【雕爷学编程】Arduino动手做（77）---模拟灰度传感器

37款传感器与执行器的提法，在网络上广泛流传，其实Arduino能够兼容的传感器模块肯定是不止这37种的。鉴于本人手头积累了一些传感器和执行器模块，依照实践出真知（一定要动手做）的理念，以学习和交流为目的，这里准备逐一动手尝试系列实验，不管成功（程序走通）与否，都会记录下来—小小的进步或是搞不掂的问题，希望能够抛砖引玉。

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）

实验七十七：模拟灰度传感器 （反射式光电模块）

灰度
灰度使用黑色调表示物体,即用黑色为基准色，不同的饱和度的黑色来显示图像。 每个灰度对象都具有从 0%（白色）到100%（黑色）的亮度值。 使用黑白或灰度扫描仪生成的图像通常以灰度显示。使用灰度还可将彩色图稿转换为高质量黑白图稿。 在这种情况下，Adobe Illustrator 放弃原始图稿中的所有颜色信息；转换对象的灰色级别（阴影）表示原始对象的亮度。将灰度对象转换为 RGB 时，每个对象的颜色值代表对象之前的灰度值。 也可以将灰度对象转换为 CMYK 对象。自然界中的大部分物体平均灰度为18%。在物体的边缘呈现灰度的不连续性，图像分割就是基于这个原理。

灰度色
所谓灰度色，就是指纯白、纯黑以及两者中的一系列从黑到白的过渡色。我们平常所说的黑白照片、黑白电视，实际上都应该称为灰度照片、灰度电视才确切。灰度色中不包含任何色相，即不存在红色、黄色这样的颜色。灰度的通常表示方法是百分比，范围从0%到100%。Photoshop中只能输入整数，在Illustrator和GoLive允许输入小数百分比。 注意这个百分比是以纯黑为基准的百分比。与RGB正好相反，百分比越高颜色越偏黑，百分比越低颜色越偏白。

在计算机领域中，灰度（Gray scale）数字图像是每个像素只有一个采样颜色的图像。这类图像通常显示为从最暗黑色到最亮的白色的灰度，尽管理论上这个采样可以任何颜色的不同深浅，甚至可以是不同亮度上的不同颜色。灰度图像与黑白图像不同，在计算机图像领域中黑白图像只有黑白两种颜色，灰度图像在黑色与白色之间还有许多级的颜色深度。但是，在数字图像领域之外，“黑白图像”也表示“灰度图像”，例如灰度的照片通常叫做“黑白照片”。在一些关于数字图像的文章中单色图像等同于灰度图像，在另外一些文章中又等同于黑白图像。 灰度图像经常是在单个电磁波频谱如可见光内测量每个像素的亮度得到的。

用于显示的灰度图像通常用每个采样像素8 bits的非线性尺度来保存，这样可以有256种灰度（8bits就是2的8次方=256）。这种精度刚刚能够避免可见的条带失真，并且非常易于编程。在医学图像与遥感图像这些技术应用中经常采用更多的级数以充分利用每个采样10或12 bits的传感器精度，并且避免计算时的近似误差。在这样的应用领域流行使用16 bits即65536个组合（或65536种颜色）。 灰度最高相当于最高的黑，就是纯黑。灰度最低相当于最低的黑，也就是“没有黑”，那就是纯白。 虽然灰度共有256级，但是由于Photoshop的灰度滑块只能输入整数百分比，因此实际上从灰度滑块中只能选择出101种(0%也算一种)灰度。大家可以在灰度滑块中输入递增的数值然后切换到RGB滑块察看，可以看到：0%的灰度RGB数值是255,255,255；1%灰度的RGB数值是253,253,253；2%灰度RGB值为250,250,250。也就是说，252,252,252这样的灰度是无法用Photoshop的灰度滑块选中的。相比之下Illustrator的灰度允许输入两位小数，使得选色的精确性大大提高了 。

256级灰度卡

灰度传感器是模拟传感器，与Arduino 传感器扩展板v5.0结合使用，可以感知地面或桌面不同的颜色而产生相应的信号，可实现与颜色有相关的互动作品，也可以作为巡线小车的巡线传感器或者足球机器人的场地灰度识别。电源需要和控制器一致，通常为3.3V或5V。

规格参数

工作电压 ：3.3V或5V

工作电流 ：< 20mA

工作温度范围：－10℃～＋70℃

探测分辨率：10%

接口类型：模拟信号输出

尺寸大小：24mm x 21mm

重量大小：3g

模块电原理图

工作原理
灰度传感器包括一个白色高亮发光二极管和一个光敏电阻，由于发光二极管照射到灰度不同的纸张上返回的光是不同的，光敏电阻接收到返回的光，根据光的强度不同，光敏电阻的阻值也不同，从而实现灰度值的测试。基于半导体的光电效应原理所开发的光线与灰度传感器，其主要部件为光电晶体管。在有效的检测距离内，发光二极管发出白光，照射在检测面上，检测面反射部分光线，光电晶体管电阻随光的强度增加而减小，通过和电阻串联，输出电阻的分压值，便能将变化的光信号变换为变化的电气信号，并从模拟口输出，板上的LED可以用来调试。例如：LED的光照在不同颜色的材料上，通过观察光传感器读取的值的范围，来制作颜色识别器或者循迹小车。

模块编程原理

灰度传感器共引出三个引脚，分别是电源正Vcc、电源地GND、信号端OUT，实际使用时可以直接将传感器连接到 Arduino 控制器的模拟接口，例如模拟口 A0，给 Arduino 通电后，传感器白色高亮 LED 亮起，将传感器扣放在灰度不同的纸张上，通过 Arduino 控制器自带的 AD 转换进行数据的读取，然后通过串口打印出测量的模拟量即可。

发光二极管与1K电阻串联，发光二极管作为光源，照射在检测物体上，1K电阻起限流作用。光敏电阻与10K电阻串联，光敏电阻具有光越强阻值越小的特性。当发光二极管照在白色物体上时，白色物体反射所有光，亮度强，光敏电阻阻值小，分压小，out点输出的电压值高；当发光二极管照在黑色物体上时，黑色物体吸收所有光，亮度弱，光敏电阻阻值大，分压大，out点输出的电压值低。

实验开源代码

/*

  【Arduino】166种传感器模块系列实验（79）

  实验七十九： 模拟灰度传感器 （反射式光电模块）

  OUT——A0 读取串口灰度模拟数值

  板载灯——D13

*/

void setup()

{

  Serial.begin(9600);

  pinMode(A0, INPUT); 

}

void loop()

{

  int val;

  val=analogRead(0);  

  Serial.println(val,DEC);    

  delay(1000);

}

程序效果
当你检测到不同灰度值时，反馈回此时的测量值。如下图所示，此图是当灰度传感器检测到85%的灰度值，串口反馈回来的数据示意图。 实测白色（灰度高）数值为800多，黑色（低灰度）数值大约400多。

实验场景图

实验二开源代码

/*
  【Arduino】66种传感器模块系列实验（79）
  实验七十九： 模拟灰度传感器 （反射式光电模块）
  OUT——A0 
  板载灯——D13
  程序之二，控制板载灯，低灰度时灯暗，反之灯亮
*/

int Led = 13; 
int buttonpin = A0;
int val;

void setup()
{
pinMode(Led, OUTPUT); 
pinMode(buttonpin, INPUT); 
}

void loop()
{
val = digitalRead(buttonpin); 
if (val == HIGH) 
{
digitalWrite(Led, HIGH);
}
else
{
digitalWrite(Led, LOW);
}
}

实验开源图形编程（Mind+、编玩边学）



实验开源仿真编程（Linkboy V4.2）