{Arduino} TCS34725 顏色感測器取色與 WS2812B / APA102 RGB LED 顯色測試

網頁最後修改時間：2018/02/27

早前在部落格有一篇關於顏色辨識的網頁 "{ Arduino } TCS3200 顏色辨識感測模組的校正、取色與顯色說明"；使用之前要先進行白平衡校正，放置欲取色的物體之後，每隔一段時間取色完成後會輸出取色之後的 RGB 值並由 WS2812B 全彩 LED 顯示結果。

而此篇網頁改用 TCS34725 做為取色的感測器，加入一個開始取色的按鈕，經 Gamma 校正後使用 WS2812B (或 APA102) 全彩 LED 顯色，取色後的原始數據與 Gamma 校正後的數據可輸出至 Serial Moitor 或 (和) 整合型 LCD 上。實際測試後的結果顯示，效果更佳、更快！可自行參考網頁中測試的影片。

TCS34725 是一顆顏色感測器 (可看賣場裡的說明)，除了可取回 RGBC (紅、綠、藍和透明光) 值之外，根據官方釋出的文件也說明了計算亮度和色溫的方法 (Calculating Color Temperature and Illuminance)，但在這裡只是提出，其計算方式與範例，可參考相關的 Arduino 函式庫。

接下來，先由電路圖看起！

硬體參考接線圖：
因為使用兩種不同的可定址全彩 LED 來顯示取得的顏色值，所以有兩個接線圖；基本上，兩者的電路沒多大差異！

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*WS2812B 做為顯示 LED：

TCS34725-with-WS2812B-RGB-LED 接線圖

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* APA102 做為顯示 LED：

TCS24725-with-APA102-RGB-LED 接線圖

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* 實際接好線的電路：

下面是將 WS2812B 和 APA102 兩個 LED 的電路全部接在一起的電路，使用的時候只能選擇插上其中一款 LED 做顯示；即便兩個一起裝上，也只有一個會正確顯示！

另外，電源的使用上要注意不要直接使用 Arduino UNO 上面的 5V 電源給全部電路用，要使用外接電源；如下圖最右邊插在電路板電源處的紅黑兩條線，就是外接電源線用的。

實際接好線的電路

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網頁所使用的零件可至下面分類網頁購買：

• TCS34725-(整合IR遮光濾光片)顏色光感測數位轉換模組
• WS2812B 焊接電路板
• WS2812B 黑色焊接電路板
• APA102 5050 全彩 LED 點光源焊接電路板
• {5V}整合型{4/8BIT,IIC,4SPI}1602英文字型藍底白字LCD螢幕

上面只列出重點元件，其餘請搜尋賣場或向其他賣場購買

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測試結果影片：

錄影畫面

影片中的畫面如上面所示。右上畫面是實際操作的畫面，相對應的 RGBC 取值、壓縮和 Gamma 校正相關的數據輸出到左下畫面的 Serial Monitor 中；其中，LCD 第一行顯示的是原始數據的 Clear 值，第二行顯示的是輸出到 LED 的 RGB 值。右下畫面顯示的是 Arduino 程式碼與編譯上傳的結果；而左上畫面是 TCS34725 的光電二極體光譜響應圖。

從響應圖並對照影片中取值的結果可以清楚看到，取值的時候會伴隨著其他部分的數據；例如，藍色紙卡取色時，也會有綠色值，但紅色值則會相對很低。

下面是實測的兩則影片，請觀賞！

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* WS2812B 做為顯示 LED：

影片中 Arduino IDE 的 Serial Monitor 輸出如下圖所示：

Serial Monitor Log, TCS34725+WS2812B

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* APA102 做為顯示 LED：

影片中 Arduino IDE 的 Serial Monitor 輸出如下圖所示：

Serial Monitor Log, TCS34725+APA102

程式撰寫需要的資料：

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有購買 TCS34725 的使用者，網頁中所需相關資料已放置於雲端硬碟，請自行下載使用！
其餘的使用者，請根據說明自行修改，相關需要的資料請參考網頁最下方的連結，不再另外提供！
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影片中所使用的程式碼，是從下載的 TCS34725 函式庫裡的範例程式 {TCS34725} / colorview 所修改，Arduino IDE v1.8.5 編譯 (Arduino UNO 開發板)，修改與增加的部分有：

• 加入一個取色啟動的按鈕
• 加入整合型 LCD 的支援
• 移除原先程式裡使用的 RGB LED，改用可大量串接使用的可定址全彩 LED ( WS2812B / APA102 )

完成上面項目之後，就可以開始進行測試。不過有一點需要注意，那就是環境光源的種類與強弱會影響檢測的結果。若結果因為這樣的關係造成誤差，可以改變 TCS34725 在程式 ( line：19 ) 一開始宣告實體裡的兩個引數值：積分時間 (Integration Time)和增益 (Gain)。

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積分時間跟暫存器 ( 0x01 (7:0) ) 的 ATIME 有關，公式為：

Integration Time (ms) = ( 256 - ATIME ) * 2.4

Max RGBC Count  = ( 256 - ATIME ) * 1024

Max RGBC Count 最大值只能到 65535；函式庫預設的選項有下面幾個可以選擇：

• TCS34725_INTEGRATIONTIME_2_4MS
• TCS34725_INTEGRATIONTIME_24MS
• TCS34725_INTEGRATIONTIME_50MS
• TCS34725_INTEGRATIONTIME_101MS
• TCS34725_INTEGRATIONTIME_154MS
• TCS34725_INTEGRATIONTIME_700MS

增益跟暫存器 0x0F (1:0) 有關，可選擇的選項有：

• TCS34725_GAIN_1X
• TCS34725_GAIN_4X
• TCS34725_GAIN_16X
• TCS34725_GAIN_60X

積分時間與增益類似於照相機的快門速度與 ISO 設定；在低光線環境下增加 ISO (增益) 設定值 (但會增加雜訊) 或是延長快門速度 (增加積分時間)設定值 (但會增加量測時間)，來改善測量準確性與精確度。程式設計者可藉由調整這兩個參數設定值，在寬範圍的照明條件下進行測量。
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* Arduino 函式庫：
程式碼裡所使用的函式庫，可點擊下面連結下載壓縮檔自行安裝

• TCS34725
• WS2812B / APA102

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* Arduino 燒錄 Hex 檔：
雖然沒有在網頁中提供原始程式碼，但是在這裡提供 APA102 和 WS2812B 兩種全彩 LED 兩個的 Arduino Hex 燒錄檔案；硬體線路不需要使用整合型 LCD。

Hex 檔案下載之後，使用下面提供的燒錄軟體，操作方式與 Arduino IDE 一樣，選擇好 Hex 檔和通訊埠，就能上傳。

• 下載 Arduino UNO Hex 檔 (APA102 和 WS2812B 兩個版本)
• 下載 Arduino UNO Hex 檔燒錄程式

結論：
實際使用過 TCS3200 與 TCS34725 發現；TCS34725 接線用的比較少，測量速度快，支援積分時間與增益調整，能夠在低光源或是不同照明條件下的測量，而且能夠用來輔助量測色溫與照度 ... 等，在需要用到顏色檢測的應用場合中，是現今市場上一款非常好的顏色感測器，值得選用。

結束之前，讓我們一起來看看這款顏色感測器實際的應用：分類 M&M 巧克力的顏色

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