【Let'sdo第3期-拾色播放器DIY】过程贴2：颜色传感

基础任务一：

实现颜色传感器驱动，按键获取当前颜色数据并可以通过串口或屏幕进行打印；

这个任务我们拆解一下就是我们要学习：

开发板按键使用与TCS3200颜色识别

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板载按键功能与使用说明在第20-22页有专门介绍D1、D2和D0按钮的章节。板子上有三个用户按钮：D0、D1和D2。D0按钮

• 具有双重功能：既可作为BOOT按钮进入ROM引导加载程序，也可在代码中作为输入使用。

• 在CircuitPython中，可通过 board.D0、board.BOOT0 和 board.BUTTON 访问；在Arduino中为引脚0。

• 默认为上拉高电平，按下时信号变低。进入ROM引导加载程序时，需要同时按住D0和Reset按钮。

D1和D2按钮

• 作为普通输入使用。

• 默认下拉低电平，按下时信号变高。检测时需判断信号是否变高。

注意事项

• D1/D2与D0在代码检测方式上有区别，因逻辑电平不同，需采用不同的检测代码。

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硬件引脚映射与配置在Arduino IDE中使用时，按键对应的数字引脚编号如下：

按键	板子标注	Arduino引脚编号	内部电路类型
D0	BOOT0/BUTTON	GPIO0	内部上拉电阻
D1	D1	GPIO1	内部下拉电阻
D2	D2	GPIO2	内部下拉电阻

• 基本按键检测程序：

• D0：按下为低电平

• D1/D2：按下为高电平

//按键检测程序
#include <Arduino.h>

// 定义按键引脚
const int buttonD0 = 0; // BOOT键
const int buttonD1 = 1; // 注意：这两个“高电平有效”
const int buttonD2 = 2;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  while (!Serial) delay(10); // 等待串口连接
  Serial.println("\n 按键测试开始...");
  
  // 关键配置：必须与硬件匹配
  pinMode(buttonD0, INPUT_PULLUP);   // D0 按下 = 低电平
  pinMode(buttonD1, INPUT_PULLDOWN); // D1 按下 = 高电平
  pinMode(buttonD2, INPUT_PULLDOWN); // D2 按下 = 高电平
  
  Serial.println("配置完成: D0(上拉), D1/D2(下拉)");
  Serial.println("按下按键，观察串口输出...\n");
}

void loop() {
  // 读取三个引脚的状态
  int stateD0 = digitalRead(buttonD0);
  int stateD1 = digitalRead(buttonD1);
  int stateD2 = digitalRead(buttonD2);
  
  // 根据配置，判断按键是否被按下
  bool d0Pressed = (stateD0 == LOW);  // D0低电平表示按下
  bool d1Pressed = (stateD1 == HIGH); // D1高电平表示按下
  bool d2Pressed = (stateD2 == HIGH); // D2高电平表示按下
  
  // 如果有任意按键被按下，则输出信息
  if (d0Pressed || d1Pressed || d2Pressed) {
    Serial.print("检测到按下: ");
    
    if (d0Pressed) Serial.print("D0 ");
    if (d1Pressed) Serial.print("D1 ");
    if (d2Pressed) Serial.print("D2 ");
    
    Serial.println(); // 换行
    
    // 简单的防抖：等待按键释放
    delay(200);
  }
  
  delay(10); // 短延时，减少CPU占用
}

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常见问题：按键无响应可能原因：

• 上拉/下拉配置错误

• 引脚模式未正确设置

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TCS3200颜色传感器：

什么是Color Sensor?

ColorSensor是一块静态识别物体颜色，不同颜色输出不同频率，采用TCS3200D，所有IO口均引出。TCS3200D是TAOS(TexasAdvancedOptoelectronicSolutions)公司推出的可编程彩色光到频率的转换器。它把可配置的硅光电二极管与电流频率转换器集成在一个单一的CMOS电路上，同时在单一芯片上还集成了红绿蓝（RGB）三种滤光器，是业界第一个有数字兼容接口的RGB彩色传感器。TCS3200D的输出信号是数字量，可以驱动标准的TTL或CMOS逻辑输入，因此可直接与微处理器或其它逻辑电路相连接。由于输出的是数字量，并且能够实现每个彩色信道10位以上的转换精度，因而不再需要A/D转换电路，使电路变得更简单。

性能描述

1．输出频率的占空比选择S0-S1。

2.颜色滤镜选择：S2~S3。

3.频率输出端口OUT。

4.频率输出使能引脚OE（低电平有效），模块已经置低，使用时可以悬空。

5.支持LED灯补光控制。

6．工作电压2.7-5.5V。

功能框图：

TCS3200核心内容总结为：

• 工作原理TCS3200通过四色滤光片阵列，将光强转换为频率信号输出。

• 控制逻辑

• S0/S1：输出频率比例选择

• S2/S3：滤光片类型选择

• OE：输出使能（低电平有效）

• 颜色识别流程需白平衡校准，依次读取R/G/B通道频率，通过比较或映射识别颜色。

• 
  

• // 引脚定义
  int s0 = 12, s1 = 11, s2 = 10, s3 = 9;
  int outPin = 6;
  
  // 频率测量变量
  volatile unsigned long pulseCount = 0;
  unsigned long redFrequency = 0, greenFrequency = 0, blueFrequency = 0;
  
  // 中断函数
  void IRAM_ATTR countPulse() {
    pulseCount++;
  }
  
  unsigned long readFrequency() {
    unsigned long count;
    noInterrupts(); // 禁用中断
    count = pulseCount;
    pulseCount = 0;
    interrupts(); // 启用中断
    delay(100);   // 等待100ms
    noInterrupts();
    count = pulseCount; // 获取100ms内的脉冲数
    pulseCount = 0;
    interrupts();
    return count;
  }
  
  void setup() {
    Serial.begin(115200);
    
    pinMode(s0, OUTPUT);
    pinMode(s1, OUTPUT);
    pinMode(s2, OUTPUT);
    pinMode(s3, OUTPUT);
    
    digitalWrite(s0, HIGH);
    digitalWrite(s1, LOW);
    
    pinMode(outPin, INPUT);
    attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(outPin), countPulse, FALLING);
    
    Serial.println("TCS3200颜色传感器");
  }
  
  void loop() {
    // 读取红色
    digitalWrite(s2, LOW);
    digitalWrite(s3, LOW);
    delay(10); // 等待滤波器稳定
    redFrequency = readFrequency();
    
    // 读取绿色
    digitalWrite(s2, HIGH);
    digitalWrite(s3, HIGH);
    delay(10);
    greenFrequency = readFrequency();
    
    // 读取蓝色
    digitalWrite(s2, LOW);
    digitalWrite(s3, HIGH);
    delay(10);
    blueFrequency = readFrequency();
    
    // 简单的颜色判断
    if (redFrequency > greenFrequency && redFrequency > blueFrequency) {
      Serial.println("红色");
    } else if (greenFrequency > redFrequency && greenFrequency > blueFrequency) {
      Serial.println("绿色");
    } else if (blueFrequency > redFrequency && blueFrequency > greenFrequency) {
      Serial.println("蓝色");
    } else {
      Serial.println("其他颜色");
    }
    
    delay(1000);
  }

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下面就是将按键程序和颜色传感器融合起来：基于TCS3200的颜色识别系统：硬件与软件实现

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项目背景与目标本项目旨在实现基于TCS3200颜色传感器颜色识别系统，通过按键触发检测，并将结果通过串口输出。适用于分拣、智能家居等场景。

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硬件组件与连接所需硬件

• ESP32开发板（主控）

• TCS3200颜色传感器模块

• 按钮/开关（触发检测）

• 杜邦线（连接各组件）

引脚连接表

ESP32引脚	TCS3200引脚	功能说明
GPIO12	S0	输出频率比例控制
GPIO11	S1	输出频率比例控制
GPIO10	S2	滤波器选择控制
GPIO9	S3	滤波器选择控制
GPIO6	OUT	频率输出（接中断）
GPIO1	-	按键D1输入

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软件实现详解1. 按键检测模块

// 关键配置：必须与硬件匹配
pinMode(buttonD0, INPUT_PULLUP);   // D0 按下 = 低电平
pinMode(buttonD1, INPUT_PULLDOWN); // D1 按下 = 高电平
pinMode(buttonD2, INPUT_PULLDOWN); // D2 按下 = 高电平

提示

• BOOT按钮（D0）为上拉设计，按下为低电平

• D1/D2为下拉设计，按下为高电平

• 检测代码需与硬件逻辑一致

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2. 颜色传感器驱动核心频率测量机制TCS3200输出方波频率表示颜色强度，采用中断计数实现：

volatile unsigned long pulseCount = 0;

// 中断服务函数
void IRAM_ATTR countPulse() {
  pulseCount++;
}

中断保护

操作共享变量时需临界区保护，确保数据一致性：

volatile unsigned long pulseCount = 0;

// 中断服务函数
void IRAM_ATTR countPulse() {
  pulseCount++;
}

经验教训

• 添加中断保护后系统稳定性显著提升

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3. 颜色读取流程

依次切换滤波器，读取不同颜色分量：

// 读取红色分量
digitalWrite(s2, LOW);
digitalWrite(s3, LOW);
redFrequency = readFrequency();

// 读取绿色分量
digitalWrite(s2, HIGH);
digitalWrite(s3, HIGH);
greenFrequency = readFrequency();

// 读取蓝色分量
digitalWrite(s2, LOW);
digitalWrite(s3, HIGH);
blueFrequency = readFrequency();

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4. 优化后的 readFrequency 函数

unsigned long readFrequency() {
  unsigned long count;
  
  // 第一次保护：重置计数器
  noInterrupts();
  pulseCount = 0;
  interrupts();
  
  delay(100);  // 采集100ms的脉冲
  
  // 第二次保护：读取计数值
  noInterrupts();
  count = pulseCount;
  pulseCount = 0;  // 可选：为下次测量准备
  interrupts();
  
  return count;
}

串口输出示例系统运行时输出格式：

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