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呼吸式酒精检测装置的设计论文

发布时间:2024-07-01 16:40:15

呼吸式酒精检测装置的设计论文

可以对气体中酒精含量进行检测的设备有五种基本类型,分别是: 1,燃料电池型(电化学) 2,半导体型 3,红外线型 4,气体色谱分析型 5,比色型 由于价格和使用是否方便等因素所决定,目前普遍使用的只有燃料电池型(电化学型)和半导体型二种。这二种能够制造成便携型呼气酒精测试器,适合于现场使用。 半导体型采用氧化锡半导体作为传感器,这类半导体器件具有气敏特性,当接触的气体中其敏感的气体浓度增加,它对外呈现的电阻值就降低,半导体型呼气酒精测试仪就是利用这个原理做成的。这种半导体在不同工作温度时,对不同的气体敏感程度是不同的,因此半导体型呼气酒精测试仪中都采用加热元件,把传感器加热到一定的温度,在该温度下,该传感器对酒精具有最高的敏感度。 燃料电池型呼气酒精测试仪采用燃料电池酒精传感器作为气敏元件,它属于电化学类型,因此又称为电化学型。燃料电池是当前全世界都在广泛研究的环保型能源,它可以直接把可燃气体转变成电能,而不产生污染。作为酒精传感器只是燃料电池的一个分支。燃料电池酒精传感器采用贵金属白金作为电极,在燃烧室内充满了特种催化剂,它能使进入燃烧室内的酒精充分燃烧转变为电能,也就是在二个电极上产生电压,电能消耗在外接负载上。此电压与进入燃烧室内气体的酒精浓度成正比,这就是燃料电池型呼气酒精测试仪的基本工作原理

重铬酸钾+酒精 会变灰绿色

酒精探测仪:通过车载电脑自动发出指令意大利科学家开发了一种名为“天使”的新型车载酒精探测仪。当司机呼出的气体中酒精浓度超标时,探测仪会发出蜂鸣声警告。如果司机不停车,探测仪将通过车载电脑自动发出指令,迫使汽车无法启动或逐渐停止行驶。此外,美国新墨西哥州开发出一种皮肤接触式酒精测试仪,可向司机的脉搏发射光束,通过反射光来分析司机胳膊下血管中血液里的酒精含量是否超标。激光酒精检测仪:发射一束专门的激光俄罗斯彼得堡一家激光公司的专家发明了一种可对司机是否饮过酒进行远距离探测的检测仪,用以对付那些和警方不配合的司机。检测仪发射一束专门的激光,可通过挡风玻璃检测车内空气中酒精含量是否超标。“醉立停”:自动将点火装置断开南京财经大学大学生曾发明过防酒驾装置“醉立停”。该装置为一圆形盒状物,大小恰好与汽车方向盘中轴匹配,厚度约为,安装在方向盘中轴位置,控制线路与汽车点火装置相连。驾驶员进入车厢后,非接触呼吸式酒精传感器可自动探测空气中的酒精浓度,若超标,系统会自动将点火装置断开,使汽车无法正常启动。“醉立停”中装有半导体酒精传感器,它采用了旁热型半导体氧化物酒敏元件-1,对乙醇气体具有很高的灵敏度和良好的选择性,是实用酒精测试的理想传感器件。

当具有N型导电性的氧化物暴露在大气中时,会由于氧气的吸附而减少其内部的电子数量而使其电阻增大。其后如果大气中存在某种特定的还原性气体,它将与吸附的氧气反应,从而使氧化物内的电子数增加,导致氧化物电阻减小。半导体-氧化物传感器就是通过该阻值的变化来分析气体浓度。

与半导体型相比,燃料电池型呼气酒精测试仪具有稳定性好,精度高,抗干扰性好的优点。但是由于燃料电池酒精传感器的结构要求非常精密,制造难度相当大,只有美国、英国、德国等少数几个国家能够生产,加上材料成本高,因此价格相当昂贵,是半导体酒精传感器的几十倍。

扩展资料

酒精测试仪可以用于判断是否酒后驾车。通常的酒后驾车的检测有两种方法:一是检测人体的血液酒精浓度,一种是检测呼气酒精浓度。

从理论上说,要判断是否酒后驾驶,最准确的方法应该是检查驾驶人员血液中的酒精含量。但在违法行为处理或者公路交通例行检查中,要现场抽取血液往往是不现实的,最简单可行的方法是现场检测驾驶人员呼气中的酒精含量。

参考资料来源:百度百科-酒精检测仪

酒精检测设计论文

在食品工业、酿酒行业、石化和工矿企业、环境检测、公安交通管理、社会公用事业等一些国民经济生产和人们工作生活的领域和场合中,常常需要检测特定环境中酒精气体的浓度,以确保工厂企业环境安全和人民生命财产安全[1-4]。如监控酒精生产车间和石化厂的酒精浓度,可以避免工厂起火和爆炸事故的发生;监测工矿企业场地的酒精浓度,能避免工作人员出现酒精中毒等恶性事故;检测司机体内酒精含量,可以防止驾驶人员酒后驾车,减少恶性交通事故的发生。因此,研制酒精气体浓度检测仪具有十分广阔的现实和潜在的市场需求,并具有十分重要的意义。传统的酒精气体检测仪因传感器性能、电路设计、数据处理算法等原因,存在着气体选择性不高、抗干扰性能差、智能化程度低、仪器操作复杂、无法实时保存和调看数据等突出问题[3-4]。鉴于此,笔者设计和研制了一种无线智能酒精浓度探测仪,弥补了传统酒精检测仪器的缺点和不足。

1 系统总体方案

该酒精浓度探测仪由发送端和接收端两部分组成,其原理框图分别如图1和图2所示。发送端主要包括酒精浓度传感器与A/D转换电路、STC90C52RC单片机、浓度阈值设置与声音报警电路、语音播报电路、LCD显示电路和无线收发电路六部分;接收端由无线收发电路、STC90C52RC单片机、数据接口通信电路和上位计算机组成。

2 系统硬件电路设计

传感器电路与A/D转换电路

TGS2620为日本费加罗(FIGARO)公司生产的一款可以探测气体中酒精浓度的半导体气体传感器,具有灵敏度高、功耗低、寿命长、成本低等特点[5-6]。其电路连接如图3所示,其中,RH为加热器电阻,室温下时为83±8 Ω;RS为传感器电阻,其阻值和还原性气体浓度之间的数学关系为:

通过检测VRL就可以确定出待测气体浓度C。

电路中运放OP07接成电压跟随器形式,对传感器和后级电路进行隔离,减小电源波动和外界因素对采样数据的影响。ICL7660是MAXIM公司生产的小功率极性反转电源转换器,作用是将+5 V电源变换成-5 V电源为OP07供电。其中,CC2采用漏电小、介质损耗低的10 μF钽电容,以提高电源转换效率。TLC1549是TI公司生产的10位分辨率逐次逼近型ADC芯片,具有自动采样和保持、可按比例量程校准转换范围、抗噪声干扰功能,在满刻度时总误差最大仅为±1 LSB。

LCD显示、阈值设置与声音报警电路

16×2个字符液晶显示模块DM-162显示报警阈值和酒精浓度值。为了减少单片机I/O口的使用数量和简化电路结构,采用间接控制(4位数据总线)方式,接口电路如图4上部分所示。初始化时,需写入28H指令码将8位总线转为4位数据接口方式。管脚BLA、BLK和VL分别是液晶背光源正极、负极和显示对比度调整端,RS、E分别是寄存器选择端、读/写信号线和使能端。

酒精浓度阈值设置和声音报警电路如图4下部分所示。当设置键S1按下时,进入阈值设置(初始阈值为500 ppm)界面,再按下键S2或S3,对阈值作增加或减小操作,步长为20 ppm。阈值设置好后写入STC90C52RC单片机片内5 KB EEPROM的第一扇区2000H和2001H地址中,使系统重启不必重新设置。若酒精浓度值大于阈值,将口线置为低电平,三极管8550驱动蜂鸣器发声音报警。

语音播报电路

采用华邦(Winbond)公司的ISD2560语音录放集成芯片作酒精浓度值播放,电路如图5所示。话筒采用差分形式接入到片内前置放大器的MIC端和MIC REF端,以抵消噪声和提高输入共模抑制比。扬声器接成双端输出形式,输出功率为单端用法时功率的4倍。单片机的P2口、和口线分别与地址线A0~A9相连,用来设定ISD2560片内480 KB EEPROM(地址为0H~257H)中存储语音段的起始地址,录音和放音功能均从该起始地址开始,录音过程中信息段地址自动增加。本系统在ISD2560中需录入语音信息有:“当前酒精浓度值为”、“零”、“一”、“二”、“三”、“四”、“五”、“六”、“七”、“八”、“九”、“十”、“百”、“千”、“点”、“ppm(浓度单位)”。由于ISD2560的语音录放时间为60 s,按每秒3个汉字计算,则可录放180个汉字,因此满足播报要求。此外,通过、和口线可以配置ISD2560的操作模式[7-8](地址为300H~3FFH)。口线分别用来控制语音芯片的片选、芯片的开关、录音/放音模式选择。口用来判断芯片的存储空间是否已经填满或者信息存储是否溢出。由于录音时在每个信息段结尾处自动插入标志,当放音遇到该标志时产生宽约为 ms的负脉冲。用口检测到此脉冲的上升沿后才播放另一段录音,避免语音播放不连续。

无线收发电路

系统采用NORDIC公司生产的工作于 5 GHz的ISM频段的单片无线收发器芯片nRF24L01完成无线数据的收发工作,nRF24L01的最高传输速率为2 Mb/s,电路如图6所示。稳压芯片 V将5 V输入电压转换成 V给nRF24L01供电。nRF24L01与单片机接口为四线SPI方式,CSN、SCK、MOSI、MISO管脚分别是SPI的片选使能线、时钟线、数据输入线、数据输出线。IRQ为中断信号线(低电平有效),接至单片机的外部中断管脚,单片机主要是通过该接口线与nRF24L01进行通信并判断数据接收和数据发送是否完成。CE为芯片的RX/TX模式选择线。IREF为参考电流输入端,通过22 kΩ电阻接地。管脚ANT1和ANT2给天线提供平衡的RF输出,通过后接的简单射频网络匹配电路获得单端50 Ω的阻抗输出。网络匹配电路在发送模式时阻止谐波,在接收模式时克制本地振荡漏出。VDD_PA管脚输出 V电压,给片内功率放大器提供电源。

数据接口通信电路

接收端的计算机与单片机间的通信由串行USB接口集成电路CH340T完成,如图7所示。CH340T支持或者通信,具有仿真接口,并且可以升级外围串口设备,支持常用的MODEM联络信号,支持IRDA规范的SIR红外通信,提供RS23RS48RS422接口等功能。CH340T内置有独立的收发缓冲区,支持通信波特率50 b/s~2 Mb/s的单工、半双工、全双工等异步串行通信。图7中,在CH340T芯片的发送脚TXD上反接一个二极管1N4001,防止该引脚将电流倒灌到单片机;在接收引脚RXD上加一个300 Ω的限流电阻来防止单片机对CH340T倒灌电流;从而避免电流倒灌导致不需要供电工作的另一方芯片继续工作。

3 系统软件设计

下位机软件设计

下位机的程序开发和调试是在Keil μVision4集成开发环境下进行的,包括发送端和接收端的软件设计。

发送端软件设计

发送端软件流程如图8所示。单片机上电后进行系统初始化,完成单片机内部系统变量的初始化以及TLC154DM-16ISD2560和nRF24L01等外部设备的初始设置;然后延时大约5 min,预热传感器TGS2620,保证传感器工作正常;程序初始化结束后,系统进入监控状态。若报警阈值设置键按下,进入报警限设置模式;若录音键按下,进入录音模式;然后启动A/D转换获取采样数据,作滤波处理、标度变换和系统误差校正后得到被测酒精浓度值。该值与报警阈值比较,若结果是“大于”或“等于”,启动蜂鸣器发声程序,作声音报警,提示酒精浓度超标;接着该值在DM-162液晶模块上实时显示;最后判断放音键是否按下。若按下则根据酒精浓度值查找ISD2560中对应语音信息的存储地址开始放音;放音结束后,该值由nRF24L01发送程序发送到接收端;待发送完成后,采集、显示和发送新一轮的酒精浓度数据。

发送端软件应用了防脉冲干扰平均滤波法[9]对A/D采样数据作预处理。其原理是:连续采样K次,然后对这K个采样数据进行比较,去除其中的最大值和最小值,计算剩下的K-2个数据的算术平均值作为采样有效值。该方法融合了中位值滤波法和算术平均滤波法的优点,既可去掉脉动性质的干扰,又可消除偶然出现的脉冲性干扰引起的采样值偏差。为加快计算速度,设计数字滤波器时K=10。

为了提高系统的实时性,软件中采用分段线性插值法[10-11]作标度变换。过程如下:(1)按传感器TGS2620的标定曲线,将该曲线进行非等距分段(曲率变化大(小)时,样点距离取小(大)),选取各分段点坐标(VRLi,Ci)(i=0,1,…,M),其中:VRLi和Ci分别为不同样点时传感器输出电压值和对应浓度值;(2)计算相邻样点间的拟合直线斜率ki=(Ci+1-Ci)/(VRLi+1-VRLi)(i=0,1,…,M-1);(3)将M组坐标数据(VRLi,Ci)和对应斜率ki存储于单片机片内EEPROM的第二扇区(地址为2200H~23FFH)中;(4)每采集到一个电压值VRL即查询EEPROM表,找出VRL所在区间(VRLi,Ci)~(VRLi+1,Ci+1),取出该区间(VRLi,Ci)和ki数据,用线性插值公式C=Ci+ki(VRL-VRLi)计算出当前酒精浓度值C。

将采集到的N个样本数据(xi,yi)代入式(5)中即得到系数a、b的值,并存入单片机的内存单元中。系统测量时,将标度变换后的酒精浓度测量值x代入误差校正方程y=ax+b中,即可得到校正后的酒精浓度值y,从而达到消除系统误差的目的。

接收端软件设计

接收端单片机的软件流程如图9所示。接收端开机上电后,程序初始化设置nRF24L01和串口,然后进入监控场景。当nRF24L01接收到一帧完整的酒精浓度数据后,立即通过串口发送到上位机。接收端单片机与PC之间数据交互采用异步通信模式。独立波特率,串口协议设置为:波特率9 600 b/s,8 bit数据位,1 bit停止位,无校验位。

上位机软件设计

上位机用户界面采用通用的基于对象的程序设计语言Microsoft Visual Basic 开发,实现酒精浓度数据的接收、显示和保存。软件用到了串行通信控件MSComm。MSComm控件是Microsoft公司提供的Windows下串行通信编程的ActiveX控件,通过对此控件的属性和事件进行相应的编程操作,即可轻松地实现串行通信。串口通信协议与接收端完全相同。上位机软件的程序流程如图10所示。

4 系统测试

为了检验本系统的测量性能,采用无水乙醇和纯净水按照一定体积比配制标准的酒精溶液作为被测量对象,测试结果如表1所示。其中:单位ppm=μg/mL表示1 mL酒精溶液中含酒精的质量。由测量结果可以看出,测试数据覆盖传感器的量程,测试最大相对误差小于±2%,优于同类设计产品[3-5]。

为了获得本仪器发送端与接收端的最大无错误率的通信距离,在室外进行了nRF24L01随距离的错误率(临界区间)测试实验,结果如表2所示。其中,每米的错误率是10次试验后计算得到的平均值。可见,nRF24L01的传输距离可达到100 m,略高于RFID、ZIGBEE和蓝牙等无线通信技术[12]。

5 主要技术指标

本仪器主要技术指标如下:(1)测量范围:50~5 000 ppm;(2)灵敏度(传感器电阻变化率):;(3)测量精度:≤±2%;(4)传输距离:≤100 m;(5)工作电源:DC+5 V;(6)工作环境温度:-40 ℃~+70 ℃;(7)工作环境相对湿度:0~85%RH。

6 结束语

本文设计研制了一种基于STC90C52RC单片机、TGS2620酒精传感器和nRF24L01无线通信芯片的酒精浓度探测仪。该仪器现已投入到成都市某小型酿酒厂酒池的实际生产中。现场工作情况表明:系统运行正常,工作可靠;系统具有气体选择性和灵敏度高、稳定性好、智能化程度高、通信距离远、功耗低、抗工业干扰能力强、性价比优异等优点。该仪器可以应用于食品加工行业、工矿企业、石油和化学工业、环境检测与保护、社会公用事业、高空作业人员、公安交通管理(如酒后驾车、交通警察执法)等需要现场检测或无线遥测酒精气体浓度的场合中,市场应用前景广阔、推广价值较高。

参考文献

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胡仕兵,陈子为

(成都信息工程大学 电子工程学院,四川 成都610225)

对不起我没有

去网上搜,去抄呗

机械检测装置设计论文

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立式钻削中心主轴系统结构设计 论文编号:JX472 有设计图,论文字数:19933,页数:64 有开题报告,任务书 摘要 随着数控技术的发展,传统的立式钻床、铣床等设备并不能满足高加工精度,高加工效率,高速加工的加工要求。为此,在传统的立式钻床、铣床与新型数控机床技术的基础上,开发了以钻削为主,并兼有攻丝、铣削等功能,且备有刀库并能够自动更换刀具来对工件进行多工序加工的数控机床—钻削中心。 本文主要针对钻削中心的主轴系统进行设计。在本设计中,主轴调速取消了齿轮变速机构,而是由交流电动机来调速;主轴与电机轴之间采用多楔带传动;主轴内部刀具的自动夹紧,则采用了碟形弹簧与气压传动技术;主轴的垂直进给采用了半闭环伺服进给系统;主轴的支承采用了适应高刚度要求的轴承配置。 总之,通过对主轴系统的设计,使系统满足了钻削中心高效、高加工精度的要求。 关键词 数控技术 钻削中心 主轴系统 Abstract With the development of NC technology, the traditional vertical drilling, milling machine and other equipment and can not meet the high precision machining, Processing high-efficiency, high-speed machining requirements. Therefore, in the traditional vertical drilling machine, CNC milling machine and new technology on the basis of developing a drilling mainly, and both tapping, milling, and other functions, With cutting tool can automatically replace the multi-process workpiece machining CNC machine tools – Drilling Center. This paper is concerned with the drilling spindle system design. In this design, the spindle speed of the complete elimination of the variable speed gear, and a fully by the AC motor is to be achieved. Wedge Belt Drive is used between spindle and motor shaft. Internal spindle automatic tool clamping, the use of a disc spring with pressure transmission technology;The vertical axis feed using a semi-closed-loop servo control system; The supporting of spindle uses high stiffness requirements of the bearing arrangement. In short, through the spindle system design, allowing the system to meet the drilling center efficient, high-precision processing of the request. Keywords NC technology Drilling Center spindle system 目录 摘要I Abstract II 第1章 绪论 1 数控技术发展状况及发展趋势 1 概述 1 数控技术国内外发展现状 2 数控系统的发展趋势 2 课题研究的目的与意义 5 设计方案的确定 6 第2章 钻削中心主轴部件结构设计 7 主轴的结构设计 7 主轴的基本尺寸参数的确定 7 主轴端部结构 8 主轴刀具自动夹紧机构 9 主轴的验算 11 主轴材料和热处理的选择 15 主轴传动的设计 16 传动方式的选择 16 多楔带带轮的设计计算 17 多楔带的选择及带轮尺寸参数的确定 19 传动件在主轴上的位置 20 主轴电动机的选择 21 主轴轴承 22 主轴轴承的选用 22 主轴轴承的配置 24 滚动轴承调整和预紧方法 24 主轴轴承的润滑 25 碟形弹簧的计算 27 钻削力分析 27 碟形弹簧设计计算 29 碟形弹簧的校核 31 气缸的设计计算 33 气缸的结构设计 33 气动回路的选择 37 第3章 主轴进给系统的设计 39 概述 39 伺服进给系统的组成 39 伺服进给系统的类型 39 进给系统设计计算 41 主要参数的设定 41 切削力的估算 41 滚珠丝杠副设计计算 42 丝杠的校核 45 选伺服系统和检测装置 47 伺服电机计算 47 结论49 致谢50 参考文献 51 附录1 52 附录2 57 以上回答来自:

机械毕业论文格式范例 第一、构成项目 毕业论文包括以下内容: 封面、内容提要与关键词、目录、正文、注释、附录、参考文献。其中“附录”视具体情况安排,其余为必备项目。如果需要,可以在正文前加“引言”,在参考文献后加“后记”。 第二、各项目含义 (1)封面 封面由文头、论文标题、作者、学校名称、专业、年级、指导教师、日期等项内容组成。 (2)内容提要与关键词 内容提要是论文内容的概括性描述,应忠实于原文,字数控制在300字以内。关键词是从论文标题、内容提要或正文中提取的、能表现论文主题的、具有实质意义的词语,通常不超过7个。 (3)目录 列出论文正文的一二级标题名称及对应页码,附录、参考文献、后记等对应的页码。 (4)正文 正文是论文的主体部分,通常由绪论(引论)、本论、结论三个部分组成。这三部分在行文上可以不明确标示。 (5).注释 对所创造的名词术语的解释或对引文出处的说明,注释采用脚注形式。 (6)附录 附属于正文,对正文起补充说明作用的信息材料,可以是文字、表格、图形等形式。 (7)参考文献 作者在写作过程中使用过的文章、著作名录。 4、毕业论文格式编排 第一、纸型、页边距及装订线 毕业论文一律用国家标准A4型纸(297mmX210mm)打印。页边距为:天头(上)30mm,地脚(下)25mm,订口(左)30mm,翻口(右)25mm。装订线在左边,距页边10mm。 第二、版式与用字 文字、图形一律从左至右横写横排,倍行距。文字一律通栏编辑,使用规范的简化汉字。忌用繁体字、异体字等其他不规范字。 第三、论文各部分的编排式样及字体字号 (1)文头 封面顶部居中,小二号行楷,顶行,居中。固定内容为“成都中医药大学本科毕业论文”。 (2)论文标题 小一号黑体。文头居中,按小一号字体上空一行。(如果加论文副标题,则要求:小二号黑体,紧挨正标题下居中,文字前加破折号) 论文标题以下的行距为:固定值,40磅。 (3)作者、学院名称、专业、年级、指导教师、日期 项目名称用小三号黑体,后填写的内容处加下划线标明,8个汉字的长度,所填写的内容统一用三号楷体,各占一行,居中对齐。下空两行。 (4)内容提要及关键词 详细请参考: 我是中国机械加工网( )站长,很高兴为您解答问题。

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酒精检测系统设计论文范文

、采用51单片机作为主控芯片;2、采用MQ3传感器检测酒精浓度;3、采用LCD1602液晶显示;4、信号由ADC0832进行处理模数转化;5、当检测到浓度超过“酒驾”报警值时,继电器开、红灯亮起;6、当检测到浓度超过“醉驾”报警值时,继电器开、红灯亮同时蜂鸣器启动;7、可通过按键对报警值进行设置;8、可通过按键保存当前检测到的浓度值,之后可对(AT24C02)保存值进行查询。按键说明K1: 切换设置菜单(酒驾、醉驾);K2: 加键;设置参数+;K3: 减键;设置参数-;K4: 保存键;将当前检测的浓度保存;K5: 查询键;查询之前保存的浓度值;整体方案主要是通过酒精传感器检测驾驶员酒精含量,然后把检测的数据传送到单片机本身的转换模块,单片机及其外围电路自动进行处理。如果系统判断酒精浓度没有超标,这时绿灯亮继电器开,相当于汽车正常点火;否则蜂鸣器会报警鸣叫,红灯闪烁,继电器关,此时车辆不能点火启动。电路设计采用Altium Designer作为电路设计工具。Altium Designer通过把原理图设计、PCB绘制编辑、拓扑逻辑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术的完美融合,为设计者提供了全新的设计解决方案,使设计者可以轻松进行设计,熟练使用这一软件必将使电路设计的质量和效率大大提高。单片机管脚说明:P0端口():P0口为一个8位漏极开路双向I/O口,每个引脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。P1端口():P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高电平,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。P2端口():P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口,用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3端口():P3口管脚是一个带有内部上拉电阻的8位的双向I/O端口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入端时,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)。P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

正极是O2+4H++4e-=2H2O这题没有答案.把C中CH3CHO改成CH3CH2OH则选C

酒精传感器使用电化学型燃料电池,可以准确测量驾驶人员体内的血液酒精浓度, 1.目前南宁市使用的SD400酒精检测仪在全国已有不少城市使用,该设备是利用呼吸测量法测量人血液中的酒精含量,其工作原理是:被测人呼出的气体被抽样系统抽入燃料电池后,会产生一个微小的电压,被测者酒精含量越高,电压就越高,检测仪就会得到被测者血液中酒精含量的数值。检测精确度可靠据介绍,这种酒精检测仪获得了国家有关计量器方面的批准证书,分别通过了国家标准物质研究中心的测试和国家公安部交通安全产品质量监督检测中心的检测,检测结果是具有法律效力的。由于其检测的气体来自人体肺部深处,只要含有一点点酒精就可以测出数值来,精确度非常可靠。 2 . 半定量酒精测定仪 型号:TXY-I 该仪器适用于交通事故现场和刑事案件现场的酒精定性、定量检验。只需一毫升血、尿或唾液,在十分钟内即可完成测试工作。 该仪器的工作原理是通过加热使被测标本中的酒精蒸发出来,酒精蒸汽与反应试纸上的检测试剂发生氧化还原反应,根据反应所形成的检测试剂颜色变化进行定性检验,根据变色直径的大小进行定量检验。

在食品工业、酿酒行业、石化和工矿企业、环境检测、公安交通管理、社会公用事业等一些国民经济生产和人们工作生活的领域和场合中,常常需要检测特定环境中酒精气体的浓度,以确保工厂企业环境安全和人民生命财产安全[1-4]。如监控酒精生产车间和石化厂的酒精浓度,可以避免工厂起火和爆炸事故的发生;监测工矿企业场地的酒精浓度,能避免工作人员出现酒精中毒等恶性事故;检测司机体内酒精含量,可以防止驾驶人员酒后驾车,减少恶性交通事故的发生。因此,研制酒精气体浓度检测仪具有十分广阔的现实和潜在的市场需求,并具有十分重要的意义。传统的酒精气体检测仪因传感器性能、电路设计、数据处理算法等原因,存在着气体选择性不高、抗干扰性能差、智能化程度低、仪器操作复杂、无法实时保存和调看数据等突出问题[3-4]。鉴于此,笔者设计和研制了一种无线智能酒精浓度探测仪,弥补了传统酒精检测仪器的缺点和不足。

1 系统总体方案

该酒精浓度探测仪由发送端和接收端两部分组成,其原理框图分别如图1和图2所示。发送端主要包括酒精浓度传感器与A/D转换电路、STC90C52RC单片机、浓度阈值设置与声音报警电路、语音播报电路、LCD显示电路和无线收发电路六部分;接收端由无线收发电路、STC90C52RC单片机、数据接口通信电路和上位计算机组成。

2 系统硬件电路设计

传感器电路与A/D转换电路

TGS2620为日本费加罗(FIGARO)公司生产的一款可以探测气体中酒精浓度的半导体气体传感器,具有灵敏度高、功耗低、寿命长、成本低等特点[5-6]。其电路连接如图3所示,其中,RH为加热器电阻,室温下时为83±8 Ω;RS为传感器电阻,其阻值和还原性气体浓度之间的数学关系为:

通过检测VRL就可以确定出待测气体浓度C。

电路中运放OP07接成电压跟随器形式,对传感器和后级电路进行隔离,减小电源波动和外界因素对采样数据的影响。ICL7660是MAXIM公司生产的小功率极性反转电源转换器,作用是将+5 V电源变换成-5 V电源为OP07供电。其中,CC2采用漏电小、介质损耗低的10 μF钽电容,以提高电源转换效率。TLC1549是TI公司生产的10位分辨率逐次逼近型ADC芯片,具有自动采样和保持、可按比例量程校准转换范围、抗噪声干扰功能,在满刻度时总误差最大仅为±1 LSB。

LCD显示、阈值设置与声音报警电路

16×2个字符液晶显示模块DM-162显示报警阈值和酒精浓度值。为了减少单片机I/O口的使用数量和简化电路结构,采用间接控制(4位数据总线)方式,接口电路如图4上部分所示。初始化时,需写入28H指令码将8位总线转为4位数据接口方式。管脚BLA、BLK和VL分别是液晶背光源正极、负极和显示对比度调整端,RS、E分别是寄存器选择端、读/写信号线和使能端。

酒精浓度阈值设置和声音报警电路如图4下部分所示。当设置键S1按下时,进入阈值设置(初始阈值为500 ppm)界面,再按下键S2或S3,对阈值作增加或减小操作,步长为20 ppm。阈值设置好后写入STC90C52RC单片机片内5 KB EEPROM的第一扇区2000H和2001H地址中,使系统重启不必重新设置。若酒精浓度值大于阈值,将口线置为低电平,三极管8550驱动蜂鸣器发声音报警。

语音播报电路

采用华邦(Winbond)公司的ISD2560语音录放集成芯片作酒精浓度值播放,电路如图5所示。话筒采用差分形式接入到片内前置放大器的MIC端和MIC REF端,以抵消噪声和提高输入共模抑制比。扬声器接成双端输出形式,输出功率为单端用法时功率的4倍。单片机的P2口、和口线分别与地址线A0~A9相连,用来设定ISD2560片内480 KB EEPROM(地址为0H~257H)中存储语音段的起始地址,录音和放音功能均从该起始地址开始,录音过程中信息段地址自动增加。本系统在ISD2560中需录入语音信息有:“当前酒精浓度值为”、“零”、“一”、“二”、“三”、“四”、“五”、“六”、“七”、“八”、“九”、“十”、“百”、“千”、“点”、“ppm(浓度单位)”。由于ISD2560的语音录放时间为60 s,按每秒3个汉字计算,则可录放180个汉字,因此满足播报要求。此外,通过、和口线可以配置ISD2560的操作模式[7-8](地址为300H~3FFH)。口线分别用来控制语音芯片的片选、芯片的开关、录音/放音模式选择。口用来判断芯片的存储空间是否已经填满或者信息存储是否溢出。由于录音时在每个信息段结尾处自动插入标志,当放音遇到该标志时产生宽约为 ms的负脉冲。用口检测到此脉冲的上升沿后才播放另一段录音,避免语音播放不连续。

无线收发电路

系统采用NORDIC公司生产的工作于 5 GHz的ISM频段的单片无线收发器芯片nRF24L01完成无线数据的收发工作,nRF24L01的最高传输速率为2 Mb/s,电路如图6所示。稳压芯片 V将5 V输入电压转换成 V给nRF24L01供电。nRF24L01与单片机接口为四线SPI方式,CSN、SCK、MOSI、MISO管脚分别是SPI的片选使能线、时钟线、数据输入线、数据输出线。IRQ为中断信号线(低电平有效),接至单片机的外部中断管脚,单片机主要是通过该接口线与nRF24L01进行通信并判断数据接收和数据发送是否完成。CE为芯片的RX/TX模式选择线。IREF为参考电流输入端,通过22 kΩ电阻接地。管脚ANT1和ANT2给天线提供平衡的RF输出,通过后接的简单射频网络匹配电路获得单端50 Ω的阻抗输出。网络匹配电路在发送模式时阻止谐波,在接收模式时克制本地振荡漏出。VDD_PA管脚输出 V电压,给片内功率放大器提供电源。

数据接口通信电路

接收端的计算机与单片机间的通信由串行USB接口集成电路CH340T完成,如图7所示。CH340T支持或者通信,具有仿真接口,并且可以升级外围串口设备,支持常用的MODEM联络信号,支持IRDA规范的SIR红外通信,提供RS23RS48RS422接口等功能。CH340T内置有独立的收发缓冲区,支持通信波特率50 b/s~2 Mb/s的单工、半双工、全双工等异步串行通信。图7中,在CH340T芯片的发送脚TXD上反接一个二极管1N4001,防止该引脚将电流倒灌到单片机;在接收引脚RXD上加一个300 Ω的限流电阻来防止单片机对CH340T倒灌电流;从而避免电流倒灌导致不需要供电工作的另一方芯片继续工作。

3 系统软件设计

下位机软件设计

下位机的程序开发和调试是在Keil μVision4集成开发环境下进行的,包括发送端和接收端的软件设计。

发送端软件设计

发送端软件流程如图8所示。单片机上电后进行系统初始化,完成单片机内部系统变量的初始化以及TLC154DM-16ISD2560和nRF24L01等外部设备的初始设置;然后延时大约5 min,预热传感器TGS2620,保证传感器工作正常;程序初始化结束后,系统进入监控状态。若报警阈值设置键按下,进入报警限设置模式;若录音键按下,进入录音模式;然后启动A/D转换获取采样数据,作滤波处理、标度变换和系统误差校正后得到被测酒精浓度值。该值与报警阈值比较,若结果是“大于”或“等于”,启动蜂鸣器发声程序,作声音报警,提示酒精浓度超标;接着该值在DM-162液晶模块上实时显示;最后判断放音键是否按下。若按下则根据酒精浓度值查找ISD2560中对应语音信息的存储地址开始放音;放音结束后,该值由nRF24L01发送程序发送到接收端;待发送完成后,采集、显示和发送新一轮的酒精浓度数据。

发送端软件应用了防脉冲干扰平均滤波法[9]对A/D采样数据作预处理。其原理是:连续采样K次,然后对这K个采样数据进行比较,去除其中的最大值和最小值,计算剩下的K-2个数据的算术平均值作为采样有效值。该方法融合了中位值滤波法和算术平均滤波法的优点,既可去掉脉动性质的干扰,又可消除偶然出现的脉冲性干扰引起的采样值偏差。为加快计算速度,设计数字滤波器时K=10。

为了提高系统的实时性,软件中采用分段线性插值法[10-11]作标度变换。过程如下:(1)按传感器TGS2620的标定曲线,将该曲线进行非等距分段(曲率变化大(小)时,样点距离取小(大)),选取各分段点坐标(VRLi,Ci)(i=0,1,…,M),其中:VRLi和Ci分别为不同样点时传感器输出电压值和对应浓度值;(2)计算相邻样点间的拟合直线斜率ki=(Ci+1-Ci)/(VRLi+1-VRLi)(i=0,1,…,M-1);(3)将M组坐标数据(VRLi,Ci)和对应斜率ki存储于单片机片内EEPROM的第二扇区(地址为2200H~23FFH)中;(4)每采集到一个电压值VRL即查询EEPROM表,找出VRL所在区间(VRLi,Ci)~(VRLi+1,Ci+1),取出该区间(VRLi,Ci)和ki数据,用线性插值公式C=Ci+ki(VRL-VRLi)计算出当前酒精浓度值C。

将采集到的N个样本数据(xi,yi)代入式(5)中即得到系数a、b的值,并存入单片机的内存单元中。系统测量时,将标度变换后的酒精浓度测量值x代入误差校正方程y=ax+b中,即可得到校正后的酒精浓度值y,从而达到消除系统误差的目的。

接收端软件设计

接收端单片机的软件流程如图9所示。接收端开机上电后,程序初始化设置nRF24L01和串口,然后进入监控场景。当nRF24L01接收到一帧完整的酒精浓度数据后,立即通过串口发送到上位机。接收端单片机与PC之间数据交互采用异步通信模式。独立波特率,串口协议设置为:波特率9 600 b/s,8 bit数据位,1 bit停止位,无校验位。

上位机软件设计

上位机用户界面采用通用的基于对象的程序设计语言Microsoft Visual Basic 开发,实现酒精浓度数据的接收、显示和保存。软件用到了串行通信控件MSComm。MSComm控件是Microsoft公司提供的Windows下串行通信编程的ActiveX控件,通过对此控件的属性和事件进行相应的编程操作,即可轻松地实现串行通信。串口通信协议与接收端完全相同。上位机软件的程序流程如图10所示。

4 系统测试

为了检验本系统的测量性能,采用无水乙醇和纯净水按照一定体积比配制标准的酒精溶液作为被测量对象,测试结果如表1所示。其中:单位ppm=μg/mL表示1 mL酒精溶液中含酒精的质量。由测量结果可以看出,测试数据覆盖传感器的量程,测试最大相对误差小于±2%,优于同类设计产品[3-5]。

为了获得本仪器发送端与接收端的最大无错误率的通信距离,在室外进行了nRF24L01随距离的错误率(临界区间)测试实验,结果如表2所示。其中,每米的错误率是10次试验后计算得到的平均值。可见,nRF24L01的传输距离可达到100 m,略高于RFID、ZIGBEE和蓝牙等无线通信技术[12]。

5 主要技术指标

本仪器主要技术指标如下:(1)测量范围:50~5 000 ppm;(2)灵敏度(传感器电阻变化率):;(3)测量精度:≤±2%;(4)传输距离:≤100 m;(5)工作电源:DC+5 V;(6)工作环境温度:-40 ℃~+70 ℃;(7)工作环境相对湿度:0~85%RH。

6 结束语

本文设计研制了一种基于STC90C52RC单片机、TGS2620酒精传感器和nRF24L01无线通信芯片的酒精浓度探测仪。该仪器现已投入到成都市某小型酿酒厂酒池的实际生产中。现场工作情况表明:系统运行正常,工作可靠;系统具有气体选择性和灵敏度高、稳定性好、智能化程度高、通信距离远、功耗低、抗工业干扰能力强、性价比优异等优点。该仪器可以应用于食品加工行业、工矿企业、石油和化学工业、环境检测与保护、社会公用事业、高空作业人员、公安交通管理(如酒后驾车、交通警察执法)等需要现场检测或无线遥测酒精气体浓度的场合中,市场应用前景广阔、推广价值较高。

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胡仕兵,陈子为

(成都信息工程大学 电子工程学院,四川 成都610225)

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探究睡眠质量的影响因素及如何提高睡眠质量调查报告 一. 睡眠的重要性迄今, 科学家对睡眠的机制与睡眠缺乏的严重后果研究得很多, 他们发现,睡眠对于大脑的早期发育起着至关重要的作用。在大脑早期发育中, 大脑发生变化的能力即神经细胞的成长与相互之间联系的增强是十分重要的。 研究人员说, 这项研究提出了有力的证据, 表明睡眠的 功能之一就是巩固清醒时的经历对于大脑皮层可塑性的影响, 将记忆长期储存起来。细胞分裂多半是在人的睡眠中进行的。 一旦睡眠规律发生紊乱, 机体则很难控制住突变。 澳大利亚一研究学会提醒人们"不可过多沉湎于夜生活、 夜工作。 要调节休息睡眠, 积极治疗失眠。睡眠是身体的一种自疗过程, 美国医学教授威廉· 德门特就说: “睡眠是抵御疾病的第一道防线。 人在睡觉的时候, 身体会产生‘生长荷尔蒙’ , 这种荷尔蒙帮助身体修复一切受到破坏的细胞, 使人在第二天醒来后, 恢复焕发的精神和体力去面对新的一天。人的睡眠有4 个不同阶段, 1 个半小时循环一次。 第一二段是‘浅睡’ , 第三四段是‘沉睡’ 。 第4 个阶段又叫‘慢波睡眠’ , 人在这个阶段睡得最沉,也只有在睡得很沉的时候才会做梦, 而人的身体又恰恰是在“短波睡眠” 阶段才会产生“生长荷尔蒙” 。 睡眠可表现为慢波时相和快波时相。 慢波时相时, 脑垂体增加分泌生长素,促进身体生长和代谢, 使体力得到恢复, 故称之为"身体的睡眠"。 快波时相时,脑血流量增多, 脑耗氧量增大, 使脑力得到恢复, 故称之为"脑的睡眠"。 成年人 的睡眠, 首先进入慢波睡眠, 80~120 分钟后转入快波睡眠, 经过20~30 分钟后又转回慢波睡眠状态。 如果睡眠一夜周期正好反复四次, 清晨起床后, 人就感到清爽, 疲劳解除。 因此, 科学地安排睡眠十分重要。二. 影响睡眠质量的因素(1 ) 心理与睡眠心理因素影响睡眠, 很多有过失眠经历的人会同意这一点。 其实在失眠症的 各种原因中, 心理因素高居首位, 哪些和心理相关的因素在影响我们的睡眠呢? 最常引起失眠的就是我们负面情绪的影响, 过大的工作压力, 不良的人际 关系以及重大生活事件等等, 常常造成我们的情绪不稳定、 失落、 悲观、 恐慌, 情绪久久不能平静, 以致夜夜难眠。 反过来, 持续的睡眠不足又会加重不良情绪,如此恶性循环, 最终可能导致更为严重的心理疾患, 例如抑郁症。 失眠者对睡眠本身的错误认识也会加重失眠。 例如, 1 、 有人认为每天需睡 8 小时以上才行, 否则就是休息不好的表现; 2 、 睡觉做梦肯定是没睡好; 3 、 我必须控制好我的睡眠, 这很重要。 上述错误想法会直接导致失眠者对于睡眠 的过度关注, 进而引起对睡眠的恐惧和紧张, 从而导致真正意义上的失眠。 当出现失眠时, 很多人选择晚间早早上床看书, 看电视, 偶尔一晚的失眠希望通过第二天延长在床上的时间来弥补睡眠休息的质量。 可结果是辗转反侧,难以入眠, 越“睡” 越累。 诸如此类不当的睡眠习惯往往事与愿违, 无法给我们充足的睡眠, 却带来无尽的烦恼, 焦虑, 甚至导致失眠。(2) 饮食与睡眠从养生的角度来看, 饮食与睡眠有一定的关系。 要睡得好, 须注意饮食的内容、方式和习惯。(3) 运动与睡眠 1 运动很可能会影响体内多种激素的产生。 运动能产生内 啡肽, 内啡肽是一种比吗啡还强的镇静物质, 它可以产生催眠作用。 2 规律运动可以调节生物周期节律, 也就是所谓的生物钟, 这种影响与光线对睡眠的影响一样强烈。 3 运动会增加体温, 睡前做一些如快速散步之类的轻微运动, 可以促进体温升高。 散步会使身体微微出汗, 停止以后体温则开始下降, 睡觉前再洗个热水澡,人将很容易进入深度睡眠, 提高睡眠质量。 4 定期运动能使人心情愉快, 有助于缓解压力, 减少梦中惊醒, 减轻失眠症状。 5 运动对睡眠的影响还与运动量有关。 中等程度以下的运动能使人产生轻度的 疲劳感, 加快入睡时间, 并加深睡眠深度。 但研究显示, 在晚上不宜从事强度大的运动。(4) 其它 与光照有关的体温波动也影响人的生物节律。 当体温下降以后, 睡意随即来临。 体温调节失控时睡眠会民生紊乱。 睡前洗个澡, 可在睡前做20 分钟 的有氧运动, 临睡时体温会有所下降。三. 如何提高睡眠质量 (一) 心理方面 1. 改变对于睡眠的错误认知, 要知道入睡和睡眠时间均因人而异, 只要没有严重的睡眠不足感, 就无需为睡眠时间较短而担心; 梦是睡眠中的正常现象, 带给我们更多的是积极的意义, 而非不良影响; 至于主动控制睡眠的想法则没有必要, 要以听其自然的平和心态看待暂时的失眠, 以退为进, 解决问题。 2. 调整一下晚间和睡前不恰当的行为习惯, 如不饮易引起兴奋的饮料, 减少非睡眠性的卧床时间, 代之以强度适中的体力活动; 对于已经造成不良影响的睡眠习惯, 应在心理医生的指导下做必要的行为训练: 如 睡眠限制治疗、 刺激限制治疗等, 以期改变那些 非适应性的睡眠习惯。 3. 必要时寻求专业心理医生的帮助, 找出 造成失眠的心理因素, 用心理学的方法进行疏导治疗、 消除心理障碍, 增进心理适应能力, 重建心理平衔。 万不可长时间沉浸在不良情绪中而不自知。 要知道它所影响的何止是睡眠一点啊。 应该强调的是, 所有这些指导、 调整和治疗, 最终是要消除我们的困惑, 焦虑, 抑郁等不良心理反应, 正是它们在影响着我们的美梦。 一个平稳健康的心态自会带来令您满意的睡眠。(二) 饮食方面 1 . 生活中的饮食 丰盛油腻的晚餐会延长消化的时间, 从而导致夜里睡不好。 睡前吃含咖啡因 的饮料或食物会刺激神经系统, 振奋精神, 加快心跳和呼吸, 使血压升高, 且咖啡因有利尿作用, 晚间频上厕所亦不利于睡眠。 睡前喝酒也许可使你很快入睡,但酒精的作用将使你一直处于浅睡期而不能进入深睡期。 有些产气的食物使你的 肚子胀满了气, 令你不舒服, 亦不利于睡眠。 辛辣的食物会造成有些人胃部不适而干扰睡眠。 睡前不宜和太多水, 因为频繁地上厕所会导致睡眠质量降低。要有一个好的睡眠, 建议注意: 晚餐不宜吃得太多; 咖啡一天不宜超过两杯, 且避免在下午四点后饮用; 不要在睡前2 小时内饮酒; 细嚼慢咽, 晚餐少吃使腹部胀气的食物, 如马铃薯、 豆类、 面包、 香蕉、 玉米等; 晚餐少吃太咸太辛辣的食物; 睡前少吃富含酪胺的食物, 如热狗、 培根、 巧克力、 乳酪等; 睡前喝杯温牛奶可助眠, 并佐以低蛋白质的点心, 以避免半夜太饥饿而醒来。 2. 失眠的食疗方法 (1 )食醋一汤匙, 倒入一杯冷开水中饮之, 可以催眠入睡并睡得香甜。 (2)经常失眠者, 用莲子、 龙眼、 百合配秫米(粟米)熬粥, 有令人入睡的疗效。 (3)血虚失眠者, 可常服藕粉, 或用小火煨藕加蜂蜜适量吃; 也可用龙眼肉 1 0g, 红枣5 个去核, 蒸鸡蛋一个食用, 每日一次。 (4)心虚、 多汗、 失眠者, 用猪心一个切开, 装入党参、 当归各25g, 同蒸熟, 去药,吃猪心并喝汤, 有良效。 (5)因高血压而致的失眠者, 用芭蕉根50g, 猪瘦肉 1 00g, 同煮服用, 能催眠入睡。 (6)怔忡不安而失眠的病人, 取芭蕉根50g, 猪瘦肉 1 00g, 同煮服用, 能催眠入睡。 (7)神经衰弱的失眠患者, 可取莴笋浆液一汤匙, 溶于一杯水中。 由于这种乳白汁液具有镇静安神功能, 所以有一定的催眠疗效。 (8)临睡前吃苹果一个。 或在床头柜上放上一个剥开皮或切开的柑橘, 让失眠者吸闻其芳香气味, 可以镇静中枢神经, 帮助入睡。 (9)洋葱适量捣烂, 装入瓶内盖好, 临睡前放在枕边嗅闻其气, 一般在片刻之后便可入睡。 (三) 运动方面 1. 按摩摆动法: 由站立, 全身放松, 双手在体前有节律地上下摆动, 双腿带动身体进行有节律地抖动10 分钟左右。自我按摩: 和做眼保健操一样用手指推眼眶周围, 然后揉太阳穴以及眉心各2 分钟、 揉按颈椎两侧的下陷处3 分钟。 2. 加强锻炼运动时间最好选择在下午4~5 点或者早晨, 睡前不适宜做剧烈运动, 临睡前的 过量运动, 会令大脑兴奋, 不利于提高睡眠质量。 运动的方式依个人喜好和身体状况而定, 如跑步、 骑自行车、 打球、 跳绳等等形式, 但必须要持之以恒。 运动之前做几分钟准备活动, 运动时保持精神放松、 心情愉快, 运动后逐渐放松。 还可以做些轻柔的伸展运动和柔软体操, 或轻快地步行, 并且一边走一边摆动手臂。 对一般人而言, 适量的体育运动, 可以提高中枢神经系统的核心温度, 而使身体进入困倦的状态, 并能够促进大脑分泌抑制兴奋的物质, 促进深度睡眠, 迅速缓解疲劳, 从而使睡眠进入一个良性循环。 另外, 早上进行适度的运动也可改善睡眠质量。

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