一种有关颜色识别、混色原理的玩具

本发明属于颜色识别设备领域，具体地说是一种有关颜色识别、混色原理的玩具，该玩具可以识别颜色，显示颜色，三原色灯混色并动态显示混色过程，同时有语音提示。

背景技术：

在早期教育中颜色的教育非常有利于发展宝宝的辨别力、欣赏力、美的感受力，以及想象力、绘画能力。对孩子的心理健康与个性发展意义重大。通过辨认颜色让宝宝更容易养成好的观察的能力和习惯。

心理学家实验证明:儿童对于事物的认识、辨别、选择多是根据对视觉有强烈感染力的色彩进行。父母要提早帮助孩子辨认颜色，让孩子感受色彩，培养敏锐的色彩感觉。

玩具是实施教学、帮助学习的好工具。从玩具市场的现状看，有关颜色识别的玩具只是识别七种颜色，再由对应颜色的二极管来显示颜色，识别颜色种类少。从目前有关颜色识别和显示的专利来看，对颜色识别后由rgbled显示屏显示，都不包含混色原理的玩具。

现在需要一种集颜色识别、颜色显示、三原色灯混色并动态演示混色过程和语音提示等功能于一身的电子玩具来满足市场需要。

技术实现要素：

本发明的目的是要提供一种有关颜色识别、混色原理的玩具，该玩具能够对颜色进行识别，同时还可以通过三原色的led演示混色原理，利用语音进行讲解和提示。

本发明的技术方案：

一种有关颜色识别、混色原理的玩具包括底盘，在底盘上固定安装单片机、三原色灯点亮控制芯片、直流电机、开关、语音模块、扬声器、电池和遮光筒，还包括圆盘，所述圆盘与直流电机输出轴固定连接，直流电机带动圆盘旋转，所述圆盘上表面外周上固定安装红色、绿色和蓝色的led灯；所述遮光筒内端固定有颜色识别模块，所述遮光筒外端被白板遮盖，所述白板下端固定于舵机的摇臂上，所述舵机与底盘固定连接；所述单片机分别与三原色灯点亮控制芯片、直流电机、语音模块、颜色识别模块和舵机连接，扬声器与语音模块连接，三原色灯点亮控制芯片与led灯连接；所述电池与颜色识别模块、舵机、单片机、三原色灯点亮控制芯片、led灯、直流电机、语音模块和扬声器连接，所述开关连接于电池和单片机之间。

本发明的有益效果：

1、本申请玩具是一种集颜色识别、颜色显示、三原色灯混合并动态演示混色和语音提示等功能于一身的电子玩具，具有更强的趣味性和互动性。

2、本发明采用单片机控制舵机、颜色识别模块、直流电机、语音模块、圆盘、红绿蓝led灯，能够识别周围颜色并且将颜色显示，设计简单，价格低廉。可以显示多种颜色(目前设计显示的颜色为18种，显示的颜色以后可以进行扩展)，通过led灯显示把抽象的混色原理变得具体形象，不仅可以作为玩具也可以作为教具。

3、本发明采用旋转混色法来显示，通过三原色灯点亮时闪烁，以及旋转时由慢到快，动态显示旋转混色，并伴有语音配合动作说明。

4、本申请可以设计成变色龙卡通形象，更适合二岁到十二岁小朋友学习加法混色原理。

附图说明

图1是本申请玩具的整体结构示意图。

图2是本申请玩具的控制原理图。

图3是本申请玩具外部形状图。

图4是本申请玩具的程序流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本申请进行详细说明：

一种有关颜色识别、混色原理的玩具，包括底盘13，在底盘13上固定安装单片机5、三原色灯点亮控制芯片6、直流电机8、开关9、语音模块11、扬声器12、电池14和遮光筒1，还包括圆盘10，所述圆盘10与直流电机8固定连接，直流电机8带动圆盘10旋转，所述圆盘10上表面外周上固定安装红色、绿色和蓝色的led灯7。所述圆盘10上表面外周红色、绿色和蓝色的led灯7沿顺时针或逆时针方向依次交替均匀布置。所述遮光筒1最好固定在底盘13的一侧，所述遮光筒1的纵轴线与底盘13平行。所述遮光筒1内端固定有颜色识别模块4。所述舵机3与底盘13固定连接，所述白板2下方置于舵机3的摇臂上并与摇臂固定连接，所述白板置于遮光筒外侧，将遮光筒外端部盖严，不透光。所述单片机5分别与74hc138三原色灯点亮控制芯片6、直流电机8、语音模块11、颜色识别模块4和舵机连接，扬声器12与语音模块11连接，74hc138三原色灯点亮控制芯片6与led灯7连接。所述舵机3与单片机(at89c51)5连接，接受单片机(at89c51)5的指令，控制白板2地抬起和落下。所述颜色识别模块4与单片机(at89c51)5连接，测量三原色的rgb值，表1给出18种常用颜色rgb值。所述旋转圆盘10用于固定三原色led灯7。所述直流电机8与单片机(at89c51)5连接用于控制旋转圆盘10的旋转速度。所述语音模块11与单片机5相连接，判断识别的颜色rgb值所在范围后播放对应地址单元的语音，从而对所识别的颜色进行双语提示，并且对混色过程中所需三原色灯的个数进行播报。所述扬声器12与语音模块(wt-588d)11连接实现语音播报。所述电池14与颜色识别模块4、舵机3、单片机5、三原色灯点亮控制芯片6、led灯7、直流电机8、开关9、语音模块11和扬声器12连接，所述开关9连接于电池和单片机之间。所述电池为颜色识别模块、舵机、单片机、74hc138三原色灯点亮控制芯片、led灯、直流电机、语音模块供电。开关用于控制单片机是否启动。

为了增加趣味性，所述还包括变色龙形状的透明外壳15，所述底盘固定装于外壳内，所述白板正对着变色龙的一只眼睛。

实施例：由附图1所示，一种有关颜色识别、混色原理的玩具，该玩具包括遮光筒1、白板2、舵机3、颜色识别模块4、单片机5、三原色灯点亮控制芯片6、三原色(红色、绿色和蓝色)led7、直流电机8、开关9、圆盘10、语音模块11、扬声器12、底盘13、电池14以及由附图3所示外壳15，电池置于电池盒内。本申请的三原色灯点亮控制芯片分为红灯选择芯片、绿灯选择芯片和蓝灯选择芯片。本申请实施例中的颜色识别模块型号为tcs3200，三原色灯点亮控制芯片的型号为74hc138，单片机型号为at89c51，直流电机型号为rs-555，语音模块型号为wt-588d。

所述直流电机(rs-555)8设置在底盘13的上面，所述圆盘10设置在直流电机(rs-555)8上并与直流电机(rs-555)8的输出轴连接。在旋转圆盘10的上表面边缘沿圆周方向将红色、绿色和蓝色的led灯沿逆时针方向依次交替均匀布置。所述底盘13上还设置有单片机(at89c51)5、74hc138三原色灯点亮控制芯片6、开关9、语音模块(wt-588d)11和扬声器12；所述底盘13的右侧边缘设置一个轴向与底盘13表面平行的遮光筒1，所述遮光筒1的内侧设置一个颜色识别模块(tcs3200)4，所述遮光筒1的外侧设置一个白板2，所述白板2下方连接舵机3，在未打开玩具开关9时，白板2处于落下状态，所用白板2位于变色龙的眼睛部位，外观为变色龙的眼皮，即表现为变色龙的眼皮落下。

所述开关9作为电源开关控制部分；所述单片机(at89c51)5作为本系统控制部分；所述电池为整个系统提供电源，电池装在电池盒内，电池盒设置在底盘上；所述避光筒1放在底盘的一侧，正对着变色龙的一只眼睛，避免杂光进入颜色识别模块(tcs3200)4中影响识别颜色的准确性。

卡通变色龙的外壳15：为了更贴合玩具性能主题、提高玩具的可玩性和趣味性，我们将玩具外壳设计成一个趴在树枝上的卡通变色龙形象。外壳头部或者整体为透明，三原色灯及固定的旋转圆盘置于头部，可以看到灯的点亮和旋转情况。白板对应变色龙外壳的眼睛，变色龙外壳的眼睛为透光孔形式。

本发明实施例中利用舵机3控制白板2的抬起和落下，白平衡白板2作为变色龙的一只眼皮，测量周围颜色之前眼皮落下，测量时眼皮抬起。三原色led灯7各八个，等间隔均匀排列在旋转圆盘外围一圈，可以扩展显示的颜色。

本发明利用旋转混色原理，由测量颜色的rgb值确定点亮各色灯的个数，点亮三原色灯时闪烁作为提示作用，再控制电机由慢到快，动态显示混色过程。

所述红绿蓝三原色led灯7各八个均匀置于一个旋转圆盘外围，测量周围颜色的三原色值，由单片机(at89c51)5和74hc138三原色灯点亮控制芯片控制三原色led7点亮，高速旋转，从而实现三原色的混合。三原色混合采用旋转混合法，旋转混色法与加法混色的规律相似，但在明度方面是相混合色的平均值。

旋转混色法的原理：

确定颜色的rgb值，确定点亮各色灯的rgb范围。三原色中的每个值范围都是0-255，将0-255分成8份，每1份对应1个发光二极管，例如r的值为0-31时点亮1个红色发光二极管，r的值在32-64时点亮2个红色发光二极管……以此类推。rgb的值与点亮三原色灯的个数可用公式(1)(2)(3)表示：

n1＝[r/32](1)

n2＝[g/32](2)

n3＝[b/32](3)

其中n1、n2、n3分别表示点亮红灯、绿灯、蓝灯的个数。

在实际识别颜色时有其他光线的干扰，根据实际测量结果，得出了各种颜色的rgb值并规定了相应颜色的三原色灯的点亮个数，每个颜色的rgb值和对应的亮灯个数作为该颜色的一个地址，最终结果详见表1。

表118种常用颜色rgb值

本发明的工作原理及使用流程如下：

打开开关，单片机得电后单片机中的定时器开始工作并定时2秒，选通颜色识别模块中的三原色滤波器，计算定时的这2秒内颜色识别模块中的三原色传感器输出的脉冲数，计算出一个比例因子，将测量值与比例因子加权，得到三原色脉冲数为255，作为测量其他颜色的基准值，这就完成了白平衡。

白平衡过后，舵机控制白板抬起，变色龙外壳的眼睛为透光孔，从外观看为变色龙的眼皮抬起。颜色识别模块中的四个发光二极管发射白光，如果颜色识别模块周围没有物体，则没有物体反射光进入颜色识别模块；当颜色识别模块周围有物体时，物体会反射一束光，此时单片机中的定时器定时2秒，选通颜色识别模块中的三原色滤波器，计算定时的这2秒内颜色识别模块中的三原色传感器输出的脉冲数，计算出一个比例因子，由于在白平衡时已经得到了红单色光经传感器所测得的脉冲数，将被测物体反射光与红单色光二者的脉冲数正比得出比例因子，将比例因子乘以255，由此便可得出所测物体颜色中r值的大小。同理测算出g值和b值的大小，这就是所测物体颜色的rgb的值。

颜色识别模块(tcs3200)4将rgb信息值传送给单片机(at89c51)5，单片机依据18种常用颜色rgb值表，确定所测颜色并确定三原色灯的点亮个数。根据红色灯的点亮个数，单片机(at89c51)5确定红灯选择三原色灯点亮控制芯片(74hc138)6的输入值，输入值决定红灯选择三原色灯点亮控制芯片的输出值，输出端直接连接8个红色灯，即输出端直接地控制8个红灯亮灭。绿灯与蓝灯的控制方法同理可得。

单片机判断所测物体地rgb值所在的范围后，点亮对应颜色地址的三原色发光二极管。语音模块找到三原色范围所对应地址的语音，用汉语和英语播放所识别的颜色名称及旋转混色时所用的三原色二极管的个数。同时单片机驱动直流电机使圆盘由慢到快加速转动，达到旋转混色的效果，透过玩具外壳便可看到刚才识别的颜色。对旋转时间进行设定，达到设定时间后电机转动再由快到慢，直至停止。然后，再识别颜色时重复上面的动作组。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。