Detecção de cores usando raspberry pi e sensor de cores tcs3200

Neste projeto iremos detectar as cores usando o módulo TCS3200 Color Sensor Module com Raspberry Pi. Aqui, usamos o código Python para Raspberry Pi para detectar as cores usando o sensor TCS3200. Para demonstrar a detecção de cores usamos um LED RGB, este LED RGB acenderá na mesma cor, cujo objeto é apresentado próximo ao sensor. Atualmente, programamos o Raspberry Pi para detectar apenas as cores vermelho, verde e azul. Mas você pode programá-lo para detectar qualquer cor após obter os valores RGB, já que cada cor é composta por esses componentes RGB. Confira o vídeo de demonstração no final.

Anteriormente, lemos e exibimos os valores RGB das cores usando o mesmo TCS3200 com Arduino. Antes de prosseguir, vamos saber sobre o TCS3200 Color Sensor.

Sensor de cor TCS3200:

TCS3200 é um sensor de cores que pode detectar qualquer número de cores com a programação correta. TCS3200 contém matrizes RGB (Red Green Blue). Conforme mostrado na figura em nível microscópico, pode-se ver as caixas quadradas dentro do olho no sensor. Essas caixas quadradas são matrizes de matriz RGB. Cada uma dessas caixas contém três sensores para detectar a intensidade da luz vermelha, verde e azul.

Portanto, temos matrizes Red, Blue e Green na mesma camada. Portanto, enquanto detectamos a cor, não podemos detectar todos os três elementos simultaneamente. Cada uma dessas matrizes de sensores deve ser selecionada separadamente, uma após a outra, para detectar a cor. O módulo pode ser programado para detectar uma cor específica e deixar as outras. Ele contém pinos para essa finalidade de seleção, que será explicada posteriormente. Há um quarto modo que não é modo de filtro; sem modo de filtro, o sensor detecta luz branca.

Conectaremos esse sensor ao Raspberry Pi e programaremos o Raspberry Pi para fornecer a resposta apropriada dependendo da cor.

Componentes necessários:

Aqui, estamos usando o Raspberry Pi 2 Model B com o Raspbian Jessie OS. Todos os requisitos básicos de hardware e software foram discutidos anteriormente. Você pode consultá-los na introdução do Raspberry Pi e no LED Raspberry PI piscando para começar, exceto pelo que precisamos:

• Raspberry Pi com sistema operacional pré-instalado
• TCS3200 sensor de cor
• Chip contador CD4040
• LED RGB
• Resistor de 1KΩ (3 peças)
• Capacitor 1000uF

Diagrama de circuito e conexões:

As conexões que são feitas para conectar o sensor de cor com Raspberry Pi são fornecidas na tabela abaixo:

Pinos do sensor	Alfinetes Raspberry Pi
Vcc	+ 3.3v
GND	terra
S0	+ 3.3v
S1	+ 3.3v
S2	GPIO6 de PI
S3	GPIO5 de PI
OE	GPIO22 de PI
FORA	CLK de CD4040

As conexões para o contador CD4040 com Raspberry Pi são fornecidas na tabela abaixo:

Pinos CD4040	Alfinetes Raspberry Pi
Vcc16	+ 3.3v
Gnd8	gnd
Clk10	FORA do sensor
Reiniciar 11	GPIO26 de PI
Q0	GPIO21 de PI
T1	GPIO20 de PI
2º trimestre	GPIO16 de PI
3º T	GPIO12 de PI
Q4	GPIO25 de PI
Q5	GPIO24 de PI
Q6	GPIO23 de PI
Q7	GPIO18 de PI
Q8	Sem conexão
Q9	Sem conexão
Q10	Sem conexão
Q11	Sem conexão

Abaixo está o diagrama de circuito completo da interface do sensor de cores com Raspberry Pi:

Explicação de trabalho:

Cada cor é composta por três cores: Vermelho, Verde e Azul (RGB). E se conhecermos as intensidades de RGB em qualquer cor, podemos detectar essa cor. Lemos anteriormente esses valores RGB usando o Arduino.

Usando o TCS3200 Color Sensor, não podemos detectar a luz vermelha, verde e azul ao mesmo tempo, portanto, precisamos verificá-los um por um. A cor que precisa ser detectada pelo sensor de cores é selecionada por dois pinos S2 e S3. Com esses dois pinos, podemos dizer ao sensor qual a intensidade da luz colorida que deve ser medida.

Digamos que se precisamos sentir a intensidade da cor vermelha, precisamos definir ambos os pinos como BAIXO. Após obter a luz VERMELHA medida, definiremos S2 BAIXO e S3 ALTO para medir a luz azul. Alterando sequencialmente as lógicas de S2 e S3, podemos medir as intensidades da luz vermelha, azul e verde, de acordo com a tabela abaixo:

S2	S3	Tipo de fotodiodo
Baixo	Baixo	Vermelho
Baixo	Alto	Azul
Alto	Baixo	Sem filtro (branco)
Alto	Alto	Verde

Uma vez que o sensor detecta as intensidades dos componentes RGB, o valor é enviado para o sistema de controle dentro do módulo conforme mostrado na figura abaixo. A intensidade da luz medida pela matriz é enviada ao conversor de corrente para frequência dentro do módulo. O conversor de freqüência gera uma onda quadrada cuja freqüência é diretamente proporcional ao valor enviado pela matriz. Com o valor mais alto do ARRAY, o conversor de corrente para frequência gera a onda quadrada de frequência mais alta.

A frequência do sinal de saída pelo módulo do sensor de cor pode ser ajustada em quatro níveis. Esses níveis são selecionados usando S0 e S1 do módulo do sensor, conforme mostrado na figura abaixo.

S0	S1	Escala de frequência de saída (f0)
eu	eu	Desligar
eu	H	2%
H	eu	20%
H	H	100%

Este recurso é útil quando estamos conectando este módulo ao sistema com clock baixo. Com Raspberry Pi, selecionaremos 100%. Lembre-se aqui, sob a sombra, o Módulo Sensor de Cores gera uma saída de onda quadrada cuja frequência máxima é 2500 Hz (escala de 100%) para cada cor.

Embora o módulo forneça uma onda quadrada de saída cuja frequência seja diretamente proporcional à intensidade da luz que incide sobre sua superfície, não há uma maneira fácil de calcular a intensidade da luz de cada cor por este módulo. No entanto, podemos dizer se a intensidade da luz está aumentando ou diminuindo para cada cor. Também podemos calcular e comparar os valores de Vermelho, Verde e Azul para detectar a cor da luz ou a cor do objeto predefinido na superfície do módulo. Portanto, este é mais um módulo do sensor de cores do que um módulo do sensor de intensidade de luz.

Agora, alimentaremos essa saída de onda quadrada para o Raspberry Pi, mas não podemos fornecê-la diretamente para o PI, porque o Raspberry Pi não tem nenhum contador interno. Portanto, primeiro forneceremos essa saída para o contador binário CD4040 e programaremos o Raspberry Pi para obter o valor da frequência do contador em intervalos periódicos de 100 ms.

Portanto, o PI lê um valor de 2500/10 = 250 máx. Para cada cor VERMELHA, VERDE e AZUL. Também programamos o Raspberry Pi para imprimir esses valores representando as intensidades de luz na tela, conforme mostrado abaixo. Os valores são subtraídos dos valores padrão para chegar a zero. Isso é útil para decidir a cor.

Aqui, os valores padrão são os valores de RGB, que foram tirados sem colocar nenhum objeto na frente do sensor. Depende das condições de luz do ambiente e esses valores podem variar de acordo com o ambiente. Basicamente, estamos calibrando o sensor para leituras padrão. Portanto, primeiro execute o programa sem colocar nenhum objeto e observe as leituras. Esses valores não serão próximos de zero, pois sempre haverá alguma luz incidindo sobre o sensor, não importa onde você o coloque. Em seguida, subtraia essas leituras com as leituras que obteremos depois de colocar um objeto para teste. Dessa forma, podemos obter leituras padrão.

O Raspberry Pi também é programado para comparar os valores R, G e B para determinar a cor do objeto colocado próximo ao sensor. Este resultado é mostrado pelo LED RGB aceso conectado ao Raspberry Pi.

Então, em poucas palavras,

1. O módulo detecta a luz refletida pelo objeto colocado próximo à superfície.

2. O módulo do sensor de cores fornece onda de saída para R, G ou B, escolhida sequencialmente por Raspberry Pi por meio dos pinos S2 e S3.

3. O contador CD4040 pega a onda e mede o valor da frequência.

4. PI obtém o valor de frequência do contador para cada cor a cada 100 ms. Após obter o valor, cada vez que o PI zera o contador para detectar o próximo valor.

5. Raspberry Pi imprime esses valores na tela e os compara para detectar a cor do objeto e, finalmente, acender o LED RGB na cor apropriada, dependendo da cor do objeto.

Seguimos a sequência acima em nosso Código Python. O programa completo é fornecido abaixo com um vídeo de demonstração.

Aqui, o Raspberry Pi está programado para detectar apenas três cores, você pode combinar os valores R, G e B de acordo para detectar mais cores de sua preferência.