乐高ev3 颜色传感器的原理

那么它的工作原理是什么呢？让我们分析一下。颜色传感器的硬件部分主要由红、绿、蓝三色发光二极管、光敏二极管和其他配套硬件电路三部分组成。三色发光二极管有四个管脚，其中三个对应每个颜色二极管的负极。第四个管脚是正极公共端，连接不同管脚和公共端的电压，使不同颜色的发光二极管发光。

光敏二极管可以根据不同的亮度产生不同大小的电流。在不同的工作模式下，三色发光二极管的工作模式不同，因此根据光敏二极管接收电流的变化，可以完成识别颜色、判断反射强度等功能。具体分析如下：
1、发射端：

• 反射模式
  在反射模式下，发光二极管为1KHz红色脉冲光信号的频率发射，脉宽固定在180us。根据被测表面与传感器的距离，以及被测表面反射红光的强度，光敏二极管接收电流会发生变化，从而判断发射量。

• 颜色模式
  在颜色模式下，发光二极管也是1KHz脉冲信号的频率发射为180us，但与反射模式不同的是，高电平180在颜色模式下us分为红、绿、蓝三部分，即三色二极管依次发光，每个二极管发光时间为60us。在每个二极管发光时，收集光敏二极管的电流，了解红、绿、蓝三种颜色光的反射强度，并根据三色合成原理判断测量表面的颜色。

• 环境光模式
  在环境光模式下，发光二极管发出蓝光，但实际上根本不能发光。光敏二极管测量环境光的强度。请注意，接收管接收到的波形是直流的，而不是脉冲信号！

2、接收端：

上图是颜色传感器接收部分的原理图，我们可以查询D1是光敏二极管，单片机接收电路有四个点，即AMBIENT、CAP、BRIGHT、COLOR，其中：

• AMBIENT接到单片机AD输入只有在环境模式下才有用，红光反射和颜色模式无用。测试环境光时AMBIENT反映光敏二极管的电流。
• COLOR还收到单片机AD输入，在红光反射和颜色模式时有用，环境光模式无用。其包含直流部分和交流部分，其中交流部分反映的是流经光敏二极管的电流大小.
• BRIGHT接到单片机IO输出通常是高阻态(让R只有在环境模式下才有效，当环境光较弱时，仍保持高阻态，AMBIENT表示流过R10电流产生的电压；只有当环境光强到一定程度时，才会产生AMBIENT当大于一定阈值时，单片机允许BRIGHT接地，使得R11与R并联生效，并联电阻值降低，使得AMBIENT降低电压，继续测量更强的环境光。
• CAP在颜色模式和反射模式都为高阻态，仅在环境模式下接地，作为AMBIENT使用输出滤波电阻。
• 由于C6隔直，所以Q2、Q1电路在环境模式下完全无用，只在颜色和反射模式下生效

3、 接受端波形试验（TP2口）

• 反射模式
  在反射模式下，接收端的波形与发射端一致，但随着距离的变化，反射度会发生变化，导致高电平大小发生变化，范围约为0-200mV。
• 颜色模式
  在颜色模式下，接收端的波形与发射端大致相同，但由于不同颜色对象对红、绿、蓝的反射率不同，接收端三种颜色的高电平振幅值会有所不同。例如，下图显示了黄色物体的反射波形。黄色反射绿色和红色重量，吸收蓝色重量，导致蓝色振幅值最低。
  
• 环境光模式
  与反射模式和颜色模式相比，环境光模式最为特殊，因为接收端不再是1KHz随着环境光强度的增加，交流信号是直流信号，R10电流增大，TP随着2电压的增加，直接检测TP2电压即可。
  综上所述，乐高的颜色传感器实际上是在检测反射光或环境光的强度。区分不同颜色的关键是主动分时发出三种不同颜色的光，然后判断被测表面对三种颜色的光反射强度，从而判断被测表面的颜色。原理简单，结果可靠。缺点是被测对象必须靠近传感器。
  在下一篇文章中，我们将继续介绍具体的颜色识别算法。