疲劳是人们日常工作和学习中经常出现的亚健康状态,伴随着交感神经激活状态和副交感神经抑制状态。在强压力工作环境下,人体长期处于疲劳状态容易引发各种身心疾病。用小睡来缓解日常疲劳是常见的疲劳主动干预方式。然而,不同质量小睡具有不同的疲劳缓解效果,其中的自主神经机制少有文献报道。因此,本文设计了三种不同的小睡环境,采集了不同睡眠质量的心电数据,进而分析了心跳节律中反映出的自主神经活动信息,最终获得了不同睡眠质量下的自主神经恢复模式,并利用该模式设计出了一种小睡智能生物闹钟系统。通过准确的入睡检测来控制有效睡眠时间,从而实现小睡时间和质量管理的双向优化。具体的研究内容和结果如下:(1)设计了有轻快背景音乐、有悠扬背景音乐和安静环境三种不同条件下小睡缓解疲劳的心电信号采集方案。实验招募了31名被试人员,完成了278次午睡实验,共采集了278条有效的心电数据记录。用疲劳感知自评量表对疲劳程度进行了主观定量评价。(2)从主观评价、生理参数、任务效果三个方面对比了三种不同环境下小睡缓解疲劳的效果。在安静环境下休息20分钟,被试者的疲劳感均有明显改善,精神状态明显恢复;悠扬背景音乐下休息的疲劳恢复效果不如前者;轻快背景音乐下休息的疲劳恢复效果最差。(3)设计了一种智能生物闹钟系统,并完成了相应的算法及系统GUI界面设计。该系统适用于午睡或小憩的自动闹醒,通过检测自主神经恢复程度来实现准确的入睡时间点定位,从而实现有效睡眠时间的控制。在实际场景中验证了上述智能生物闹钟系统的有效性,入睡时间点检测结果与被试者报告的睡眠潜伏期相关系数为0.9284,闭眼睡眠状态检测的击中率为90.48%,虚报率为0。入睡后的经验叫醒时间为20分钟,疲劳缓解的用户满意度为90%。本文的研究结果表明,安静环境下小睡是缓解日常疲劳最有效的方法。在白天的易疲劳时间内,安静环境下闭眼睡眠20分钟能有效的降低日常疲劳程度,其自主神经机制为:小睡过程中,交感神经活动减弱,副交感神经活动加强,这与疲劳的自主神经活动模式恰好相反,从而使自主神经活动重新恢复平衡。本文中设计的两种自主神经恢复指标很好地描述了小睡过程中的自主神经恢复模式,将其应用于小睡时间管理和质量控制等方面,对促进大众健康具有实际应用价值。