Sensore di colore con Arduino

Questa pagina descrive come realizzare un riconoscitore di colori in grado di riconoscere il colore di un oggetto e accendere una serie di Led in base al colore rilevato con Arduino.

Questa risorsa è stata scritta dagli studenti dell'Istituto ITIS "Enrico Mattei" di Urbino, della classe 4A/EN (Daniel G., Sasha M.) nell'a.s. 2021/2022, all'interno del corso di Sistemi automatici per le superiori 2. Per favore, prima di apportare modifiche, attendi sino alla fine dell'anno scolastico (termina il 30 giugno 2022) oppure contatta il docente di riferimento Giacomo Alessandroni nel caso venissero rilevati contenuti non in linea con le linee guida della comunità. Se leggi questo avviso ad anno scolastico concluso puoi rimuoverlo.

Presentazione del progetto

grafico dello spettro dei colori del TCS3200

Il progetto volge alla realizzazione di un dispositivo in grado di riconoscere il colore di un oggetto davanti a sé, grazie al sensore di colore TCS 3200, il quale è dotato di 4 LED a luce bianca e basato su un convertitore colore luce-frequenza. Quest'ultimo è composto da 16 fotodiodi con filtri blu, 16 con filtri verdi, 16 con filtri rossi e 16 non filtrati. Quando un oggetto è posto frontalmente al modulo, esso viene illuminato dai 4 LED bianchi e la luce riflessa andrà a colpire i 64 fotodiodi, ottenendo in uscita un'onda quadra con una frequenza direttamente proporzionale all'intensità della luce riflessa. Oltre al sensore, il circuito è composto da 5 LED colorati (blu, rosso, verde, giallo e bianco), che si illuminano in base al colore dell’oggetto.

Schema di montaggio

Componenti utilizzati

Descrizione	Tipo
Sensore di colore	TCS3200
LED	5
Resistenze	$330~\Omega$

Schema di montaggio del circuito Riconoscitore di colori, realizzato con Fritzing

Codice

Connessione dei pin

Come prima cosa definiamo i pin ai quali colleghiamo il sensore di colore TCS3200:

S0 e S1 servono per impostare la frequenza di fondoscala, ossia per tarare il grafico dei colori. Abbiamo 4 possibilità di impostazione:

S0	S1	Segnale in uscita
L	L	//
L	H	2%
H	L	20%
H	H	100%

Con entrambi gli ingressi alti, non viene applicata la scalatura alle frequenze.

S2 e S3 servono per selezionare il tipo di fotodiodi da attivare

S2	S3	fotodiodi attivati
L	L	Rosso
L	H	Blu
H	L	Non filtrati
H	H	Verde

#define LED 3
#define S0 5
#define S1 4
#define S2 7
#define S3 6
#define B 13
#define R 12
#define G 11
#define Y 10
#define W 9
#define sensorOut 8

Void setup()

Dichiariamo gli OUTPUT e gli INPUT. Impostiamo nel setup sia S0 che S1 come "HIGH", per avere un segnale con frequenza non scalata e per avere una lettura al 100%.

void setup() {
 Serial.begin(9600);
 pinMode(LED, OUTPUT);
 pinMode(S0, OUTPUT);
 pinMode(S1, OUTPUT);
 pinMode(S2, OUTPUT);
 pinMode(S3, OUTPUT);
 pinMode(sensorOut, INPUT);
 
 digitalWrite(S0, HIGH);
 digitalWrite(S1, HIGH);
}

Void loop()

Impostiamo le tre variabili r, g, b, in cui andiamo a salvare i tempi di lettura. Per misurare l'onda quadra in uscita, invece di misurare la frequenza, teniamo conto del tempo e della lunghezza in cui il segnale di uscita è alto. Quindi imposto i pin S2 e S3, di volta in volta, per leggere un colore:

• Rosso (r): S2 LOW, S3 LOW;
• Verde (g): S2 HIGH, S3 LOW;
• Blue (b): S2 LOW, S3 HIGH;

Sottoponiamo al sensore dei colori campioni (rosso, verde, blu...) e vediamo i valori delle variabili, che vengono registrati sul monitor seriale. Impostiamo quindi con delle "if{}" e delle "else {}" i valori delle variabili per riconoscere ogni variazione di colore.

unsigned long r, g, b;
void loop() { 
 digitalWrite(LED, HIGH);
 digitalWrite(S2, LOW);
 digitalWrite(S3, LOW);
 r = pulseIn(sensorOut, LOW);
 digitalWrite(S2, HIGH);
 digitalWrite(S3, HIGH);
 g = pulseIn(sensorOut, LOW);
 digitalWrite(S2, LOW);
 digitalWrite(S3, HIGH);
 b = pulseIn(sensorOut, LOW);
 Serial.print("R=");
 Serial.print(r);
 Serial.print("\tGT=");
 Serial.print(g);
 Serial.print("\tGB=");
 Serial.print(b);
 delay(10);
  if((r <= 6 && r >= 5)&&(g <= 22 && g >= 20)&&(b <= 18 && b >= 14)){
    Serial.print("RED");
    analogWrite(R, 255);
  } else if((r <= 20 && r >= 18)&&(g <= 15 && g >= 13)&&(b <= 8 && b >= 6)){
    Serial.print("BLUE");
    analogWrite(B, 255);
  } else if((r <= 7 && r >= 6)&&(g <= 5 && g >= 4)&&(b <= 8 && b >= 7)){
    Serial.print("GREEN");
    analogWrite(G, H);
  } else if((r <= 14 && r >= 12)&&(g <= 17 && g >= 15)&&(b <= 8 && b >= 6)){
    Serial.print("PURPLE");
    analogWrite(B, H);
    analogWrite(R, H);
  } else if((r <= 4 && r >= 3)&&(g <= 7 && g >= 5)&&(b <= 10 && b >= 8)){
    Serial.print("YELLOW");
    analogWrite(Y, H);
  } else if((r <= 4 && r >= 3)&&(g <= 4 && g >= 3)&&(b <= 4 && b >= 3)){
    Serial.print("WHITE");
    analogWrite(W, H);
  } else if((r <= 9 && r >= 8)&&(g <= 21 && g >= 18)&&(b <= 21 && b >= 19)){
    Serial.print("ORANGE");
    analogWrite(Y, H);
    analogWrite(R, H);
  } else {
    analogWrite(R, 0);
    analogWrite(B, 0);
    analogWrite(G, 0);
    analogWrite(Y, 0);
    analogWrite(W, 0);
  }

}

Espansioni suggerite

Aggiunta di:

• contatore di oggetti in base al colore (con display a sette segmenti)
• utilizzo di un nastro trasportatore che fa scorrere gli oggetti direttamente sotto al modulo.