基于颜色传感器的纸币面值识别系统设计

摘 要 本文主要介绍利用颜色传感器TCS230与单片机AT89C51构成纸币面值颜色识别系统.系统利用颜色传感器的对不同面值纸币的颜色进行检测，将检测的R、G、B值送入单片机中，单片机通过程序处理将R、G、B值转化为HSL颜色空间数据，从而判断纸币的颜色，最终确定纸币的面值。

【关键词】纸币面值识别 颜色传感器 单片机

1 引言

本系统通过颜色传感器与单片机的组合来判别纸币面值。系统中采用TAOS推出的彩色光到频率转换的颜色传感器TCS230，将光电二极管与电流频率转换器集成在一个单一的CMOS电路上，同时在单一的芯片上集成红、绿、蓝三种滤光器，将颜色传感器直接与单片机进行连接，将传感器输出信号通过单片机进行数据处理，将处理结果与实际纸币的颜色进行比对从而来判断纸币面值。

2 纸币面值识别系统方案设计

2.1 方案总体设计

本系统以单片机AT89C51为控制核心，外部电路包括宽度检测电路、颜色传感器信号采集电路、液晶显示电路，报警电路、电机驱动等。当纸币到达颜色传感器的检测范围时，颜色传感器对所投入的纸币进行面值识别，记录纸币的面值颜色所对应的R、G、B值，最终将各种传感器的信号传入单片机，单片机通过程序处理判断纸币面值大小。

2.2 纸币颜色识别系统硬件设计

2.2.1 颜色传感器识别原理

由三原色感应原理可知，如果知道构成各种颜色的三原色的值，就能够知道所测试物体的颜色。对于TCS230来说，当选定一个颜色滤波器时，它只允许某种特定的原色通过，阻止其他原色的通过。当选择红色滤波器时，入射光中只有红色可以通过，蓝色和绿色都被阻止，这样就可以得到红色光的光强；同时，选择其他的滤波器，就可以得到蓝色光和绿色光的光强。通过这三个值，就可以分析投射到TCS230传感器上的光的颜色。

2.2.2 颜色识别系统硬件设计

主电路设计中将颜色传感器TCS230与单片机AT89C51进行连接，颜色传感器的管脚S0、S1、S2、S3分别与单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3管脚连接，颜色传感器的输出端把脉冲信号输出到单片机的P1.5管脚，给颜色传感器VCC端口接入5V电源，同时GND端口接地。

单片机通过管脚 P1.0、P1.1、P1.2、P1.3的高、低电平的输出从而控制颜色传感器的工作状态。颜色识别时，单片机依次选择颜色传感器的红色滤波器（S2=L、S3=L）、蓝色滤波器（S2=L、S3=H）、G色滤波器（S2=H、S3=H），并且通过计数器记录下各种滤波器状态下的脉冲个数，在通过白平衡时计算出的比例因子进行换算，换算后的结果即为此面值纸币所对应的的R、G、B值。

2.3 纸币颜色识别系统软件设计

系统总体框图2所示，系统总体包括两大部分内容，一是通过颜色传感器进行颜色识别，颜色识别前对颜色传感器进行白平衡调整，通过颜色传感器检测出纸币的R、G、B值；另一部分是数据处理，通过颜色传感器传来的R、G、B值在单片机内部进行程序处理，将R、G、B值转换成我们眼睛比较直观的HSL数据，将HSL数据进行颜色比对从容判断出纸币的面值。

2.3.1 颜色检测

首先对颜色传感器白平衡调整，在传感器上方10mm左右正对放置白色物体，我们设置一个固定时间10ms。然后我们通过依次选通传感器的检测基色（每个通道都是10ms），分别得到三个脉冲个数的值，红色为X个脉冲，绿色为Y个脉冲，蓝色为Z个脉冲。然后A为红色比例因子，B为绿色比例因子，C为蓝色比例因子，那么A=255/X，B=255/Y，C=Z/255。 这样我们就完成了比例因子的计算。 当检测纸币颜色的时候，（程序中的检测时间也需要设置为10ms）。选择不同的滤光镜分别得到R、G、B后，再分别乘以上面计算的比例因子A、B、C就可以得到纸币颜色所对应的R、G、B值。

2.3.2 数据处理

单片机将得到的R、G、B值装换到颜色识别领域的HSL空间，其中H表示色相，S表示饱和度、L表示亮度，HSL空间可用模型表示。色相H的变化范围对应0度到360度，S可用直径表示，L可用高度表示。

物体颜色的差异主要取决于H值得大小。本系统中R、G、B值到HSL空间转化算法如下：设max为R、G、B中的最大者，min为三个中的最小值，H的取值在 之间，S和L的取值在0～1之间。

根据大量10元纸币、5元纸币、1元纸币投入实验得到相应的R、G、B值，再将R、G、B转换为相应的HSL空间数据，在这里主要考H值得大小，数据显示各面值的纸币对应色相值H的范围，参照表1。

3 结论

本系统在实际的测试过程中基本可以满足纸币通过颜色来对面值的识别，对纸币颜色相近的情况增加了纸币宽度的识别，从而保证面值识别的准确定，基本可以满足大多数场合的应用，同时系统结构简单，成本较低，具有一定的实用价值。由于传感器的自身原因，对于动态物体的颜色检测存在一定的困难。

参考文献

[1]尤佳，徐炜.流通人民币纸币的面值识别[J].仪器仪表学报，2003.

[2]张松灿，肖本贤.高分辨率颜色传感器TCS230的原理和应用[J].单片机与嵌入式系统应用，2005.

[3]何立民.单片机应用系统设计[J].北京：北京航空航天大学出版社，1990.

作者简介

尤阳阳，现为陕西能源职业技术学院讲师。研究方向为电气自动化。

王晓华，现为咸阳师范学院讲师。研究方向为财务管理。

作者单位

1.陕西能源职业技术学院 陕西省咸阳市 712000

2.咸阳师范学院 陕西省咸阳市 712000