一种基于颜色传感器的测温系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于颜色传感器的测温系统，其特征在于：包括颜色采集模块、颜色处理模块和颜色显示模块；所述颜色采集模块包括光学镜头和颜色传感器；所述颜色处理模块包括信号处理电路；所述颜色显示模块为LCD1602液晶显示模块；所述信号处理电路包括电流电压转换放大电路、A/D转换器、单片机和RS232电平转换器；所述颜色传感器的识别方法包括HSL颜色空间计算和基于HSL颜色空间的自动白平衡调整。本发明专利技术提供的测温系统属于非接触的测温方法，同时具有很好的颜色信息处理功能，有较精准的测温精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及温度测量领域，尤其是一种基于颜色传感器的测温系统。
技术介绍
温度是用于表征物体冷热状态的一个重要参量，同时也是高温热处理的重要热工参数。实时而准确的温度场检测是预防工业事故、高温测量、低碳环保、节约能源的重要手段。传统的高温测量技术大多采用接触式测量方法，其中多采用热电偶传感器，但由于测量方式的局限性，热电偶只能进行点对点的接触式测量，而且响应速度比较慢，不能满足目前的工业高温非接触测量需求。物体在高温状态会发出可见光，可见光通过颜色传感器记录下来，根据Planck定律，物体辐射的光谱成分与物体的温度存在非线性关系，而物体的光谱分布在可见光范围内表现为颜色，可以把高温物体的颜色作为测量温度的依据。利用高温物体的颜色和温度之间的关系所设计的基于颜色传感器的测温系统是一种非接触式高温测量方式。在现在的测温系统中，存在一些问题：(1)由于外界颜色刺激,颜色传感器上的光敏器件产生的电流信号比较微弱,所以必须进行电流电压转换和放大，经过放大电路处理后才能被A/D转换和单片机处理和判断,颜色信号才能被PC机读取；(2)由于颜色传感器采集到的是低频信号,在信号采集过程中,由于外界奇特信号的影响,必须滤除高频的噪声信号；(3)颜色传感器对三种基本色敏感性不同，其RGB输出值不相等；(4)物体颜色由三原色RGB来构成，人眼看颜色的变化是色相、饱和度、亮度的综合变化，虽然色相、饱和度、亮度变化是RGB值变化的结果，但是查找颜色不是查找RGB，而是HSL。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，提供一种基于颜色传感器的测温系统，包括彩色传感器与单片机之间的信号处理电路，解决了传感器输出微小电流与单片机处理具有一定电平的电压，从而不能进行直接连接的问题；同时包括一种将RGB颜色空间转换成HSL颜色空间的方法和一种基于HSL颜色空间自动白平衡调整方法。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术一种基于颜色传感器的测温系统，包括颜色采集模块、颜色处理模块和颜色显示模块；所述颜色采集模块包括光学镜头和颜色传感器；所述颜色处理模块包括信号处理电路；所述颜色显示模块为LCD1602液晶显示模块。本专利技术的基于颜色传感器的测温系统，所述信号处理电路包括电流电压转换放大电路、A/D转换器、单片机和RS232电平转换器；所述A/D转换器采用TLC2543；所述单片机上还设置有LED屏，用于颜色的显示；所述单片机通过RS232电平转换器与PC机连接。本专利技术的基于颜色传感器的测温系统，所述电流电压转换放大电路包括电流电压转换电路、调零电路和放大电路。由于外界颜色刺激,颜色传感器上的光敏器件产生的电流信号比较微弱,在检测过程中,颜色传感器采集到的是微小的电流信号,而单片机能够处理的是具有一定电平的电压信号,为此,必须对采集到的电流信号进行放大和电压转换，流电压转换放大电路,可以提高系统的运算精度,使系统稳定运行。本专利技术的基于颜色传感器的测温系统，所述电流电压转换电路包括运算放大器ICL7650，电阻R1、R2、R3、R4，以及电容C1、C2；所述运算放大器ICL7650的反向输入端连接并联的R1和C1，再连接并联的R2和R3；所述运算放大器ICL7650的输出端连接由R4和C2组成的低通滤波电路。以上电路中4和C2组成的低通滤波电路，可以驱除高频噪声信号和斩波尖峰噪声的干扰，提高电路的稳定性；解决由于颜色传感器采集到的是低频信号,在信号采集过程中,由于外界奇特信号的影响,必须滤除高频的噪声信号的问题。本专利技术的基于颜色传感器的测温系统，所述调零电路包括高精度低漂移器件OP-07，其反向输入端串联R5，连接R6和二极管D3的并联，连接R7和二极管D4的并联，正向输入端和输出端间并联R9和C3，正向输入端串联R8。以上电路中二极管可以稳定系统的零点，降低电源波动对零点的影响。本专利技术的基于颜色传感器的测温系统，所述放大电路包括运算放大器TLC2274，其反向输入端连接并联R12和R14，R12连接并联的R10和R11；正向输入端连接并联的R15和R16。以上电路中TLC2274具有低噪声和高输入阻抗性，适合于小信号的放大和计算。本专利技术的基于颜色传感器的测温系统，所述颜色传感器包括三个光电二极管和MTCSiCT三原色传感器；所述光电二极管为Si-PIN光电二极管，所述MTCSiCT三原色传感器包由19x3个Si-PIN光电管和RGB三色滤光镜集成在一起。以上结构中Si-PIN光电二极管，没有光电疲劳效应，响应的波长范围较宽，受环境温度影响小，在短路工作时产生的光电流与入射的光通量之间具有很好的线性关系，能够很好的实现光到光电流的转换，并且长期稳定工作。本专利技术的基于颜色传感器的测温系统，所述TCS230的识别方法包括HSL颜色空间计算和基于HSL颜色空间的自动白平衡调整，所述HSL颜色空间计算的方法为：将像素的红色分量r、绿色分量g、蓝色分量b归一化，找到r、g、b中间的最大值max和最小值min；色相h的计算，当max＝min，h＝0；当max＝r，且g》b时，当max＝r，且g〈b，当max＝g，当max＝b，(2)亮度的计算(3)饱和度s的计算，当时，s＝0；当时，s＝0.5×(max+min)/l；当时，以上方法中，采用HSL颜色空间处理数据优点：(1)根据RGB输出颜色信息TCS230将RGB转化为HSL，根据H值判定未知颜色或判断颜色变化；(2)不需要用特殊光源，用一般LED即可；(3)检测属于颜色相对检测范畴，对光源没有特别要求。本专利技术的基于颜色传感器的测温系统，所述基于HSL颜色空间的自动白平衡调整的方法为：(1)根据RGB颜色空间计算HSL颜色空间；(2)设定分段数量，根据分段数量设置各段的亮度区间，根据亮度l值将像素分类到某一组；(3)设置假想为灰色的色相h值最大值Hmax，当h〈Hmax时，认为该像素为灰色；(4)根据公式计算红色修正系数Kr和蓝色修正系数Kb；(5)分段修正红色和蓝色分量，修正后的红色分量R＝Kr×r,r是修正前的红色分量，蓝色分量B＝Kb×b，b是修正前的蓝色分量；(6)设置结束计算的Kr、Kb偏差值ρ,当|Kr-1︱《ρ和|Kb-1︱《ρ时，结束计算。以上方法中的白平衡调整，可以使颜色传感器“白色”中三原色相等，解决由于颜色传感器对三种基本色敏感性不同的问题；且该白平衡调整的方法为自动白平衡调整；具有很好的颜色还原能力，对低亮度色彩有更小的颜色误差。本专利技术基于颜色传感器的测温系统的工作原理：本专利技术通过光学镜头采集高温物体辐射中的可见光，进入颜色传感器，通过单片机的控制系统，进行HSL颜色空间计算和自动白平衡调整，将颜色信息转化为电流信号，经过电流电压转换和放大电路，转化为电压信号，同时进行模数转换为数字信号，进入单片机处理，得到采集的颜色，进而通过颜色与温度的关系，计算出所测物体的温度。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，本专利技术中提供了彩色传感器与单片机之间的信号处理电路，解决了传感器输出微小电流与单片机处理具有一定电平的电压，从而不能进行直接连接的问题；同时提供了一种将RGB颜色空间转换成HSL颜色空间的方法和一种基于HSL颜色空间自动白平衡本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于颜色传感器的测温系统，其特征在于：包括颜色采集模块、颜色处理模块和颜色显示模块；所述颜色采集模块包括光学镜头和颜色传感器；所述颜色处理模块包括信号处理电路；所述颜色显示模块为LCD1602液晶显示模块。

【技术特征摘要】
1.一种基于颜色传感器的测温系统，其特征在于：包括颜色采集模块、颜色处理模块和颜色显示模块；所述颜色采集模块包括光学镜头和颜色传感器；所述颜色处理模块包括信号处理电路；所述颜色显示模块为LCD1602液晶显示模块。2.根据权利要求1所述的基于颜色传感器的测温系统，其特征在于：所述信号处理电路包括电流电压转换放大电路、A/D转换器、单片机和RS232电平转换器；所述A/D转换器采用TLC2543；所述单片机上还设置有LED屏，用于颜色的显示；所述单片机通过RS232电平转换器与PC机连接。3.根据权利要求2所述的基于颜色传感器的测温系统，其特征在于：所述电流电压转换放大电路包括电流电压转换电路、调零电路和放大电路。4.根据权利要求3所述的基于颜色传感器的测温系统，其特征在于：所述电流电压转换电路包括运算放大器ICL7650，电阻R1、R2、R3、R4，以及电容C1、C2；所述运算放大器ICL7650的反向输入端连接并联的R1和C1，再连接并联的R2和R3；所述运算放大器ICL7650的输出端连接由R4和C2组成的低通滤波电路。5.根据权利要求3所述的基于颜色传感器的测温系统，其特征在于：所述调零电路包括高精度低漂移器件OP-07，其反向输入端串联R5，连接R6和二极管D3的并联，连接R7和二极管D4的并联，正向输入端和输出端间并联R9和C3，正向输入端串联R8。6.根据权利要求3所述的基于颜色传感器的测温系统，其特征在于：所述放大电路包括运算放大器TLC2274，其反向输入端连接并联R12和R14，R12连接并联的R10和R11；正向输入端连接并...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏烬楚，
申请(专利权)人：夏烬楚，
类型：发明
国别省市：四川;51