Avago HDJD - JD06开发套件：电子工程师的色彩传感利器

在电子工程领域，色彩传感器的应用越来越广泛，从汽车内饰照明到环境光检测，都离不开它的身影。今天，我们就来深入了解一下Avago Technologies推出的HDJD - JD06开发套件，它能帮助工程师们更好地应用ADJD - E622 - QR999色彩传感器。

文件下载：HDJD-JD06.pdf

一、免责声明、警告与致谢

在使用HDJD - JD06开发套件之前，我们需要了解一些重要信息。Avago对提供的软件不做任何形式的保证，使用该软件的风险需用户自行承担。同时要注意，该产品不符合RoHS标准。在操作时，严禁在HDJD - JD06开发套件或PC开启时连接或断开任何设备，否则可能会永久损坏PC和开发套件。在与控制板交互时，要确保电源关闭，且在程序运行时不要关闭控制板电源。此外，CIE xy图表的相关内容要感谢Prof. Geoff Hoffman，同时文中涉及的一些商标都有其相应的所有者。

二、产品简介

Avago Technologies的ADJD - E622 - QR999色彩传感器专为汽车应用设计，符合汽车电子委员会AEC - Q100标准。它将光电二极管阵列和三个跨阻放大器集成在一个单芯片CMOS IC解决方案中，采用5x5x0.75 [mm]表面贴装QFN - 16封装。通过在光电二极管阵列上涂覆红（R）、绿（G）和蓝（B）色滤光片，能将RGB光转换为模拟电压输出。3x3阵列设计的光电二极管可最大程度减少污染和光学孔径未对准的影响，并且每个R、G和B通道都有独立的增益选择选项。该传感器适用于汽车仪表盘照明、内饰照明、信息娱乐和导航面板等汽车应用，也可用于环境照明、机舱照明、装饰照明、一般颜色检测和工业过程等领域。

HDJD - JD06开发套件不仅能指导ADJD - E622 - QR999的应用，还能展示色彩传感的原理，可用于透射和反射传感。它具有以下特点：

1. 可通过标准USB端口轻松连接到大多数IBM PC。
2. 软件用户友好，能显示输出模拟电压、数字RGB读数、转换为标准颜色格式、数据记录和CIE颜色图表等功能。
3. 色彩传感器控制板包含后置放大器、滤波器和LED电流选择功能。
4. 可作为使用Avago色彩传感器构建其他简单反射和透射颜色检测系统的示例电路应用。

三、启动准备

标准的Avago HDJD - JD06开发套件包含一个传感器模块、一个控制板（CB）、一根USB电缆和一张带有安装软件的CD。

四、色彩传感器模块

（一）模块组成

色彩传感器模块由光源、RGB色彩传感器和机械块组成。使用Avago白色LED（HSMW - C191）作为光源，QFN封装的RGB色彩传感器（ADJD - E622 - QR999）作为探测器。机械块不仅作为外壳，还具有对齐标尺，可保持传感器与目标表面之间的最佳间隙。

（二）工作原理

1. 反射式色彩传感：反射式传感中，色彩传感器检测从表面或物体反射的光。传感器模块设计使光源和色彩传感器靠近目标表面/物体，LED发出的光从表面/物体反射后被传感器测量。对于给定光源，反射光的颜色取决于表面/物体的颜色，传感器将反射光的R、G和B分量转换为模拟电压，从而测量表面/物体的颜色，同时还能测量表面/物体的反射率。
2. 透射式色彩传感：透射式应用中，套件面向被测光源。色彩传感器的滤光片光电二极管阵列将照射在其上的光的R、G、B分量转换为光电流，再转换为每个主分量的数字值。由于任何彩色光都由原色的比例唯一表示，所以色彩传感器能确定地测量颜色，且其输出随光强度线性增加。对于给定光源，该套件还可用于确定光在到达传感器之前通过的透明介质（如玻璃、塑料或液体）的颜色。使用HDJD - JD06进行透射模式时，需通过色彩传感器控制板上的滑动开关关闭白色LED。

五、色彩传感器控制板

（一）色彩读取和接口模块

该模块将模拟电压转换为数字输出，再从2线串行接口转换为可轻松与计算机连接的USB协议。ADC具有10位分辨率，上电后，ADC开始接收3通道色彩传感器输出（Vr、Vg、Vb）并进行A/D转换。数字化值由微控制器通过2线串行接口读取，完成每一轮转换后通过USB发送到Avago传感器开发套件程序。主要组件包括HDJD - J822作为模数转换器、使用LM324的放大器和RC低通滤波器，以及用于将2线串行接口连接到USB的USB微控制器PIC18F2455。

（二）电源模块

电源模块为ADC、微控制器、运算放大器、LED和色彩传感器提供5V稳压电压。电源可以选择USB或电源适配器。

（三）LED恒流模块

该模块为白色LED提供5mA、10mA、15mA和20mA四种可选电流。

六、硬件设置与配置

（一）电源选择

HDJD - JD06有两种获取+5VDC的选择，用户可通过“跳线”选择USB端口或适配器端口作为电源。连接USB电缆从计算机到控制板，选择跳线以确定使用的电源。若选择适配器电源，需将适配器连接到适配器插座，同时要确保适配器电压在9V到20V之间。

（二）传感器模块连接

将传感器模块连接到控制板时，要确保方向正确，检查无电缆的引脚10是否连接到NC。

（三）电源开启

打开电源开关（SW1），红色LED亮起表示板上有电源供应。若USB电缆连接，绿色LED亮起表示控制板与计算机之间有通信。

（四）LED开关操作

使用SW2打开白色LED进行反射式传感，在透射式传感或校准期间关闭LED。通过SW3可在5mA、10mA、15mA或20mA之间选择LED电流。

（五）增益选择

使用拨码开关选择色彩传感器的增益，具体的增益反馈电阻表、与反馈电阻对应的响应率和电路设置可参考数据手册和应用笔记。

七、PC软件指南

（一）软件安装

将安装CD插入CD - ROM驱动器，点击“开始”，然后点击“运行”，输入“D:setup”并按回车键。注意要使用正确的驱动器号进行软件安装，通常CD - ROM为“D:”。安装程序将引导完成软件安装。

（二）用户界面

1. 传感器RGB数据 - 模拟电压：以图形和数字形式显示传感器RGB模拟电压，RGB电压范围为0V到2.5V。
2. 标准颜色格式的传感器读数：显示传感器读数的数字RGB读数、XYZ三刺激值、CIE Yxy颜色空间和Lab*颜色空间。只有在勾选“激活颜色图表/转换”复选框时，才会显示XYZ、Yxy和Lab值。
3. 功能按钮：包括启动CIE xy图表和数据记录窗口的按钮。
4. 激活颜色图表/转换：勾选该框后，RGB读数将转换为XYZ、Yxy和Lab颜色空间，CIE xy图表上会出现一个圆圈表示测量颜色的色点。取消勾选则禁用颜色转换和颜色图表功能。
5. 启动程序：点击开始颜色测量，测量将持续进行，直到再次点击该按钮。
6. 通信测试：使用软件前，用户需通过按下测试按钮检查软件与开发板之间的通信。红色表示通信测试失败，绿色表示通过。

（三）传感器读数解释

以透射模式检测LED颜色为例，当传感器模块对准红色LED时，R通道的传感器读数最高；对准绿色LED时，G通道读数最高；对准蓝色LED时，B通道读数最高。

（四）颜色转换

1. RGB > XYZ：系统根据传感器和ADC获得的RGB数字化值，将其进一步解释并转换为XYZ颜色空间，并显示XYZ值。CIE XYZ颜色空间基于人眼的直接测量，是许多其他颜色空间定义的基础。
2. XYZ -> Yxy：CIE XYZ是三维线性颜色空间，结果不易可视化。CIE在1931年定义了Yxy颜色空间，用于在二维平面上绘制颜色，独立于亮度。Y是颜色的亮度分量，xy是根据XYZ三刺激值计算的色度坐标。
3. *XYZ -> La*b**：CIE Lab（CIELAB）是最完整的颜色模型，用于描述人眼可见的所有颜色。模型中的三个参数分别表示颜色的亮度（L）、在品红色和绿色之间的位置（a）以及在黄色和蓝色之间的位置（b*）。

（五）CIE xy图表

可通过两种方式访问CIE xy图表：一是点击主GUI功能区的“CIE xy Chart”按钮；二是点击菜单“View” -> “CIE xy Chart”。要实时查看CIE xy图表，需激活颜色图表/转换，此时图表上会出现一个圆圈表示色彩传感器测量的颜色。

（六）数值数据记录

数值数据记录功能可帮助用户识别和跟踪扫描颜色的一致性和可重复性，还可保存数据以便后续检索。可通过点击主GUI功能区的“Datalog”按钮或菜单“View” -> “Datalog”访问数据记录窗口。数据记录窗口的按钮功能包括：

1. 获取数据：将主GUI上测量和显示的模拟和数字读数传输到数据记录窗口。
2. 另存为：将文件保存为多种格式（如RTF、文本文件或Excel文件）。
3. 清除：清除数据记录窗口的显示屏幕。
4. 退出：关闭数据记录窗口。

八、颜色图表/转换激活步骤

要激活颜色图表和颜色转换，需严格按照以下步骤操作：

1. 首先，将LED电流选择为20mA，具体方法参考硬件设置部分。
2. 将所有传感器增益选择为“1”，即把拨码开关设置到相应位置，具体可参考硬件设置部分。
3. 勾选“激活颜色图表/转换”复选框，然后点击“开始”按钮。会弹出一个消息框，点击“是”确认所有步骤正确完成，此时颜色转换和实时CIE xy图表将被激活。需要注意的是，不要调整控制板上的微调器，因为它们在工厂已校准以实现最佳颜色转换。

Avago HDJD - JD06开发套件为电子工程师提供了一个全面的色彩传感解决方案，无论是在汽车应用还是其他领域，都能帮助工程师更好地实现颜色检测和控制。大家在使用过程中有没有遇到过什么问题呢？欢迎在评论区分享。