手持迷你取色器

手持光谱取色器（Handheld Color Picker）

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项目简介

本项目是一套手持式光谱取色系统，由 ESP32-S3 硬件端、配套 Android 移动应用「色笺」及色库数据工具链组成。设备通过 AMS AS7341 11 通道光谱传感器采集被测物体反射光谱，经白板标定与 k-NN 查表模型转换为 RGB 色值，并在 240×320 IPS 屏上实时显示取色器界面；同时支持 BLE 蓝牙与手机 App 联动，以及 WiFi Web 页面进行光谱查看、RAL 标定与 PWM 调试。

适用于工业设计配色、印刷对色、涂料/纺织色号比对、教学演示等需要便携、可量化取色的场景。

项目功能

硬件端

实时光谱采集：AS7341 读取 F1–F8 八通道 + Clear/NIR，默认 500 ms 测量周期
本地取色 UI：ST7789 竖屏显示色块预览、HEX 色值、RAL/PANTONE 最近匹配及 RGB 滑条
内置标准色库：约 6821 条 RAL K7、RAL D2、PANTONE C/U 色号，支持 ΔE 最近邻匹配
RAL 查表标定：Web 端白板标定 + 最多 216 点 RAL 反射率采样，k-NN + IDW 插值预测 RGB
双通道 PWM 补光：IO4 / IO5 独立 PWM 控制（默认 20% 占空比），可通过 Web 调节
蓝牙 BLE 广播：设备名 AS7341-Light，JSON 推送 RGB/CMYK/反射率/匹配色号/电量等
WiFi Web 控制台：连接路由器后访问 http://<设备IP>/，查看光谱曲线、标定管理、色库状态
充电与电量（可选）：BQ25890 读取 VBAT/VBUS/充电状态

移动应用「色笺」

蓝牙扫描、配对、自动重连，实时显示连接/采样/电量状态
接收硬件 JSON 测色数据，展示纯色预览及 HEX、RGB、CMYK
色值一键复制、本地历史记录保存/删除/批量清空
设备管理、采样提醒（震动/提示音）、色值精度调节

色库工具链

爬取/整理 RAL、PANTONE 色卡数据
合并输出 ESP32 可用的统一色表，编译前自动生成内置色库

项目参数

类别	参数
主控	ESP32-S3（4D Systems Gen4 R8N16，8MB PSRAM + 16MB Flash）
光谱传感器	AS7341-DLGM，I2C 地址 0x39，8 通道 415–680 nm
显示屏	ST7789，240×320 IPS，SPI 40 MHz
充电管理	BQ25890RTWR，支持 USB Type-C 输入
补光 LED	XL-3528UWC + PAM2804AAB010 恒流驱动，PWM 调光
内置色库	6821 条（RAL K7 / RAL D2 / PANTONE C / PANTONE U）
标定容量	最多 216 个 RAL 反射率标定点，k-NN 邻居数 K=4
测量间隔	500 ms
UI 刷新	400 ms
通信	BLE NimBLE + WiFi 802.11（可配置仅 WiFi / 仅 BLE）
串口调试	115200 baud
固件框架	PlatformIO + ESP-IDF

AS7341 默认采集参数

ATIME = 100，ASTEP = 999，AGAIN = 64×
板载 LED 驱动档位默认 10（电流约 (drive+2)×2 mA）

GPIO 分配

功能	GPIO
I2C SDA（AS7341）	15
I2C SCL（AS7341）	7
SPI MOSI（LCD）	10
SPI SCLK（LCD）	9
LCD CS	11
LCD DC	12
LCD RST	13
LCD 背光 BL	14
PWM 补光 A / B	4 / 5

原理解析（硬件说明）

本项目由主控板、LCD 显示板、补光 LED 板、光谱传感器板四部分组成。整体工作流程：USB/电池供电 → ESP32-S3 驱动 AS7341 采集反射光谱 → 算法转换为 RGB → 本地 LCD 显示并通过 BLE/WiFi 对外输出。

系统架构图

系统架构图.png

主控与电源电路

SCH_Schematic1_2-USB和充电_2026-06-21.png

SCH_Schematic1_3-电源_2026-06-21.png

供电接口：USB Type-C，CC1/CC2 配置识别；TPD2EUSB30DRTR 做 USB D+/D- ESD 保护
充电管理：BQ25890RTWR 负责锂电池充放电、VBUS 检测；HNTC0805 NTC 监测电池温度
电源转换：TPS629210 Buck 降压 + TPS7A0218 LDO 提供 1.8 V 等低压轨；SMBJ15CA TVS 过压保护
主控：ESP32-S3，引出 BOOT0/EN 按键（TS-1088 轻触开关 SW1/SW2）
I2C 切换：PCA9306DCUR 电平转换/总线切换，AS7341 与 BQ25890 共用 I2C 但 SDA/SCL 引脚对调
外接接口：FPC 柔性排线座连接 LCD 板、LED 板、传感器板；排针便于调试

LCD 显示电路

通过 FPC 与主控 SPI 相连
信号线：LCD_VDD、LCD_DC、LCD_CS、LCD_SCLK、LCD_MOSI、LCD_RST、LCD_BL_PWM（背光 PWM）
背光驱动：AO3400A N 沟道 MOS 管控制背光通断/调光
屏体连接器对接 240×320 IPS 模组

补光 LED 电路

XL-3528UWC 贴片白光 LED 作为测色补光源
PAM2804AAB010 升压恒流 LED 驱动，EN/SW/VIN 引脚配合 PWM 实现亮度调节
通过 FPC 与主控 MCU_PWM_A / MCU_PWM_B（IO4/IO5）连接

光谱传感器电路

AS7341-DLGM 11 通道光谱传感器，I2C 接口（COL_SDA / COL_SCL）
FPC 六线连接：VDD、SCL、GND、LDR（LED）、PGND、GPIO/INT、SDA
SDA/SCL 各接 4.7 kΩ 上拉；100 nF 去耦电容稳定 VDD

3D 模型建模

外壳采用一体式手持结构，兼顾单手握持、测色口对准与内部 PCB 堆叠空间。建模时以主控板、LCD 模组、传感器板、补光 LED 板实际尺寸为约束，预留 Type-C 充电口、按键、屏幕开窗及传感器测色窗口。

设计要点

外形尺寸：紧凑便携，适合单手操作；握持区做圆角，顶部为显示与测色功能区
测色窗口：AS7341 感光孔与补光 LED 同轴布置，窗口距被测面保持固定工作距离
屏幕开窗：240×320 竖屏可视区域完整露出，四周留装配公差与密封槽、

整机外观总览

软件代码

extern "C" void app_main(void)
{
    board_gpio_init();
    nvs_flash_init();
    sensor_state_init();
    color_model_init();
    color_db_init();
    as7341_app_start();
    bq25890_app_start();
    st7789_lcd_start();
    xTaskCreate(network_task, "network", 12288, NULL, 3, NULL);
}

固件源码：color_detector @ Gitee

移动应用「色笺」：色笺 @ Gitee

注意事项

I2C 引脚勿接错：AS7341 使用 SDA=GPIO15、SCL=GPIO7；启用 BQ25890 监测时 SDA/SCL 引脚对调，固件会通过 PCA9306 自动切换，硬件接线须与原理图一致
LCD SPI 引脚冲突：修改 LCD 引脚配置时，不可与 I2C（7/15）及 PWM（4/5）冲突
WiFi 凭据：烧录前务必填写正确的路由器 SSID 和密码
BLE 与 App 配对：App 扫描设备名 AS7341-Light；App 已兼容新旧 NimBLE UUID 字节序
标定流程：首次使用建议通过 Web 页完成白板标定并采集 ≥4 个 RAL 标定点后启用查表预测，否则仅使用反射率 fallback 算法，精度有限
补光一致性：测色时保持补光 PWM 占空比稳定，避免环境光变化影响读数
移动 App 运行环境：蓝牙功能需在 Android 真机 App 环境运行，浏览器/H5 不支持 BLE
色库版权：RAL/PANTONE 色号数据仅供个人学习研究，商用请遵守相应品牌授权规定