单片机的皮肤含水量检测系统设计
【摘要】本课题对当前大量皮肤含水量检测产品的普遍性能做了总体调查后发现，在使用性能以及产品成本方面还有一段很大的空间可以上升，尤其是在功率消耗方面。因此本文选用了STC89C51单片机来作为控制器芯片，结合了红外对管传感器、模数转换器等核心器件，设计了一款可以实现人体表层皮肤含水量快速精确测量以及皮肤含水量过低时报警等功能的皮肤含水量检测控制系统，与此同时系统还具有报警阀值自定义设置以及液晶显示等功能。系统在测量时对人体皮肤无任何伤害，在软件上使用了C语言进行程序代码编写。经过了大量的仿真测试得出系统软硬件实现了良好的兼容，并且系统实现了课题预期确立的所有功能指标。将这款皮肤含水量检测控制系统投入批量生产，可以改善市场上现有产品的总体性能，并能够快速赢得消费用户的青睐。
目录
一、 引言 1
（一） 皮肤含水量检测器的发展背景 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制器的选取 3
（二） STC89C51单片机简介 3
（三） 红外对管介绍 4
（四） ADC0832模数转换器介绍 5
（五） LCD1602点阵显示器简介 6
（六） 有源蜂鸣器介绍 6
三、 硬件系统设计 8
（一） 皮肤含水量检测方案设计 8
（二） 系统硬件设计 8
（三） STC89C51单片机最小系统设计 9
1. 晶振电路设计 9
2. 复位电路设计 10
（四） 红外对管电路设计 10
（五） 模数转换器电路设计 11
（六） 点阵显示器电路设计 12
（七） 报警电路设计 12
（八） 按键电路设计 13
四、 软件系统设计 14
（一） 系统软件设计 14
（二） 模数转换器工作流程设计 15
（三） 点阵显示工作流程设计 15
五、 系统仿真 17
总 结 21
致 谢 22
参考文献 2
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
3
附录一 原理图 24
附录二 PCB图 25
附录三 元器件清单 26
附录四 部分程序 27
引言
皮肤含水量检测器的发展背景
本课题将要设计的这款基于STC89C51单片机的皮肤含水量检测控制系统是一种采用STC89C51芯片作为主要控制器的电子系统，这款系统的出现在某种程度上极大的方便了使用者对于自身皮肤含水量以及健康的检测，不仅满足了现代人们对于人体健康的不断追求，更在很大程度上推进了单片机与日常生产生活之间的距离，使得单片机系统趋向生活化和普遍化。
皮肤含水量检测控制系统通常情况下由微处理器作为核心部分，周围配合其他必要的功能模块如显示以及声音提示等，通过微处理器的强大控制作用，实现整个控制系统的一体化，皮肤含水量检测控制系统之所以能够达到今天这种性能和功能，主要得益于人们对于单片机等一些微处理器的不断改进和性能提升，在这之前，要想实现一款皮肤含水量检测电子系统，只能依靠一些功能简单的数字逻辑芯片来实现，此时的皮肤含水量检测控制系统的典型特点是结构复杂、电路繁杂，并且此时传感器技术还尚未成熟，因此对于皮肤含水量的检测精度较低，这种早期的皮肤含水量检测电子系统无论是在功能还是性能上，都是与现在市面上皮肤含水量检测系统所无法比拟的，首先在电路结构上，由于要完成一个简单的功能需要借助大量的逻辑门电路芯片来搭建，更有甚者需要大量分立的三极管基本部件来搭建一个逻辑门，可想而知要完成整个皮肤含水量检测控制系统需要搭建一个庞大的硬件电路结构，这么大的体积使得系统非常容易受到各种各样的电磁或者机械干扰，使得其稳定性和抗干扰性极差，并且复杂的电子线路也给皮肤含水量检测控制系统的检修工作带来了极大的阻碍；其次在功能上表现得非常的简单，就以显示功能来说，最佳效果也只能是以数码管显示一串数字作为系统的人机交互，与现如今的液晶显示相差甚远。而现如今的皮肤含水量检测控制系统采用了具有集成外观的芯片并且是以单片机等微处理器作为控制器，性能得到了极大的提升，高精度皮肤含水量检测与显示、保养提示建议等功能的实现变得极其容易，并且通过复杂的接口协议，高清晰显示效果使得用户能够更好的使用皮肤含水量检测控制系统。
本次毕业设计就将以皮肤含水量检测控制系统作为研究的核心对象，结合大学期间所学的单片机、模拟电路、数字电路以及传感器等重要课程，通过对这些课程的综合融会贯通，并结合课外积累到的一些电子项目设计经验，来完成对这款系统的设计与实现。
国内外发展现状
国内外对于这种新型实用性的皮肤含水量检测电子控制系统的研究一直处于炙热的状态，通过前期对网络显示的资料以及图书馆查阅到的相关文献后可总结为，当前这种控制系统或者称之为产品所存在的普遍不足和缺点为成本较高，尚不能得到广泛的普及，高精度的皮肤含水检测器与中低端的价格差距较大，另外在主控的选择上，大多数产品为了降低产品的生产成本以及提高其性价比，在系统硬件上尤其是内部控制器的选择上主要是一些性能较为落后的单片机。
本文主要研究内容
本课题在经过对当前市面上相关产品的大量调研后，结合自身的专业知识掌握程度，最终确立了如下的设计研究内容：
1、使用STC89C51单片机作为主控芯片，结合其他模块构建一个51单片机最小系统，实现一款能够实现皮肤表层含水量快速检测以及报警等功能的控制系统；
2、系统采用直流正5V电压进行供电，具有较低的功率消耗；
3、配置红外对管传感器电路，通过红外线对皮肤角质层进行照射，通过检测红外线反射强度进行检测，实现角质层中含水量大小的检测；
4、红外线强度不得对皮肤造成损害；
5、配置LCD1602液晶屏电路，实现对皮肤含水量的高精度显示；
6、具有报警功能，当含水量低于健康值时，发出报警信号。
方案选择及元器件介绍
控制器的选取
本文考虑到了上一章对控制系统所设定的功能指标等参数，最终从众多类型的控制器中选择出了两款，分别为我们熟知的高性价比单片机STC89C51和进入市场不久的新型高性能单片机STM32，这两款单片机无论在开发资料普及度还是成熟度上，都已经达到了很高的程度，如果选择其中一个用于本文所设计的系统中，能够大大提高控制系统的稳定度、性价比以及各项功能指标参数，由于这两款芯片同属于单片机范畴，因此相似点较多，下面对这两款单片机进行各项性能对比，从而最终选择出更适合的一个作为本文所设计系统的核心控制器。
目录
一、 引言 1
（一） 皮肤含水量检测器的发展背景 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制器的选取 3
（二） STC89C51单片机简介 3
（三） 红外对管介绍 4
（四） ADC0832模数转换器介绍 5
（五） LCD1602点阵显示器简介 6
（六） 有源蜂鸣器介绍 6
三、 硬件系统设计 8
（一） 皮肤含水量检测方案设计 8
（二） 系统硬件设计 8
（三） STC89C51单片机最小系统设计 9
1. 晶振电路设计 9
2. 复位电路设计 10
（四） 红外对管电路设计 10
（五） 模数转换器电路设计 11
（六） 点阵显示器电路设计 12
（七） 报警电路设计 12
（八） 按键电路设计 13
四、 软件系统设计 14
（一） 系统软件设计 14
（二） 模数转换器工作流程设计 15
（三） 点阵显示工作流程设计 15
五、 系统仿真 17
总 结 21
致 谢 22
参考文献 2
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
3
附录一 原理图 24
附录二 PCB图 25
附录三 元器件清单 26
附录四 部分程序 27
引言
皮肤含水量检测器的发展背景
本课题将要设计的这款基于STC89C51单片机的皮肤含水量检测控制系统是一种采用STC89C51芯片作为主要控制器的电子系统，这款系统的出现在某种程度上极大的方便了使用者对于自身皮肤含水量以及健康的检测，不仅满足了现代人们对于人体健康的不断追求，更在很大程度上推进了单片机与日常生产生活之间的距离，使得单片机系统趋向生活化和普遍化。
皮肤含水量检测控制系统通常情况下由微处理器作为核心部分，周围配合其他必要的功能模块如显示以及声音提示等，通过微处理器的强大控制作用，实现整个控制系统的一体化，皮肤含水量检测控制系统之所以能够达到今天这种性能和功能，主要得益于人们对于单片机等一些微处理器的不断改进和性能提升，在这之前，要想实现一款皮肤含水量检测电子系统，只能依靠一些功能简单的数字逻辑芯片来实现，此时的皮肤含水量检测控制系统的典型特点是结构复杂、电路繁杂，并且此时传感器技术还尚未成熟，因此对于皮肤含水量的检测精度较低，这种早期的皮肤含水量检测电子系统无论是在功能还是性能上，都是与现在市面上皮肤含水量检测系统所无法比拟的，首先在电路结构上，由于要完成一个简单的功能需要借助大量的逻辑门电路芯片来搭建，更有甚者需要大量分立的三极管基本部件来搭建一个逻辑门，可想而知要完成整个皮肤含水量检测控制系统需要搭建一个庞大的硬件电路结构，这么大的体积使得系统非常容易受到各种各样的电磁或者机械干扰，使得其稳定性和抗干扰性极差，并且复杂的电子线路也给皮肤含水量检测控制系统的检修工作带来了极大的阻碍；其次在功能上表现得非常的简单，就以显示功能来说，最佳效果也只能是以数码管显示一串数字作为系统的人机交互，与现如今的液晶显示相差甚远。而现如今的皮肤含水量检测控制系统采用了具有集成外观的芯片并且是以单片机等微处理器作为控制器，性能得到了极大的提升，高精度皮肤含水量检测与显示、保养提示建议等功能的实现变得极其容易，并且通过复杂的接口协议，高清晰显示效果使得用户能够更好的使用皮肤含水量检测控制系统。
本次毕业设计就将以皮肤含水量检测控制系统作为研究的核心对象，结合大学期间所学的单片机、模拟电路、数字电路以及传感器等重要课程，通过对这些课程的综合融会贯通，并结合课外积累到的一些电子项目设计经验，来完成对这款系统的设计与实现。
国内外发展现状
国内外对于这种新型实用性的皮肤含水量检测电子控制系统的研究一直处于炙热的状态，通过前期对网络显示的资料以及图书馆查阅到的相关文献后可总结为，当前这种控制系统或者称之为产品所存在的普遍不足和缺点为成本较高，尚不能得到广泛的普及，高精度的皮肤含水检测器与中低端的价格差距较大，另外在主控的选择上，大多数产品为了降低产品的生产成本以及提高其性价比，在系统硬件上尤其是内部控制器的选择上主要是一些性能较为落后的单片机。
本文主要研究内容
本课题在经过对当前市面上相关产品的大量调研后，结合自身的专业知识掌握程度，最终确立了如下的设计研究内容：
1、使用STC89C51单片机作为主控芯片，结合其他模块构建一个51单片机最小系统，实现一款能够实现皮肤表层含水量快速检测以及报警等功能的控制系统；
2、系统采用直流正5V电压进行供电，具有较低的功率消耗；
3、配置红外对管传感器电路，通过红外线对皮肤角质层进行照射，通过检测红外线反射强度进行检测，实现角质层中含水量大小的检测；
4、红外线强度不得对皮肤造成损害；
5、配置LCD1602液晶屏电路，实现对皮肤含水量的高精度显示；
6、具有报警功能，当含水量低于健康值时，发出报警信号。
方案选择及元器件介绍
控制器的选取
本文考虑到了上一章对控制系统所设定的功能指标等参数，最终从众多类型的控制器中选择出了两款，分别为我们熟知的高性价比单片机STC89C51和进入市场不久的新型高性能单片机STM32，这两款单片机无论在开发资料普及度还是成熟度上，都已经达到了很高的程度，如果选择其中一个用于本文所设计的系统中，能够大大提高控制系统的稳定度、性价比以及各项功能指标参数，由于这两款芯片同属于单片机范畴，因此相似点较多，下面对这两款单片机进行各项性能对比，从而最终选择出更适合的一个作为本文所设计系统的核心控制器。
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