import time
import digitalio
import board
import displayio
import terminalio
from adafruit_display_text import label
import neopixel
import pwmio
# ==============================
# 初始化硬件
# ==============================
pixel = neopixel.NeoPixel(board.NEOPIXEL, 1)
pixel.brightness = 0.3
pwm= pwmio.PWMOu(board.D13, duty_cycle=0, frequency=440, variable_frequency=True)
note_naes = ['C4', 'D4', 'E4', 'F4', 'G4', 'A4', 'B4', 'C5']
frequencies = [261, 293, 329, 349, 392, 440, 493, 523]
DEBOUNCE_TIME = 0.2
NOTE_DURATION = 0.5
# ==============================
# TCS3200 类
# ==============================
class TCS3200:
def __init__(self, s0, s1, s2, s3, out_pin):
self.s0 = s0; self.s1 = s1; self.s2 = s2; self.s3 = s3; self.out = out_pin
for pin in (s0, s1, s2, s3):
pin.direction = digitalio.Direction.OUTPUT
out_pin.direction = digitalio.Direction.INPUT
def set_frequency(self, mode):
self.s0.value = (mode >> 1) & 1
self.s1.value = mode & 1
def set_color_channel(self, color):
if color == 'R':
self.s2.value, self.s3.value = False, False
elif color == 'G':
self.s2.value, self.s3.value = True, True
elif color == 'B':
self.s2.value, self.s3.value = False, True
def measure_frequency(self, duration=0.08):
start = time.monotonic()
count = 0
last = self.out.value
while (time.monotonic() - start) < duration:
cur = self.out.value
if cur != last:
count += 1
last = cur
return (count / 2) / duration if duration > 0 else 0
tcs = TCS3200(
s0=digitalio.DigitalInOut(board.D11),
s1=digitalio.DigitalInOut(board.D10),
s2=digitalio.DigitalInOut(board.D9),
s3=digitalio.DigitalInOut(board.D6),
out_pin=digitalio.DigitalInOut(board.D5)
)
tcs.set_frequency(1)
# TCS3200 板载 LED (D12) —— 上电默认关闭
led = digitalio.DigitalInOut(board.D12)
led.direction = digitalio.Direction.OUTPUT
led.value = False # <<< 上电即关闭
# ==============================
# 显示初始化
# ==============================
display = board.DISPLAY
main_group = displayio.Group()
display.root_group = main_group
bg_bitmap = displayio.Bitmap(display.width, display.height, 1)
bg_palette = displayio.Palette(1)
bg_palette[0] = 0x000000
bg_sprite = displayio.TileGrid(bg_bitmap, pixel_shader=bg_palette)
main_group.append(bg_sprite)
text_label = label.Label(
terminalio.FONT,
text="Ready",
color=0xFFFFFF,
scale=2
)
text_label.anchor_point = (0.5, 0.5)
text_label.anchored_position = (display.width // 2, display.height // 2)
main_group.append(text_label)
reed_switch = digitalio.DigitalInOut(board.D14)
reed_switch.switch_to_input(pull=digitalio.Pull.UP)
d0_button = digitalio.DigitalInOut(board.D0)
d0_button.switch_to_input(pull=digitalio.Pull.UP)
d2_button = digitalio.DigitalInOut(board.D2)
d2_button.switch_to_input(pull=digitalio.Pull.DOWN)
# ==============================
# 白卡参考值
# ==============================
white_r = 700.0
white_g = 600.0
white_b = 580.0
def measure_avg(channel, n=3):
vals = []
for _ in range(n):
tcs.set_color_channel(channel)
f = tcs.measure_frequency(duration=0.08)
if f > 5:
vals.append(f)
time.sleep(0.02)
return sum(vals) / len(vals) if vals else 0
# ==============================
# 颜色转换
# ==============================
def freq_to_rgb(fr, fg, fb):
r_wb = fr / white_r if white_r > 10 else 0
g_wb = fg / white_g if white_g > 10 else 0
b_wb = fb / white_b if white_b > 10 else 0
max_val = max(r_wb, g_wb, b_wb, 0.001)
r = min(255, int(255 * r_wb / max_val))
g = min(255, int(255 * g_wb / max_val))
b = min(255, int(255 * b_wb / max_val))
return r, g, b
# ==============================
# 白卡校准
# ==============================
def calibrate_white():
global white_r, white_g, white_b
print("Place WHITE card over sensor. Calibrating in 2s...")
text_label.text = "Put WHITE card\nCalibrating..."
pixel.fill((255, 255, 255))
time.sleep(2)
fr = measure_avg('R')
fg = measure_avg('G')
fb = measure_avg('B')
white_r = fr if fr > 10 else white_r
white_g = fg if fg > 10 else white_g
white_b = fb if fb > 10 else white_b
print(f" White calibrated:\n R={white_r:.1f}, G={white_g:.1f}, B={white_b:.1f}")
text_label.text = f"White OK!\nR{int(white_r)} G{int(white_g)} B{int(white_b)}"
pixel.fill((255, 255, 0))
time.sleep(2)
# ==============================
# 音符控制
# ==============================
def play_note(note_index):
if 0 <= note_index < len(note_names):
freq = frequencies[note_index]
pwm.frequency = int(freq)
pwm.duty_cycle = 2 ** 15
def stop_playing():
pwm.duty_cycle = 0
# ==============================
# 电源管理
# ==============================
def enter_sleep_mode():
global is_awake
if is_awake:
display.brightness = 0.0
bg_palette[0] = 0x000000
pixel.fill((0, 0, 0))
text_label.text = ""
is_awake = False
# 注意：不操作 led.value，保持用户设置
def enter_wake_mode():
global is_awake
if not is_awake:
display.brightness = 1.0
bg_palette[0] = 0x000000
pixel.fill((0, 0, 0))
text_label.text = "D0: Scan\nLong(3s): Calib\nDouble: LED"
is_awake = True
# ==============================
# 主循环
# ==============================
is_awake = True
note_index = 0
last_d2_state = False
note_start_time = time.monotonic()
last_d0_press = 0
pending_d0_click = False
d0_press_start = None
D0_DOUBLE_DELAY = 0.3
D0_LONG_PRESS_TIME = 3.0
print("System started.")
print(f"Initial white ref: R={white_r}, G={white_g}, B={white_b}")
# 初始进入唤醒状态（但 LED 保持关闭）
enter_wake_mode()
while True:
reed_open = reed_switch.value
if reed_open:
enter_wake_mode()
else:
enter_sleep_mode()
if is_awake:
d0_current = d0_button.value
if not d0_current: # 按下 D0
d0_press_start = time.monotonic()
while not d0_button.value:
if time.monotonic() - d0_press_start > D0_LONG_PRESS_TIME:
break
press_duration = time.monotonic() - d0_press_start
d0_press_start = None
if press_duration > D0_LONG_PRESS_TIME:
calibrate_white()
text_label.text = "D0: Scan\nLong(3s): Calib\nDouble: LED"
else:
now = time.monotonic()
if pending_d0_click:
pending_d0_click = False
led.value = not led.value # 切换 TCS3200 LED
status = "ON" if led.value else "OFF"
text_label.text = f"TCS LED {status}"
# No NeoPixel feedback for LED toggle
time.sleep(0.3)
else:
last_d0_press = now
pending_d0_click = True
if pending_d0_click and (time.monotonic() - last_d0_press > D0_DOUBLE_DELAY):
pending_d0_click = False
text_label.text = "Scanning..."
fr = measure_avg('R')
fg = measure_avg('G')
fb = measure_avg('B')
if fr < 10 and fg < 10 and fb < 10:
r, g, b = 0, 0, 0
text_label.text = "Too dark!"
bg_palette[0] = 0x000000
pixel.fill((0, 0, 0))
print("Color: Too dark! (R=0, G=0, B=0)")
else:
r, g, b = freq_to_rgb(fr, fg, fb)
text_label.text = f"R:{r}\nG:{g}\nB:{b}"
bg_palette[0] = (r << 16) | (g << 8) | b
pixel.fill((r, g, b))
print(f"Color: R={r}, G={g}, B={b}")
# --- D2 音阶测试 ---
d2_current = d2_button.value
if d2_current and not last_d2_state:
stop_playing()
play_note(note_index)
note_index = (note_index + 1) % len(note_names)
note_start_time = time.monotonic()
time.sleep(DEBOUNCE_TIME)
if time.monotonic() - note_start_time > NOTE_DURATION:
stop_playing()
note_start_time = time.monotonic()
last_d2_state = d2_current
else:
time.sleep(0.1)
time.sleep(0.01)首先：先将各个任务完成情况进行展示，后面在进行描述
任务一：通过传感器，将识别到的颜色进行显示，由于当时并未考虑检测这么多颜色，所以临时在现有的环境下进行测试。
任务二：将识别的颜色通过后面的RGB灯珠显示对应颜色，当时拍的时候，我的摄像头有点脏，可能不太能完整的显示对应的颜色
任务三：播放8个音阶，当磁铁靠近时关闭
这个视频贴在附件中，不知道能不能上传完成。
三原色原理与TCS3200传感器的白平衡机制
我们所见的世界之所以五彩斑斓，从物理光学的角度来看，源于物体对光线的选择性反射与吸收。具体而言，物体所呈现的颜色，并非其自身发光产生，而是物体表面材质选择性地吸收了入射白光中的部分频率成分，同时将未被吸收的特定频率光反射出去。这些反射光进入人眼，刺激视觉细胞，最终在大脑中形成颜色感知。因此，颜色本质上是一种主观的视觉体验，其根基在于客观的光谱分布。
为了量化与重现丰富的颜色，人们建立了三原色理论。该理论指出，绝大多数肉眼可辨的颜色，都可以通过红、绿、蓝这三种基本颜色以不同比例混合而成。例如，等强度的红光与绿光混合产生黄光，红光与蓝光混合产生品红光。而白色，在理想状态下，被定义为由所有可见光谱成分均匀混合而成，或者等价地，由等比例、等强度的红、绿、蓝三原色光叠加而成。这是现代彩色显示与颜色传感技术的理论基础。
TCS3200颜色传感器正是这一理论的具体应用。其核心是一个覆盖有红、绿、蓝及透明滤波器的光电二极管阵列。传感器工作时，通过编程选择激活不同的滤波器组。当选定某一颜色滤波器时，传感器实质上就变身为一个“单色通道”，只允许该种原色（如红色）的光波大量通过，并有效阻挡其他原色光。随后，内部的光电转换电路将透过的光强转化为相应频率的电信号输出。通过循环切换红、绿、蓝三个滤镜并读取输出，我们便能依次获取物体反射光中红色分量、绿色分量和蓝色分量的相对强度值，从而以数字化的方式“看见”并测量颜色。
然而，从理论到实践存在一个关键步骤：白平衡校准。在理想世界中，一张纯白的纸反射的光中，红、绿、蓝三原色的分量应是相等的。但现实中存在多重偏差：首先，环境光源（如日光、白炽灯、LED灯）的光谱本身并非绝对均匀，其中各颜色成分的比例已有差异；其次，TCS3200传感器内部的硅光电二极管对不同波长光的灵敏度天然不同，通常对绿光最为敏感，对红光和蓝光则稍弱。这两者叠加，导致即使测量同一个“白色”物体，传感器直接读出的原始R、G、B三个数值也往往不相等。
若不对这种系统性偏差进行校正，所有后续的颜色测量都将建立在失准的基础上，导致识别的颜色严重失真。因此，白平衡调整是TCS3200使用前不可或缺的初始化步骤。其标准操作流程是：将传感器对准用于参考的“标准白色”物体（或在其设定的光照环境下），分别读取并记录此时输出的原始R、G、B值。这些值代表了该系统下“白色”的实际读数。随后，通过软件算法（通常是计算比例因子），将这三个原始值归一化到相同的水平。经过此番校准后，传感器便拥有了一个准确的“颜色坐标系”，在此坐标系下，当它再次测量该白色物体时，输出的R、G、B值将被调整至相等，从而确保了此后测量其他任何颜色时，所获数据都能真实反映该颜色与标准白之间的光谱比例关系，实现精确、稳定的颜色识别。
总结来说，TCS3200的工作是模拟人眼的三原色感知机制，而白平衡则是赋予这台“电子眼”正确理解“什么是白色”的基准认知，是连接颜色理论、物理现实与准确测量之间的关键桥梁。
系统连接图，我是借鉴https://forum.eepw.com.cn/thread/398148/1这位大神的帖子，这样就不用画了。
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