预光谱响应谱优化，和响应曲线的TCＳ230。数据处理操作可以被表示为矩阵形式如下:ｘ=M•t公式２符号T表示一个三个元素的载体的设备价值从色块抓获.M代表3×3色校正矩阵,我们将适用于这些价值观通过矩阵乘法,由•符号表示。符号Ｘ表示估计［的Ｘ，Ｙ和Z]值结果向量。我们可以利用矩阵符号来象征加工三个色块安排一次设置成一个３×3矩阵吨连续的T行连续列值的设备三套，包含红色，绿色和蓝色数据分别。经Ｍ矩阵乘法，所产生的矩阵Ｘ的列包含ＸYＺ值的连续采样;Ｘ的行包含Ｘ,Y和Z值分别tｉvely.一个方程表达了三个补丁一次映射：X=M•T公式3给定一个矩阵T的列包含三种器件样品集,并包含一个矩阵X某某三元三组对应的理想，有一种独特的矩阵Ｍ，从T到X的映射是通过计算逆矩阵的T，然后用X矩阵计算产品(由预乘）：Ｍ=X•T-1公式由此产生的3×3色校正矩阵M的每一个选择三个值集的设备的Ｔriｓ-timuｌus值对应设置准确的地图。这是没有必要在反矩阵传感时间！矩阵Ｍ可以事先计算，依据的预期将提交拟申请在传感器的样品.要处理三对检测样品元件值，所有这些都是必要的,是对矩阵乘积的计算公式３。一个色彩校正矩阵,产生在超过三个样本良好的效果,可以通过数值计算优化过程.当这样做，没有特别的样品可能正好映射到理想三原色集，但一个线性矩阵可以构造，尽量减少跨样本范围（其中的错误是在最小二乘意义上衡量)的错误。色彩校正行动仍在完成公式2完全一样.2014～2015学年第2学期《单片机应用技术》课程设计报告题目：基于数字温度传感器的数字温度计的设计专业：自动化班级：12自动化1姓名：陈宗国朱海峰王疏华袁继康指导教师：陆媛宋洪儒电气工程学院年月日任务书课题名称基于数字温度传感器的数字温度计的设计指导教师（职称)陆媛宋洪儒执行时间2014~2015学年第2学期第11周学生姓名学号承担任务陈宗国1209111005课程设计前期资料收集及查找王疏华1209111046Proteus及keil软件安装及元器件名称熟悉袁继康1209111059Proteus电路图设计，keil程序编写及验证仿真朱海峰1209111068课程设计后期整理设计目的1、进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理.2、掌握单片机的接口技术及相关外围芯片的外特性，控制方法。3、通过课程设计,掌握以单片机核心的电路设计的基本方法和技术,了解有关电路参数的计算方法。4、通过程序设计和仿真，逐步掌握模块化程序设计方法和仿真软件的使用.5、通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，使学生了解开发单片机应用系统的全过程，为今后从事相应打下基础.设计要求利用数字温度传感器DS18B20与单片机结合来测量温度。利用数字温度传感器DS18B20测量温度信号，计算后在LED数码管上显示相应的温度值.其温度测量范围为−55℃～125℃，精确到0。5℃。数字温度计所测量的温度采用数字显示，控制器使用单片机AT89C51，测温传感器使用DS18B20,用LED数码管实现温度显示.课程设计摘要一、课程设计摘要：DS18B20是一种可组网的高精度数字式温度传感器，由于其具有单总线的独特优点,可以使用户轻松地组建起传感器网络,并可使多点温度测量电路变得简单、可靠。本文结合实际使用经验,介绍了DS18B20数字温度传感器在单片机下的硬件连接及软件编程，并给出了软件流程图.该系统由上位机和下位机两大部分组成.下位机实现温度的检测并提供标准RS232通信接口，芯片使用了ATMEL公司的AT89C51单片机和DALLAS公司的DS18B20数字温度传感器。上位机部分使用了通用PC。该系统可应用于仓库测温、楼宇空调控制和生产过程监控等领域。二、关键字：单片机温度测量DS18B20数字温度传感器AT89S51目录TOC\o”1—3”\h\z\u_Toc135835881"1.2总体设计框图理介绍4HYPERLINK\l”_Toc135835875”1。3主控部分4HYPERLINK\l”_Toc135835881"1。4DS18B20数字温度传感器5第二章硬件设计82。1单片机系统8HYPERLINK\l”_Toc135835878”2。2温度测试电路8_Toc135835880”2.4整体电路设计14第三章软件设计15HYPERLINK\l”_Toc135835884”3。1程序流程图153。3温度转换子程序16HYPERLINK\l”_Toc135835887”3.4计算温度子程序17HYPERLINK\l”_Toc135835888”3。5显示数据刷新子程序18HYPERLINK\l”_Toc135835889”第四章总结19参考资料20第一章原理介绍1．1总体设计方案总体设计方案采用AT89C51单片机作控制器,温度传感器选用DS18B20来设计数字温度计，系统由3个模块组成:主控制器、测温电路及显示电路。主控制器由单片机AT89C51实现，测温电路由温度传感器DS18B20实现，显示电路由4位LED数码管直读显示。本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广,测温准确其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所,或科研实验室使用,该设计控制器使用单片机AT89C51，测温传感器使用DS18B20，用4位共阳极LED数码管以串口传送数据，实现温度显示，能准确达到以上要求。1．2总体设计框图控制器采用单片机AT89C51，温度传感器采用DS18B20,用4位LED数码管显示温度。总体设计框图如图1—1所示。LED显示单片机复位LED显示单片机复位主控电路时钟振荡温度传感器时钟振荡温度传感器1。3主控制部分本设计采用AT89C51八位单片机实现.单片机软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制.而且体积小，硬件实现简单,安装方便。既可以单独对多DS18B20控制工作，还可以与PC机通信。运用主从分布式思想,由一台上位机(PC微型计算机）,下位机(单片机）多点温度数据采集,组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统,实现远程控制。另外AT89C51在工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。系统采用针对传统温度测温系统测温点少，系统兼容性及扩展性较差的特点，运用分布式通讯的思想。设计一种可以用于大规模多点温度测量的巡回检测系统。该系统采用的是RS—232串行通讯的标准，通过下位机（单片机)进行现场的温度采集，温度数据既可以由下位机模块实时显示，也可以送回上位机进行数据处理，具有巡检速度快,扩展性好，成本低的特点.1.4DS18B20数字温度传感器美国Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS18B20是支持"一线总线"接口的温度传感器，在其内部使用了在板（ON—B0ARD）专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。现在,新一代的DS18B20体积更小、更经济、更灵活.使你可以充分发挥“一线总线”的优点。DS18B20支持”一线总线"接口,测量温度范围为—55°C～+125°C，在-10～+85°C范围内，精度为±0.5°C。DS1822的精度较差为±2°C.现场温度直接以"一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V~5。5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小。DS18B20的主要特性：（1）适应电压范围更宽，电压范围：3。0~5.5V,在寄生电源方式下可由数据线供电（2）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯（3）DS18B20支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温（4）DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内（5)温范围－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±0。5℃（6）可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0。25℃、0.125℃和0。0625℃,可实现高精度测温(7)在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字,速度更快（8）测量结果直接输出数字温度信号，以”一线总线”串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码,具有极强的抗干扰纠错能力（9)负压特性:电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁,但不能正常工作。图1—4DS18B20型号数字温度传感器DS18B20有两种供电接法，图1—2采用的是接入外部电源。这样做的好处是I/O线上不需要加强上拉，而且总线控制器用在温度转换期间总保持高电平。这样在转换期间可以允许在单线总线上进行其他数据的往来。另外,在单总线上可以挂任意多片DS18B20，而且如果它们都使用外部电源的话,就可以先发一个SkipROM命令，再接一个ConvertT命令,让它们同时进行温度转换。注意当加上外部电源时，GND引脚不能悬空。第二章硬件设计2.1单片机系统方案采用AT89S52单片机作为控制器，完成所有的控制功能，包括：温度传感器DS18B20的初始化和读取温度值LED显示温度存储及读取单片机系统的电路如图2—1。图2-1-a89C51的核心电路框图2。2温度测试电路这里我们用到温度芯片DS18B20.DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器,具有3引脚TO－92小体积封装形式。测温分辨率可达0。0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出。其工作电源既可在远端引入,也可采用寄生电源方式产生。CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少,可节省大量的引线和逻辑电路。DS18B20支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55至+125℃，在—10至+85℃范围内,精度为0.5C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量,如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。图2-2DS18B20内部结构图图2-2DS18B20内部结构图图2-3图2-3硬件连接电路图本系统是基于DS18B20温度芯片的温度测试。DS18B20采用外部供电方式，理论上可以在一根数据总线上挂256个DS18B20，但时间应用中发现，如果挂接25个以上的DS18B20仍旧有可能产生功耗问题。另外单总线长度也不宜超过80M，否则也会影响到数据的传输.在这种情况下我们可以采用分组的方式，用单片机的多个I/O来驱动多路DS18B20。在实际应用中还可以使用一个MOSFET将I/O口线直接和电源相连，起到上拉的作用。对DS18B20的设计,需要注意以下问题：（1)对硬件结构简单的单线数字温度传感器DS18B20进行操作，需要用较为复杂的程序完成。编制程序时必须严格按芯片数据手册提供的有关操作顺序进行，读、写时间片程序要严格按要求编写。尤其在使用DS18B20的高测温分辨力时，对时序及电气特性参数要求更高.（2)有多个测温点时,应考虑系统能实现传感器出错自动指示，进行自动DS18B20序列号和自动排序，以减少调试和维护工作量。（3）测温电缆线建议采用屏蔽4芯双绞线，其中一对线接地线与信号线，另一组接VCC和地线，屏蔽层在源端单点接地。DS18B20在三线制应用时，应将其三线焊接牢固;在两线应用时，应将VCC与GND接在一起，焊接牢固。若VCC脱开未接,传感器只送85。0℃的温度值。(4）实际应用时，要注意单线的驱动能力，不能挂接过多的DS18B20，同时还应注意最远接线距离。另外还应根据实际情况选择其接线拓扑结构。2.3显示电路本设计用LED数码管显示温度值，且为共阳极。LED是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。LED数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，共阳极数码管的内部电路如图所示，下面将介绍常用LED数码管内部引脚图。图1这是一个7段两位带小数点10引脚的LED数码管图2-3—a7SEG–COM–ANODE型号数码管每一笔划都是对应一个字母表示DP是小数点.

数码管分为共阳极的LED数码管、共阴极的LED数码管两种。LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数位，因此根据LED数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。

一、静态显示驱动:静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O口进行驱动，或者使用如BCD码二—十进位转换器进行驱动.静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高,缺点是占用I/O口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×8＝40根I/O口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O口才32个呢。故实际应用时必须增加驱动器进行驱动，增加了硬体电路的复杂性.

二、动态显示驱动：数码管动态显示介面是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划”a，b，c,d，e，f，g，dp”的同名端连在一起,另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位元选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮.

透过分时轮流控制各个LED数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示资料,不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O口，而且功耗更低。2.4总体电路设计总电路的设计是基于单片机的基本电路，DS18B20数字温度传感器和LED显示与其简单连接构成。总体连接如图所示。2-4-aProteus电路仿真电路图第三章软件设计（一）、概述整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的,当硬件基本定型后，软件的功能也就基本定下来了.从软件的功能不同可分为两大类：一是监控软件（主程序），它是整个控制系统的核心，专门用来协调各执行模块和操作者的关系.二是执行软件（子程序)，它是用来完成各种实质性的功能如测量、计算、显示、通讯等。每一个执行软件也就是一个小的功能执行模块.这里将各执行模块一一列出，并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义.各执行模块规划好后,就可以规划监控程序了。首先要根据系统的总体功能选择一种最合适的监控程序结构,然后根据实时性的要求，合理地安排监控软件和各执行模块之间地调度关系。（二）、主程序模块主程序需要调用2个子程序,分别为数码管显示程序，温度测试及处理子程序，报警子程序，中断设定子程序。各模块程序功能如下：●数码管显示程序：向数码的显示送数，控制系统的显示部分。●温度测试及处理程序：对温度芯片送过来的数据进行处理,进行判断和显示。系统程序主要包括主程序，读出温度子程序，温度转换命令子程序,计算温度子程序，显示数据刷新子程序等。3.1主程序流程图主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理DS18B20的测量的当前温度值，温度测量每1s进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度，其程序流程见图3。1所示：初始化初始化调用显示子程序1S到？初次上电读出温度值温度计算处理显示数据刷新发温度转换开始命令NYNY图3.1主程序流程图3。2读出温度子程序流程图读出温度子程序的主要功能是读出RAM中的9字节，在读出时需进行CRC校验,校验有错时不进行温度数据的改写.其程序流程图如图3。2所示：YY发DS18B20复位命令发跳过ROM命令发读取温度命令读取操作，CRC校验9字节完？CRC校验正？确？移入温度暂存器结束NNY图3.2温度子程序流程图3.3温度转换命令子程序流程图温度转换命令子程序主要是发温度转换开始命令，当采用12位分辨率时转换时间约为750ms，在本程序设计中采用1s显示程序延时法等待转换的完成.温度转换命令子程序流程图如上图,图3.3所示：发DS18B20复位命令发DS18B20复位命令发跳过ROM命令发温度转换开始命令结束图3。3温度转换命令子程序流程图3。4计算温度子程序流程图计算温度子程序将RAM中读取值进行BCD码的转换运算，并进行温度值正负的判定，其程序流程图如图3。4所示：开始温度零下开始温度零下?温度值取补码置“—”标志计算小数位温度BCD值计算整数位温度BCD值结束置“+”标志NY图3。4温度子程序流程图3.5显示数据刷新子程序流程图显示数据刷新子程序主要是对显示缓冲器中的显示数据进行刷新操作，当最高显示位为0时将符号显示位移入下一位。程序流程图如图3.5所示：温度数据移入显示寄存器十位数0？百位数0？十位数显示符号百位数不显示百位数显示数据（不显示符号）结束NNYY温度数据移入显示寄存器十位数0？百位数0？十位数显示符号百位数不显示百位数显示数据（不显示符号）结束NNYY图3.5显示数据刷新子程序流程图第四章总结总结:本次课设的任务是采用AT89C2051单片机作控制器,温度传感器选用DS18B20来设计数字温度计，系统由3个模块组成：主控制器、测温电路及显示电路.主控制器由单片AT89C2051实现，测温电路由温度传感器DS18B20实现,显示电路由4位LED数码管直读显示.通过本次课设使我学会了很多东西，通过自己找材料，向老师答疑，与同学讨论，自己修改，研究，最终完成本次课设。在这个过程中，不但使我对单片机课程所学的知识有了更深入的了解,而且还培养了我的自学能力.有些不懂的问题通过向老师请教得到解决，使我受益匪浅。课设的过程是艰辛的，但是收获是巨大的。首先，我再一次的加深巩固了对已有的知识的理解及认识；其次，我第一次将课本知识运用到了实际设计，使得所学知识在更深的层次上得到了加深。再次,因为这次课程设计的确在某些方面存有一定难度,这对我来讲都是一种锻炼,培养了我自学、查阅搜集资料的能力；再有，计算操作工程中，我们曾经面临过失败、品味过茫然，但是最终我还是坚持下来了，这就是我意志、耐力和新年上的胜利，在今后的日子里,它必将成为我的宝贵财富。参考文献［1]张毅刚。单片机原理及应用。北京。高等教育出版社，2010[2］李光飞。单片机C程序设计实例指导.北京.北京航空航天大学出版社，2005[3]刘文涛.单片机语言C51典型应用及设计。北京。人民邮电出版社[4]DALLAS公司.DS18B20数据手册［Z］。[5]余永权.ATMEL89系列单片机应用技术[M］.（第三版）。北京：北京航空航天大学出版社，2002.答辩记录及评分表课题名称基于数字温度传感器的数字温度计的设计答辩教师(职称)陆媛宋洪儒答辩时间2014～2015学年第2学期第11周答辩记录问;硬件电路中数码管的显示内容及原理?答；通过AT89C51型号单片机，由P1和P2两组I/O引脚分别控制两个7SEG–COM–ANODE型号数码管，分十位控制和个位控制，达到显示60秒倒计时的目的。问；数码管使用的电流与电压?答；静态时,推荐使用10—15mA;动态时，16/1动态扫描时，平均电流为4—5mA,峰值电流50-60mA.问；AT89C51芯片的概述？答；AT89C51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP（In-systemprogrammable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元。评分表学生姓名学号评分陈宗国1209111005王疏华1209111046袁继康1209111059朱海峰1209111068基于51单片机SHT11温湿度传感器检测程序(含电路图)下面是原理图：下面是SHT11与MCU连接的典型电路：下面是源代码：\o"viewsource"viewsource\o"print"print\o"?"?001.#include<reg52.h>002.#include<intrins.h>003.004./********************************************************005.

宏定义006.********************************************************/007.#defineuint