Avago HDJD - JD06開發(fā)套件：電子工程師的色彩傳感利器

在電子工程領(lǐng)域，色彩傳感器的應(yīng)用越來越廣泛，從汽車內(nèi)飾照明到環(huán)境光檢測，都離不開它的身影。今天，我們就來深入了解一下Avago Technologies推出的HDJD - JD06開發(fā)套件，它能幫助工程師們更好地應(yīng)用ADJD - E622 - QR999色彩傳感器。

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一、免責(zé)聲明、警告與致謝

在使用HDJD - JD06開發(fā)套件之前，我們需要了解一些重要信息。Avago對(duì)提供的軟件不做任何形式的保證，使用該軟件的風(fēng)險(xiǎn)需用戶自行承擔(dān)。同時(shí)要注意，該產(chǎn)品不符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)。在操作時(shí)，嚴(yán)禁在HDJD - JD06開發(fā)套件或PC開啟時(shí)連接或斷開任何設(shè)備，否則可能會(huì)永久損壞PC和開發(fā)套件。在與控制板交互時(shí)，要確保電源關(guān)閉，且在程序運(yùn)行時(shí)不要關(guān)閉控制板電源。此外，CIE xy圖表的相關(guān)內(nèi)容要感謝Prof. Geoff Hoffman，同時(shí)文中涉及的一些商標(biāo)都有其相應(yīng)的所有者。

二、產(chǎn)品簡介

Avago Technologies的ADJD - E622 - QR999色彩傳感器專為汽車應(yīng)用設(shè)計(jì)，符合汽車電子委員會(huì)AEC - Q100標(biāo)準(zhǔn)。它將光電二極管陣列和三個(gè)跨阻放大器集成在一個(gè)單芯片CMOS IC解決方案中，采用5x5x0.75 [mm]表面貼裝QFN - 16封裝。通過在光電二極管陣列上涂覆紅（R）、綠（G）和藍(lán)（B）色濾光片，能將RGB光轉(zhuǎn)換為模擬電壓輸出。3x3陣列設(shè)計(jì)的光電二極管可最大程度減少污染和光學(xué)孔徑未對(duì)準(zhǔn)的影響，并且每個(gè)R、G和B通道都有獨(dú)立的增益選擇選項(xiàng)。該傳感器適用于汽車儀表盤照明、內(nèi)飾照明、信息娛樂和導(dǎo)航面板等汽車應(yīng)用，也可用于環(huán)境照明、機(jī)艙照明、裝飾照明、一般顏色檢測和工業(yè)過程等領(lǐng)域。

HDJD - JD06開發(fā)套件不僅能指導(dǎo)ADJD - E622 - QR999的應(yīng)用，還能展示色彩傳感的原理，可用于透射和反射傳感。它具有以下特點(diǎn)：

1. 可通過標(biāo)準(zhǔn)USB端口輕松連接到大多數(shù)IBM PC。
2. 軟件用戶友好，能顯示輸出模擬電壓、數(shù)字RGB讀數(shù)、轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)顏色格式、數(shù)據(jù)記錄和CIE顏色圖表等功能。
3. 色彩傳感器控制板包含后置放大器、濾波器和LED電流選擇功能。
4. 可作為使用Avago色彩傳感器構(gòu)建其他簡單反射和透射顏色檢測系統(tǒng)的示例電路應(yīng)用。

三、啟動(dòng)準(zhǔn)備

標(biāo)準(zhǔn)的Avago HDJD - JD06開發(fā)套件包含一個(gè)傳感器模塊、一個(gè)控制板（CB）、一根USB電纜和一張帶有安裝軟件的CD。

四、色彩傳感器模塊

（一）模塊組成

色彩傳感器模塊由光源、RGB色彩傳感器和機(jī)械塊組成。使用Avago白色LED（HSMW - C191）作為光源，QFN封裝的RGB色彩傳感器（ADJD - E622 - QR999）作為探測器。機(jī)械塊不僅作為外殼，還具有對(duì)齊標(biāo)尺，可保持傳感器與目標(biāo)表面之間的最佳間隙。

（二）工作原理

1. 反射式色彩傳感：反射式傳感中，色彩傳感器檢測從表面或物體反射的光。傳感器模塊設(shè)計(jì)使光源和色彩傳感器靠近目標(biāo)表面/物體，LED發(fā)出的光從表面/物體反射后被傳感器測量。對(duì)于給定光源，反射光的顏色取決于表面/物體的顏色，傳感器將反射光的R、G和B分量轉(zhuǎn)換為模擬電壓，從而測量表面/物體的顏色，同時(shí)還能測量表面/物體的反射率。
2. 透射式色彩傳感：透射式應(yīng)用中，套件面向被測光源。色彩傳感器的濾光片光電二極管陣列將照射在其上的光的R、G、B分量轉(zhuǎn)換為光電流，再轉(zhuǎn)換為每個(gè)主分量的數(shù)字值。由于任何彩色光都由原色的比例唯一表示，所以色彩傳感器能確定地測量顏色，且其輸出隨光強(qiáng)度線性增加。對(duì)于給定光源，該套件還可用于確定光在到達(dá)傳感器之前通過的透明介質(zhì)（如玻璃、塑料或液體）的顏色。使用HDJD - JD06進(jìn)行透射模式時(shí)，需通過色彩傳感器控制板上的滑動(dòng)開關(guān)關(guān)閉白色LED。

五、色彩傳感器控制板

（一）色彩讀取和接口模塊

該模塊將模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出，再從2線串行接口轉(zhuǎn)換為可輕松與計(jì)算機(jī)連接的USB協(xié)議。ADC具有10位分辨率，上電后，ADC開始接收3通道色彩傳感器輸出（Vr、Vg、Vb）并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。數(shù)字化值由微控制器通過2線串行接口讀取，完成每一輪轉(zhuǎn)換后通過USB發(fā)送到Avago傳感器開發(fā)套件程序。主要組件包括HDJD - J822作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器、使用LM324的放大器和RC低通濾波器，以及用于將2線串行接口連接到USB的USB微控制器PIC18F2455。

（二）電源模塊

電源模塊為ADC、微控制器、運(yùn)算放大器、LED和色彩傳感器提供5V穩(wěn)壓電壓。電源可以選擇USB或電源適配器。

（三）LED恒流模塊

該模塊為白色LED提供5mA、10mA、15mA和20mA四種可選電流。

六、硬件設(shè)置與配置

（一）電源選擇

HDJD - JD06有兩種獲取+5VDC的選擇，用戶可通過“跳線”選擇USB端口或適配器端口作為電源。連接USB電纜從計(jì)算機(jī)到控制板，選擇跳線以確定使用的電源。若選擇適配器電源，需將適配器連接到適配器插座，同時(shí)要確保適配器電壓在9V到20V之間。

（二）傳感器模塊連接

將傳感器模塊連接到控制板時(shí)，要確保方向正確，檢查無電纜的引腳10是否連接到NC。

（三）電源開啟

打開電源開關(guān)（SW1），紅色LED亮起表示板上有電源供應(yīng)。若USB電纜連接，綠色LED亮起表示控制板與計(jì)算機(jī)之間有通信。

（四）LED開關(guān)操作

使用SW2打開白色LED進(jìn)行反射式傳感，在透射式傳感或校準(zhǔn)期間關(guān)閉LED。通過SW3可在5mA、10mA、15mA或20mA之間選擇LED電流。

（五）增益選擇

使用撥碼開關(guān)選擇色彩傳感器的增益，具體的增益反饋電阻表、與反饋電阻對(duì)應(yīng)的響應(yīng)率和電路設(shè)置可參考數(shù)據(jù)手冊(cè)和應(yīng)用筆記。

七、PC軟件指南

（一）軟件安裝

將安裝CD插入CD - ROM驅(qū)動(dòng)器，點(diǎn)擊“開始”，然后點(diǎn)擊“運(yùn)行”，輸入“D:setup”并按回車鍵。注意要使用正確的驅(qū)動(dòng)器號(hào)進(jìn)行軟件安裝，通常CD - ROM為“D:”。安裝程序?qū)⒁龑?dǎo)完成軟件安裝。

（二）用戶界面

1. 傳感器RGB數(shù)據(jù) - 模擬電壓：以圖形和數(shù)字形式顯示傳感器RGB模擬電壓，RGB電壓范圍為0V到2.5V。
2. 標(biāo)準(zhǔn)顏色格式的傳感器讀數(shù)：顯示傳感器讀數(shù)的數(shù)字RGB讀數(shù)、XYZ三刺激值、CIE Yxy顏色空間和Lab*顏色空間。只有在勾選“激活顏色圖表/轉(zhuǎn)換”復(fù)選框時(shí)，才會(huì)顯示XYZ、Yxy和Lab值。
3. 功能按鈕：包括啟動(dòng)CIE xy圖表和數(shù)據(jù)記錄窗口的按鈕。
4. 激活顏色圖表/轉(zhuǎn)換：勾選該框后，RGB讀數(shù)將轉(zhuǎn)換為XYZ、Yxy和Lab顏色空間，CIE xy圖表上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)圓圈表示測量顏色的色點(diǎn)。取消勾選則禁用顏色轉(zhuǎn)換和顏色圖表功能。
5. 啟動(dòng)程序：點(diǎn)擊開始顏色測量，測量將持續(xù)進(jìn)行，直到再次點(diǎn)擊該按鈕。
6. 通信測試：使用軟件前，用戶需通過按下測試按鈕檢查軟件與開發(fā)板之間的通信。紅色表示通信測試失敗，綠色表示通過。

（三）傳感器讀數(shù)解釋

以透射模式檢測LED顏色為例，當(dāng)傳感器模塊對(duì)準(zhǔn)紅色LED時(shí)，R通道的傳感器讀數(shù)最高；對(duì)準(zhǔn)綠色LED時(shí)，G通道讀數(shù)最高；對(duì)準(zhǔn)藍(lán)色LED時(shí)，B通道讀數(shù)最高。

（四）顏色轉(zhuǎn)換

1. RGB > XYZ：系統(tǒng)根據(jù)傳感器和ADC獲得的RGB數(shù)字化值，將其進(jìn)一步解釋并轉(zhuǎn)換為XYZ顏色空間，并顯示XYZ值。CIE XYZ顏色空間基于人眼的直接測量，是許多其他顏色空間定義的基礎(chǔ)。
2. XYZ -> Yxy：CIE XYZ是三維線性顏色空間，結(jié)果不易可視化。CIE在1931年定義了Yxy顏色空間，用于在二維平面上繪制顏色，獨(dú)立于亮度。Y是顏色的亮度分量，xy是根據(jù)XYZ三刺激值計(jì)算的色度坐標(biāo)。
3. *XYZ -> La*b**：CIE Lab（CIELAB）是最完整的顏色模型，用于描述人眼可見的所有顏色。模型中的三個(gè)參數(shù)分別表示顏色的亮度（L）、在品紅色和綠色之間的位置（a）以及在黃色和藍(lán)色之間的位置（b*）。

（五）CIE xy圖表

可通過兩種方式訪問CIE xy圖表：一是點(diǎn)擊主GUI功能區(qū)的“CIE xy Chart”按鈕；二是點(diǎn)擊菜單“View” -> “CIE xy Chart”。要實(shí)時(shí)查看CIE xy圖表，需激活顏色圖表/轉(zhuǎn)換，此時(shí)圖表上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)圓圈表示色彩傳感器測量的顏色。

（六）數(shù)值數(shù)據(jù)記錄

數(shù)值數(shù)據(jù)記錄功能可幫助用戶識(shí)別和跟蹤掃描顏色的一致性和可重復(fù)性，還可保存數(shù)據(jù)以便后續(xù)檢索?？赏ㄟ^點(diǎn)擊主GUI功能區(qū)的“Datalog”按鈕或菜單“View” -> “Datalog”訪問數(shù)據(jù)記錄窗口。數(shù)據(jù)記錄窗口的按鈕功能包括：

1. 獲取數(shù)據(jù)：將主GUI上測量和顯示的模擬和數(shù)字讀數(shù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)記錄窗口。
2. 另存為：將文件保存為多種格式（如RTF、文本文件或Excel文件）。
3. 清除：清除數(shù)據(jù)記錄窗口的顯示屏幕。
4. 退出：關(guān)閉數(shù)據(jù)記錄窗口。

八、顏色圖表/轉(zhuǎn)換激活步驟

要激活顏色圖表和顏色轉(zhuǎn)換，需嚴(yán)格按照以下步驟操作：

1. 首先，將LED電流選擇為20mA，具體方法參考硬件設(shè)置部分。
2. 將所有傳感器增益選擇為“1”，即把撥碼開關(guān)設(shè)置到相應(yīng)位置，具體可參考硬件設(shè)置部分。
3. 勾選“激活顏色圖表/轉(zhuǎn)換”復(fù)選框，然后點(diǎn)擊“開始”按鈕。會(huì)彈出一個(gè)消息框，點(diǎn)擊“是”確認(rèn)所有步驟正確完成，此時(shí)顏色轉(zhuǎn)換和實(shí)時(shí)CIE xy圖表將被激活。需要注意的是，不要調(diào)整控制板上的微調(diào)器，因?yàn)樗鼈冊(cè)诠S已校準(zhǔn)以實(shí)現(xiàn)最佳顏色轉(zhuǎn)換。

Avago HDJD - JD06開發(fā)套件為電子工程師提供了一個(gè)全面的色彩傳感解決方案，無論是在汽車應(yīng)用還是其他領(lǐng)域，都能幫助工程師更好地實(shí)現(xiàn)顏色檢測和控制。大家在使用過程中有沒有遇到過什么問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。