Capteur de Couleur TCS230

Le capteur de couleur TCS230 ne vous renvoie pas une tension à lire, mais une fréquence : plus la lumière reçue est forte, plus le signal carré qu’il émet est rapide. L’Arduino n’a donc rien à convertir, il compte des impulsions — et cette mesure résiste très bien au bruit, ce qui explique la longévité de ce capteur dans les projets de tri et de reconnaissance de couleur.

Nous livrons le capteur monté sur sa petite carte noire sérigraphiée, avec ses quatre LED blanches d’éclairage, ses résistances et son connecteur mâle au pas de 2,54 mm. Il se branche directement sur une Arduino en 5 V : aucun module intermédiaire, aucune bibliothèque à installer.

Comment le capteur mesure une couleur

Sous la fenêtre centrale se trouve une matrice de 64 photodiodes : 16 recouvertes d’un filtre rouge, 16 d’un filtre vert, 16 d’un filtre bleu et 16 sans filtre. Les quatre groupes sont imbriqués les uns dans les autres pour que la moindre différence de luminosité sur la surface soit sans effet : chaque groupe reçoit la même lumière, seul le filtre change.

Ces photodiodes produisent un courant proportionnel à la lumière reçue, et le circuit convertit ce courant en une fréquence. Deux paires de broches de commande décident de tout :

• S2 et S3 choisissent le filtre actif : rouge, vert, bleu, ou aucun filtre (mesure de la lumière totale).
• S0 et S1 choisissent l’échelle de la fréquence de sortie : 2 %, 20 % ou 100 % de la fréquence maximale, plus un mode veille.

Mesurer une couleur, c’est donc jouer trois fois la même scène : on sélectionne le filtre rouge et on compte, puis le vert, puis le bleu. La comparaison des trois chiffres donne la teinte, et la somme des trois donne la luminosité.

Caractéristiques techniques

Le brochage

Les broches sont sérigraphiées sur la carte. Toutes les entrées de commande sont lues par le capteur comme des niveaux logiques : elles se pilotent avec des sorties numériques d’Arduino.

Certaines cartes ajoutent une huitième broche à côté de GND : selon le lot, c’est l’activation de la sortie (OE) ou la commande de l’éclairage. Lisez la sérigraphie de votre carte — elle n’entre pas dans le câblage de cette page, qui fonctionne telle quelle. Les quatre LED d’éclairage sont, sur ces cartes, alimentées en permanence par VCC.

Les deux réglages à connaître

Le filtre, par S2 et S3

L’échelle, par S0 et S1

Pour un relevé sur Arduino, l’échelle 2 % est le meilleur choix : la fréquence reste lente, chaque mesure tient dans une microseconde près, et vos valeurs ne saturent pas. Les échelles supérieures servent surtout aux circuits qui comptent les impulsions par compteur matériel.

Mini-projet : lire la couleur d’un objet

Un montage complet en une quinzaine de minutes : le capteur mesure le rouge, le vert et le bleu d’un objet posé devant lui et affiche les trois fréquences, puis la part de chaque couleur, sur le moniteur série.

Ce qu’il faut

Le capteur porte des broches mâles, la plaque d’essai n’accepte que des broches mâles : ce sont donc des fils mâle-femelle qu’il faut, l’extrémité femelle se clippant sur le capteur.

Le câblage

Le programme

À copier dans l’IDE Arduino, puis à téléverser sur la carte :

/*
 * Lire la couleur d'un objet - capteur TCS230
 * Carte : Arduino Uno R3
 * Montage : capteur TCS230 en 5 V, sortie OUT sur D8
 *
 * Composants, brochage et fiche complete : www.marocproduits.com
 */
const byte PIN_S0  = 4;    // echelle de frequence
const byte PIN_S1  = 5;
const byte PIN_S2  = 6;    // filtre de couleur
const byte PIN_S3  = 7;
const byte PIN_OUT = 8;    // sortie du capteur
// Le couple (S2, S3) choisit le filtre mesure :
// bas bas = rouge | bas haut = bleu | haut bas = sans filtre | haut haut = vert
void choisirFiltre(byte s2, byte s3) {
  digitalWrite(PIN_S2, s2);
  digitalWrite(PIN_S3, s3);
  delay(5);      // le capteur a besoin d'un cycle pour changer de filtre
}
// Chronometre 20 impulsions et en deduit la frequence en hertz.
// La sortie est un signal carre a 50 % : 20 impulsions font 10 periodes.
unsigned long lireFrequence() {
  unsigned long duree = 0;
  for (byte i = 0; i != 20; i++) {
    duree = duree + pulseIn(PIN_OUT, LOW, 100000);   // niveau bas, en microsecondes
  }
  if (duree == 0) {
    return 0;      // rien de mesure : capteur dans le noir ou debranche
  }
  // 10 periodes ont pris 'duree' microsecondes, donc f = 10 000 000 / duree
  return 10000000UL / duree;
}
void setup() {
  pinMode(PIN_S0, OUTPUT);
  pinMode(PIN_S1, OUTPUT);
  pinMode(PIN_S2, OUTPUT);
  pinMode(PIN_S3, OUTPUT);
  pinMode(PIN_OUT, INPUT);
  // Echelle 2 % : la frequence reste dans la plage que pulseIn mesure bien
  digitalWrite(PIN_S0, LOW);
  digitalWrite(PIN_S1, HIGH);
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Capteur de couleur pret");
}
void loop() {
  choisirFiltre(LOW, LOW);        // rouge
  unsigned long rouge = lireFrequence();
  choisirFiltre(HIGH, HIGH);      // vert
  unsigned long vert = lireFrequence();
  choisirFiltre(LOW, HIGH);       // bleu
  unsigned long bleu = lireFrequence();
  unsigned long total = rouge + vert + bleu;
  Serial.print("Rouge ");
  Serial.print(rouge);
  Serial.print(" Hz - Vert ");
  Serial.print(vert);
  Serial.print(" Hz - Bleu ");
  Serial.print(bleu);
  Serial.print(" Hz - ");
  if (total == 0) {
    Serial.println("aucune lumiere recue, approchez l'objet du capteur");
  } else {
    Serial.print("part rouge ");
    Serial.print(100 * rouge / total);
    Serial.print(" - part verte ");
    Serial.print(100 * vert / total);
    Serial.print(" - part bleue ");
    Serial.println(100 * bleu / total);
  }
  delay(500);
}

Comment ça marche

• pulseIn(PIN_OUT, LOW) mesure en microsecondes la durée pendant laquelle la sortie reste au niveau bas. Vingt impulsions donnent dix périodes complètes, ce qui lisse les irrégularités : la division 10 000 000 / duree redonne directement des hertz.
• Le delay(5) après chaque changement de filtre n’est pas décoratif. Le capteur a besoin d’un cycle complet avant que la nouvelle mesure soit valide ; sans cette pause, la première valeur lue est encore celle du filtre précédent.
• Un objet blanc fait monter les trois valeurs à peu près ensemble, un objet rouge fait dominer la mesure rouge. C’est le rapport entre les trois chiffres qui identifie la couleur, jamais leur valeur absolue.
• Un total à zéro signifie que le capteur ne reçoit rien : objet trop loin, ou capteur débranché. Le programme le dit au lieu d’afficher une division par zéro.

Pour aller plus loin

• Afficher la couleur en clair — un afficheur LCD 16×02 I2C montre le nom de la couleur détectée sans garder l’ordinateur branché.
• Trier les objets — un servomoteur SG90 monté en aiguillage oriente chaque pièce vers le bon bac dès que la couleur dominante est connue.

Questions fréquentes

Est-ce un TCS230 ou un TCS3200 ?

Les deux puces partagent le même brochage, la même table de commande et la même façon de mesurer : le programme de cette page fonctionne sans modification avec l’une comme avec l’autre. Le TCS3200, plus récent, consomme simplement moins en veille et descend à −40 °C. Ouvrez une fiche écrite pour l’un, elle est valable pour l’autre.

Pourquoi mes valeurs changent-elles d’un moment à l’autre ?

Parce qu’elles décrivent la lumière reçue, pas l’objet seul. La lumière ambiante, l’ombre de votre main, la hauteur de l’objet et la distance à la fenêtre modifient les trois mesures. La méthode qui marche consiste à mesurer d’abord une feuille blanche à la même place, puis à comparer les proportions obtenues avec celles de vos objets. Un même montage, un même éclairage, et les mesures deviennent répétables.

Peut-il reconnaître une couleur de loin, ou à travers une vitre ?

Non. Le capteur mesure la lumière réfléchie par un objet placé à quelques millimètres de sa fenêtre, et ses quatre LED éclairent cet objet de très près. À distance, c’est la lumière ambiante de la pièce qui arrive jusqu’aux photodiodes et la mesure ne veut plus rien dire. Une vitre, en revanche, ne gêne pas si l’objet est collé derrière : seule compte la lumière qui revient jusqu’au capteur.

Faut-il brancher la broche OE ?

Non, pas pour ce montage. OE sert à mettre la sortie en haute impédance pour partager une même entrée d’Arduino entre plusieurs capteurs ; quand vous n’en utilisez qu’un, laissez-la tranquille. Si votre carte expose à la place une commande d’éclairage, elle se laisse également non branchée : les LED sont alimentées par la carte sur la plupart de ces modules.

Puis-je l’alimenter en 3,3 V ?

Oui, le circuit accepte de 2,7 à 5,5 V, et sa sortie suit la tension d’alimentation. Attention toutefois sur une carte 3,3 V : les quatre LED d’éclairage éclairent moins fort, donc les fréquences relevées baissent. Refaites votre mesure de référence sur blanc avec cette alimentation.

Le capteur peut-il tomber en panne si je pilote mal les broches ?

Non. S0 à S3 sont des entrées logiques lues par le circuit ; les piloter dans n’importe quel ordre ne risque pas de l’endommager. Le mode veille se contente de mettre le capteur au repos, et il repart dès qu’un autre couple d’états est appliqué sur S0 et S1.

À combiner avec

Si vous partez de zéro, le KIT Starter fournit déjà la carte Uno R3, la plaque d’essai et les fils : en y ajoutant ce capteur, vous avez exactement le montage décrit plus haut. Pour une base plus large, avec davantage de capteurs et d’actionneurs, le Kit Arduino Uno maroc couvre davantage de projets autour de la couleur, du mouvement et de la mesure.