Arduino + TCS34725: เซ็นเซอร์ตรวจจับสีสำหรับโปรเจกต์ Maker

เคยอยากให้โปรเจกต์ของคุณ "มองเห็นสี" ได้เหมือนตาคนจริงๆ ไหมครับ? ปกติเซนเซอร์อ่านสีมักจะเจอปัญหาแสงรอบข้างกวน ทำให้ค่าที่อ่านได้เพี้ยนไปหมด

ในโปรเจกต์นี้ เราจะมาแก้ปัญหานั้นโดยการจับคู่เซนเซอร์สี TCS34725 เข้ากับไฟ RGB LED (SK9822) เพื่อสร้างแหล่งกำเนิดแสงที่คงที่ พร้อมกับระบบ "White-cap Calibration" (การคาลิเบรตแสงขาวทุกครั้งที่เปิดเครื่อง เหมือนกล้องวิดีโอสมัยก่อน) และที่เจ๋งที่สุดคือ เรามีแอปพลิเคชันบน Windows เพื่อดึงสีไปโชว์บนหน้าจอคอมพิวเตอร์แบบเรียลไทม์ด้วย!

อุปกรณ์ที่ต้องเตรียม (Supplies)

TCS34725 Colour Sensor Module: โมดูลอ่านค่าสีตัวเอกของเรา
SK9822 Intelligent RGB LED: หลอดไฟ LED สำหรับสร้างแหล่งกำเนิดแสงที่ควบคุมได้
บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ 5V: เช่น Arduino Nano, Uno หรือ Pro Mini 5V
จอ I2C 1602 LCD (ทางเลือก): เอาไว้ดูค่า RGB แบบเรียลไทม์ตอนต่อวงจร
เบรดบอร์ด (Breadboard) และ สายจัมเปอร์ (Jumper Wires)

คลิกเพื่อดูรูปภาพอุปกรณ์เพิ่มเติม (View More)

Step 1: การต่อวงจร (Fritzing Setup)

ผังการต่อวงจรนี้ออกแบบมาให้ใช้งานง่ายบนเบรดบอร์ด โดยแยกระยะสายของเซนเซอร์ TCS34725 ให้ยาวหน่อย เพื่อให้เอาไปจ่อสแกนสีวัตถุต่างๆ ได้สะดวก ส่วนหลอดไฟ SK9822 ก็ต่อแยกไว้เพื่อเป็นไฟส่องสว่างตอนสแกน ทุกอย่างใช้ไฟ 5V จากบอร์ด Arduino ควบคุมได้เลย

คลิกเพื่อดูภาพ Schematic และดาวน์โหลดไฟล์วงจร (View More)

📥 ดาวน์โหลด Schematic (PDF) 📥 ดาวน์โหลด Breadboard View (PDF) 📥 ดาวน์โหลดไฟล์ Fritzing (.fzz)

Step 2: ภาพรวมของ Firmware (โค้ด Arduino)

โค้ดของโปรเจกต์นี้จะทำหน้าที่รับข้อมูลดิบ (Raw Data) จากเซนเซอร์ เอามาปรับสมดุลแสงขาว (White Balance) ชดเชยสีที่เพี้ยน และแปลงเป็นรหัสสี RGB ส่งผ่าน Serial Port เพื่อให้แอปบน Windows อ่านค่าได้เป๊ะๆ สามารถดาวน์โหลดโค้ดหลักได้ด้านล่างนี้เลยครับ

💻 ดาวน์โหลดโค้ด Arduino (.ino) Firmware Overview

Step 3: ไลบรารีและการตั้งค่า (Libraries & Definitions)

ในส่วนหัวของโค้ด เราจะเรียกใช้ไลบรารี Wire.h (สำหรับ I2C), LiquidCrystal_I2C.h (สำหรับจอ LCD) และ Adafruit_TCS34725.h (สำหรับคุมเซนเซอร์) รวมถึงตั้งค่า White Balance Offset เพื่อให้สีไม่อมเหลืองหรืออมฟ้าจนเกินไป

คลิกเพื่อดูรูปและคัดลอกโค้ดส่วนที่ 1 (View More)

#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
#include <Adafruit_TCS34725.h>

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);

#define WB_OFFSET -0.20f
#define R_GAIN 1.00f
#define G_GAIN 1.00f
#define B_GAIN 1.00f

Adafruit_TCS34725 tcs = Adafruit_TCS34725(TCS34725_INTEGRATIONTIME_50MS, TCS34725_GAIN_4X);

Step 4: ควบคุมไฟ SK9822 LED

ไฟ SK9822 คือหัวใจสำคัญที่ทำให้สีนิ่ง! เราจะเขียนฟังก์ชันสำหรับสร้างเฟรมข้อมูล 32-bit ส่งไปคุมหลอดไฟ เพื่อสร้าง "แสงสีขาว" ที่ถูกปรับจูนมาเฉพาะตัว ทำให้การอ่านค่าสีไม่ถูกกวนจากแสงไฟในห้องครับ

คลิกเพื่อดูรูปและคัดลอกโค้ดส่วนที่ 2 (View More)

void Send_SK9822_Frame(uint8_t brightness, uint8_t r, uint8_t g, uint8_t b) {
  uint8_t prefix = 0b11100000 | (brightness & 0x1F);
  shiftOut(LED_DI_PIN, LED_CI_PIN, MSBFIRST, prefix);
  shiftOut(LED_DI_PIN, LED_CI_PIN, MSBFIRST, b);
  shiftOut(LED_DI_PIN, LED_CI_PIN, MSBFIRST, g);
  shiftOut(LED_DI_PIN, LED_CI_PIN, MSBFIRST, r);
}

Step 5: ฟังก์ชันประมวลผลสี (Colour Processing)

ข้อมูลดิบที่ได้จากเซนเซอร์เป็นแบบ 16-bit เราต้องนำมานอร์มัลไลซ์ (Normalize) ปรับ Gain ชดเชยแต่ละสี แล้วบีบให้เหลือ 8-bit (0-255) เพื่อให้ได้ค่า RGB ที่พร้อมนำไปใช้งานจริงบนหน้าจอครับ

คลิกเพื่อดูรูปและคัดลอกโค้ดส่วนที่ 3 (View More)

float MapToRange(uint16_t value, uint16_t minVal, uint16_t maxVal) {
  if (maxVal == minVal) return 0.0f;
  return (float)(value - minVal) / (float)(maxVal - minVal);
}

void applyWhiteBalance(float& R, float& G, float& B) {
  R += WB_OFFSET;
  G += WB_OFFSET;
  B += WB_OFFSET;
}

Step 6: การตั้งค่าเริ่มต้น Setup()

ในฟังก์ชัน setup() บอร์ดจะเริ่มเชื่อมต่อ Serial, เปิดหน้าจอ LCD, เช็กการเชื่อมต่อของเซนเซอร์, เปิดไฟ SK9822 และที่สำคัญที่สุดคือ "การอ่านค่าแสงสีขาวครั้งแรก" เพื่อจดจำค่าสว่างสูงสุด (Range_max) ไว้ใช้เป็นมาตรฐานในการสแกนครั้งต่อไปครับ

คลิกเพื่อดูรูปและคัดลอกโค้ดส่วนที่ 4 (View More)

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Wire.begin();
  lcd.init();
  lcd.backlight();
  
  if (!tcs.begin()) {
    Serial.println("TCS34725 NOT FOUND");
    while (1);
  }
  
  Init_SK9822();
  Set_LED_RGB(LED_R_LEVEL, LED_G_LEVEL, LED_B_LEVEL);
  delay(200);
  
  tcs.getRawData(&r, &g, &b, &c);
  // UpdateCalibration(r, g, b, c);
}

Step 7: ลูปการทำงานหลัก Loop()

ในลูปนี้คือการทำงานจริงๆ ของเครื่องสแกน เริ่มตั้งแต่อ่านค่า Raw > ปรับสมดุล > แปลงเป็น 8-bit > นำไปโชว์บนจอ LCD > และสร้างโค้ดสีรหัส Web Hex (เช่น #RRGGBB) เพื่อส่งไปให้คอมพิวเตอร์ประมวลผล

คลิกเพื่อดูรูปและคัดลอกโค้ดส่วนที่ 5 (View More)

void loop() {
  tcs.getRawData(&r, &g, &b, &c);
  float Rn = MapToRange(r, Range_min, Range_max);
  float Gn = MapToRange(g, Range_min, Range_max);
  float Bn = MapToRange(b, Range_min, Range_max);
  
  applyWhiteBalance(Rn, Gn, Bn);
  // convertTo8bit(...);
  // Send_To_Serial();
  delay(150);
}

Step 8: ส่งข้อมูลออก Serial สำหรับแอป Windows

การจะให้แอปบน Windows อ่านค่าได้ถูกต้อง รูปแบบการปรินต์ข้อความผ่าน Serial ต้อง "เป๊ะ" ทุกตัวอักษร! ไม่ว่าจะเป็น RAW R: หรือ WEB: ถ้าพิมพ์ผิดไปตัวเดียว แอปจะถอดรหัสสีไม่ออกทันทีครับ

คลิกเพื่อดูรูปและคัดลอกโค้ดส่วนที่ 6 (View More)

void Send_To_Serial() {
  Serial.print("Range_min: "); Serial.print(Range_min);
  Serial.print("\tRange_max: "); Serial.println(Range_max);
  Serial.print("RAW R:"); Serial.print(r);
  Serial.print(" G:"); Serial.print(g);
  Serial.print(" B:"); Serial.print(b);
  Serial.print(" C:"); Serial.println(c);
  Serial.print("PNG32: 0x"); Serial.println(PNG32, HEX);
  Serial.print("WEB: "); Serial.println(hexColor);
}

Step 9: แอป Tim's TCS34725 Colour Decoder

และแล้วก็มาถึงจิ๊กซอว์ชิ้นสุดท้าย! แอปพลิเคชันบน Windows ตัวนี้จะรับค่าจาก Arduino ผ่านสาย USB (เลือก COM Port ให้ถูก) แล้วแปลงเป็นแถบสีโชว์ขึ้นจอแบบเรียลไทม์ พร้อมโชว์รหัสสี HEX และ ARGB ให้เอาไปใช้งานต่อในงานออกแบบหรืองาน 3D Scan ได้ทันที!