Farbsensoren im Vergleich

GY-31 (TCS3200 / TCS230)

Der GY-31 mit den Chips TCS3200 oder dem älteren TCS230 ist ein weit verbreiteter und kostengünstiger Farbsensor, der sich ideal für Einsteigerprojekte und grundlegende Farberkennung eignet.
Dieser Sensor misst Rot, Grün, Blau und klare Lichtintensitäten und gibt diese als Frequenz aus. Er ist einfach, aber nicht gegen Infrarotlicht gefiltert, was die Genauigkeit beeinflussen kann.

Betriebsspannung: 3.3V – 5V
Stromaufnahme: ~2-10 mA
Benötigte Pins: Ca. 5-7 (VCC, GND, OUT, S0, S1, S2, S3)
Kommunikation: Frequenzausgang (OUT)
Kanäle (Anzahl & Typ): 4 (RGB + Clear)
IR-Filter: Nein
Zusatzfunktionen: Oft integrierte weiße LEDs

GY-33 (TCS34725)

Der GY-33, basierend auf dem TCS34725-Chip, stellt eine deutliche Weiterentwicklung dar. Er bietet präzisere Farbmessungen und eine modernere Kommunikationsschnittstelle, was ihn für anspruchsvollere Projekte mit Arduino oder ESP32 attraktiver macht.
Dieser Sensor liefert digitale RGB-Werte über I2C und verfügt über einen wichtigen IR-Filter für genauere Ergebnisse.

Betriebsspannung: 3.3V – 5V
Stromaufnahme: ~0.6-2.5 mA
Benötigte Pins: 4 (VCC, GND, SDA, SCL)
Kommunikation: I2C
Kanäle (Anzahl & Typ): 4 (RGB + Clear)
IR-Filter: Ja
Zusatzfunktionen: Oft integrierte weiße LEDs

APDS-9960

Der APDS-9960 ist ein multifunktionaler Sensor, der über die reine Farberkennung hinausgeht. Er kombiniert die Messung von RGB-Farben und Umgebungslicht mit fortschrittlicher Näherungs- und Gestenerkennung.
Neben dem RGB kann er auch Näherung und Gesten über I2C erkennt, ideal für interaktive Projekte.

Betriebsspannung: 3,3V
Stromaufnahme: ~140-180 µA (Farbe/Umgebungslicht), bis zu 120mA (IR-LEDs für Geste/Näherung)
Benötigte Pins: 4 (VCC, GND, SDA, SCL)
Kommunikation: I2C
Kanäle (Anzahl & Typ): 4 (RGB + Clear)
IR-Filter: Ja
Zusatzfunktionen: Näherungssensor, Gestenerkennung, Umgebungslicht

AS7341

Der AS7341 ist ein hochmoderner Multispektral-Farbsensor, der für Anwendungen mit höchsten Ansprüchen an die spektrale Auflösung konzipiert wurde.
Dieser Sensor bietet eine extrem detaillierte Farbanalyse mit 8 sichtbaren Spektralkanälen plus NIR, Clear und Flimmererkennung über I2C.

Betriebsspannung: 3,3V
Stromaufnahme: ~1.4 mA
Benötigte Pins: 4 (VCC, GND, SDA, SCL)
Kommunikation: I2C
Kanäle (Anzahl & Typ): 11 (8x Spektrum, NIR, Clear, Flimmer)
IR-Filter: Ja
Zusatzfunktionen: 10 Kanäle (8x Spektrum, NIR, Flimmer), Umgebungslicht

VEML6040

Der VEML6040 ist ein kleiner und sehr energieeffizienter RGBW-Farbsensor, der sich besonders gut für platzsparende oder batteriebetriebene Projekte eignet.
Ein kompakter und stromsparender Sensor, der neben RGB auch einen speziellen Weiß-Kanal für verbesserte Helligkeitsmessungen über I2C bietet.

Betriebsspannung: 2.5V – 3.6V (typ. 3.3V)
Stromaufnahme: ~250 µA
Benötigte Pins: 4 (VCC, GND, SDA, SCL)
Kommunikation: I2C
Kanäle (Anzahl & Typ): 4 (RGBW + Clear)
IR-Filter: Ja
Zusatzfunktionen: Keine (fokussiert auf RGBW)

IR-Filter

Der IR-Filter ist eine entscheidende Komponente moderner Farbsensoren, die oft übersehen wird. Infrarot (IR)-Licht ist für das menschliche Auge unsichtbar, kann aber die Farbmessung eines Sensors erheblich verfälschen, da es von vielen Materialien unterschiedlich reflektiert wird als sichtbares Licht. Ohne einen IR-Filter könnten beispielsweise dunkle Oberflächen mit starker IR-Reflexion fälschlicherweise als hellere oder farblich verschobene Töne interpretiert werden.
Ein integrierter IR-Filter blockiert diese unerwünschten Infrarotanteile des Lichts, bevor sie den eigentlichen Sensor erreichen. Dadurch misst der Sensor nur das Spektrum des sichtbaren Lichts, was zu signifikant genaueren und konsistenteren Farbwerten führt, unabhängig von der IR-Strahlung in der Umgebung. Für Projekte, die auf hohe Farbgenauigkeit angewiesen sind, ist ein Sensor mit IR-Filter daher klar die bessere Wahl. Dies vereinfacht auch das Programmieren und die Kalibrierung, da weniger Störfaktoren berücksichtigt werden müssen.

Weißen LEDs

Die weißen LEDs auf vielen Farbsensormodulen, wie dem GY-31 oder GY-33, sind speziell als Beleuchtungselemente konzipiert. Ihre Hauptfunktion ist es, das zu messende Objekt aktiv und konstant zu beleuchten.
Diese LEDs sind unerlässlich, um reproduzierbare Farbmessungen zu gewährleisten. Ohne eine eigene, kontrollierte Lichtquelle würden die Messergebnisse stark von wechselnden Umgebungslichtverhältnissen abhängen (z.B. Sonnenschein, Wolken, künstliches Licht). Durch die integrierte Beleuchtung wird sichergestellt, dass der Farbsensor das Objekt immer unter vergleichbaren Bedingungen misst.
Das von den weißen LEDs emittierte Licht trifft auf das Objekt. Je nach dessen Farbe werden bestimmte Wellenlängen absorbiert und andere reflektiert. Und genau dieses reflektierte Licht, das die spezifische Farbinformation des Objekts trägt, wird vom Sensor erfasst und analysiert. So erhältst du konsistente und zuverlässige Farbdaten, die du dann in deinem Arduino- oder ESP32-Code weiterverarbeiten kannst.

Kanäle – Der Schlüssel zur Farbtiefe

Die „Kanäle“ eines Farbsensors beschreiben die separaten spektralen Detektionsbereiche oder Filter, die der Sensor zur Analyse des Lichts verwendet. Stell dir jeden Kanal wie ein spezialisiertes „Auge“ vor, das nur einen bestimmten Teil des Lichtspektrums wahrnimmt.
Die meisten Standard-Farbsensoren verfügen über vier Kanäle: Rot, Grün, Blau (RGB) und einen Clear-Kanal (unfiltriertes Licht, das die Gesamtintensität misst). Diese Kanäle erfassen die Grundfarben und sind für viele allgemeine Farberkennungsaufgaben ausreichend.
Bei Sensoren wie dem AS7341, der über bis zu elf Kanäle verfügt (8x Spektrum, NIR, Clear, Flimmer), liegt der entscheidende Vorteil in der höheren spektralen Auflösung.

Das bedeutet:

Präzisere Farberkennung: Je mehr Kanäle und je schmalbandiger diese sind, desto detaillierter kann der Sensor den „Fingerabdruck“ eines Farbspektrums erfassen. Er kann subtile Farbunterschiede erkennen, die ein einfacher RGB-Sensor nicht differenzieren könnte, weil die Informationen in den breiteren Filtern „verschwimmen“ würden.

Erkennung von Metamerie: Zwei Farben können für das menschliche Auge identisch aussehen (Metamerie), aber spektral unterschiedlich sein. Ein Multispektralsensor mit vielen Kanälen kann diese Unterschiede erkennen, was für Qualitätskontrolle und Farbanalyse unerlässlich ist.

Kurz gesagt: Eine höhere Anzahl von Kanälen ermöglicht es dem Farbsensor, eine tiefere und genauere Analyse der Farbinformationen durchzuführen. Dies erfordert zwar möglicherweise einen komplexeren Code zur Auswertung der Daten, resultiert aber in deutlich präziseren und nuancierteren Ergebnissen.

Zusammenfassung

Die Auswahl des passenden Farbsensors ist ein entscheidender Schritt für den Erfolg deines Elektronikprojekts. Von einfachen Anwendungen bis hin zu hochpräzisen spektralen Analysen – für jede Anforderung gibt es den optimalen Sensor.
Für den Einstieg und grundlegende Farberkennungsaufgaben sind der GY-31 (TCS3200) oder der GY-33 (TCS34725) ausgezeichnete Kandidaten, wobei der GY-33 durch seine I2C-Kommunikation und den integrierten IR-Filter eine überlegene Wahl darstellt. Suchst du nach erweiterten Funktionen wie Gestenerkennung, ist der APDS-9960 die ideale Lösung. Wenn dein Projekt höchste Ansprüche an die spektrale Farbgenauigkeit stellt, führt kein Weg am AS7341 vorbei. Für kompakte und energieeffiziente Anwendungen bietet der VEML6040 eine zuverlässige Performance.
Denke daran: Die Kenntnis der technischen Details wie Betriebsspannung, Kommunikationsprotokoll (I2C oder Frequenzausgang), das Vorhandensein eines IR-Filters und die Anzahl der Kanäle sind essenziell für die erfolgreiche Integration und das Programmieren deines Projekts mit Arduino oder ESP32.

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