حسّاس اللون باستخدام لوحة التطوير أردوينو

 

حسّاس اللون -كما يُوحي اسمُه- :هو جهاز يتحسّس و يكتشف الألوان باستخدام انبعاث الضوء من الأوساط الخارجية مثل مصفوفة ليداتLEDs، ثم تحليل الضّوء المنعكس من هذا الوسط لتحديد لونه.

يُوجد مجموعة واسعة من التطبيقات التي تَستخدِم حساّسات للألوان مثل: تطبيقات فرز العناصر حسب اللون، وأنظمة التحكم بالجودة، تحسين لون الطباعة وغيرها. وذلك لأنّ هذه الحسّاسات تتحسّس الألوان بشكل دقيق..

يَعرِض هذا المشروع تطبيقاً لنموذج حسّاس لون باستخدام أردوينو، حيث يمتلك القدرة على تحسّس ألوان مختلفة .

حساسات اللون TCS3200 من أجل هذه الغاية.

يُبيّن الشكل مخطّط الدّارة الكهربائيّة المصمّمة لهذا التّطبيق.

 

 

العناصر المطلوبة Components Required :

  1. أردوينو ميغا Arduino MEGA
  2. شريحة حسّاس لون (TCS3200 (RGB+clear
  3. لوح نحاسيّ مثقَّب Breadboard
  4. مزوّد تغذية كهربائيّة Power supply
  5. أسلاك توصيل connecting wires

يُستخدم في هذا المشروع (أردوينو ميغا)، لأنه ستُوصَل العديد من المكوِّنات مع متحكّم الأردوينو مثل :أربع ليدات ضوئية وشاشة LCD وحسّاس لون TCS3200، أي سنحتاج للعديد من منافذ الدَّخْل والخَرْج، وهذا ما يجعل الأردوينو ميغا مناسباً لهذا الأمر.

مقدّمة إلى حسّاس اللون: 

تُعتبَر الألوان من الناحية التقنيّة نسجٌ من خيالنا، فعندما نرى تفّاحة حمراءَ هذا يعني أنّها تعكس الطول الموجيّ الخاصّ باللون الأحمر (~700 nm)، تمتصّ العين طاقة هذا اللون ووفقاً لبعض العمليات الكيميائية في الدماغ يُدرِك بأنّ طول الموجة هذه يعود للون الأحمر.

تساعد حسّاسات اللون في تحديد اللون المنبعث عن أي سطح كان.

في هذا المشروع سنستخدم حسّاس لون بسيط يَستخدِم مقاومة ضوئيّة LDR وجسمين لهما لونان مختلفان أحدهما أحمر والآخر أزرق.

عند تسليط ضوء أحمرَ على كليهما،فإنّ الجسم الأزرق سيمتصّه بينما الجسم الأحمر سيعكس ذلك الضّوء،بالتالي سيبدو مشعاً أكثر على المقاومة LDR حيث ينعكس معظم اللون الأحمر كما في.

 

 

وبحالة مشابهة، عند تسليط ضوء أزرقَ على كلا الجسمين، فإنّ الجسم الازرق سيعكسه وسيبدو مشعاً أكثر على المقاومة الضوئية LDR كما هو موضّح في الشكل أدناه.

تُبيّن هذه الطّريقة كيفية عمل حسّاس اللون وقد لا تعطي نتائجَ دقيقة.

 

 

يُعتبرحسّاس اللون TCS3200 أكثر تعقيداً، فهو حسّاس قابل للبرمجة يقوم بتحويل الضّوء الملوّن إلى تردّد، يتناسب تردّد خَرْج الحسّاس بشكل مباشر مع شدّة الضّوء المنعكس من الجسم.

يتألّف حسّاس اللون من(مرشح لوني RGB و جهاز كشف دقيق بالإضافة إلى 4 ليدات بيضاء)، وتُضمَّن جميع هذه العناصر على اللوحة الالكترونيّة.يملك أيضاً مصفوفة 8*8 من الديودات الضوئيّة PhotoDiodes ،ويخصّص كل 16 ديود للكشف عن لون واحد من الألوان الأحمر والأزرق والأخضر بالإضافة للون الأبيض النقيّ.

يُوضّح الشكل حسّاس TCS3200 المؤلَّف من فلاتر الألوان بالإضافة لمصفوفة الديودات الضوئيّة ومحوِّل يقوم بتحويل التّيّار إلى تردّد يُكوِّن بدوره الخَرْج النهائيّ–نبضة مربعة- الذي يُمكن تزويده مباشرة بالمتحكّم المُستخدَم.

 

 

تتكوَّن الداّرة المتكاملة لحسّاس اللون TSC3200من ( 8 أرجل بالإضافة إلى الدّارة التي تتضمّن مجموعة الشرائح الالكترونيّة المتكاملة SOC package)وتظهر في.

 

شرح بسيط للدّارة:

يُوصَل جهد التغذية مع الرِّجل 5 للدّارة وتعتبر أقصى قيمة له 5.5 فولت، ونحصل على إشارة الخَرْج من الرِّجل 6، أمّا الأرجل 7 و 8 (S3, S4) فهي خاصّة باختيار الديودات الضوئيّة، حيث تُستخدَم لتحديد الديودات الملائمة للمرشّح الضّوئيّ المفعّل (الأحمر أو الأزرق أو الأخضر أو الأبيض).

يُوضّح الشكل  الحالات المختلفة للرجلين 7 و8 والألوان الموافقة لها.

تُستخدَم الرجلين 1 و 2 (S0, S1) لضبط تردّد الخَرْج، حيث يمكن تغيير تردّد إشارة الخرج وفقاً للتّطبيق أو المتحكِّم المستخدَم، ولهما أهمية كبيرة مع الرجلين 7 و8 في دقّة عمل حسّاس اللون TCS3200.

وجود أنواع مختلفة من المتحكِّمات يفرض علينا وجوب ضبط تردُّد الخَرْج، حيث أنّ كلّاً من هذه المتحكِّمات له إعدادات توقيت مختلفة عن الأخرى.

يُبيِّن الشّكل النّسبة المئويّة لتردّد الخرج وفق حالات مختلفة للرّجلَين 1 و2.

يأتي حسّاس اللون TSC3200 على شكل شريحة متضمِّنة لجميع الأرجل والليدات التي ذُكرَتْ سابقاً، بالإضافة إلى مقاوَمات ومكثِّفات ودارة الحساّس الفعليّة التي تتحسّس للألوان كما هو موضّح بالشّكل.

 

 

تنفيذ المشروع Working On The Project:

يُقدِّم هذا المشروع نموذجاً لتصميم نظام كشف ألوان الأجسام المحيطة باستخدام شريحة الحسّاس TSC3200 الموصولة مع لوحة التّطوير أردوينو.

تحتوي شريحة الحسّاس TSC3200 كما ذكرنا سابقاً، على مرشّحات لونيّة للأحمر والأزرق والأخضر والأبيض، حيث تُمثّل كثافة كلّ لون على شكل تردّد محدّد خاص به،ويُضبط تردّد خَرْج الأردوينو على النّسبة 100% بتطبيق إشارة HIGH على كلّ من S0 وS1.

نستخدِم الرجلين S2 وS3 من حسّاس اللون لاختيار الديود الضوئيّ المناسب الذي يتمّ تفعيله، وحالما يتم ّاختياره تُفعّل رجل الأردوينو المتّصلة بخَرج الحسّاس وذلك باستخدام التّعليمة Pulsein من الكود البرمجيّ الخاص بالمشروع، سيساعدنا ذلك في حساب تردّد الخَرج.

وتُكرّر نفس العمليّة من أجل جميع الديودات الضوئيّة (R,G,B) لتحديد اللون الذي اكتشفه الحسّاس وعرضه على شاشة LCD وإضاءة LED الموافق لذلك اللون.

 أمثلة لتطبيقات تَستخدِم هذا المشروع:

تُوجَد تطبيقات عديدة تَستخدِم حسّاسات اللون منها:

  • التّطبيقات المُستخدَمة في مجال معالجة الصّور،
  • معالجة الإشارات الرّقميّة
  • التّعرف على النّماذج والألوان وغيرها.

أمّا في المجال الصّناعيّ: غالباً تُستخدَم حسّاسات اللون في عملية فرز المنتجات اعتماداً على لونها.

الكود البرمجي: التحميل من هنا

————————————————————————————————————-

المصدر: هنا
ترجمة: جهان عرقاوي ،  تدقيق لغوي: رنيم العلي ، تحرير: قحطان غانم ، مراجعة: محمد مرتكوش

 

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *