Termòmetre IR per dormir: 5 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

Per tant, aquest Lazy Old Geek (L. O. G.) va comprar recentment un mòdul tèrmic IR, MLX90614, a AliExpress.com. Veure imatges

Aquest és el mateix tipus de sensor que s’utilitza en els termòmetres per al front i l’oïda que es mostren a la tercera imatge. Es diuen sense contacte perquè l’element del sensor real no entra en contacte amb la pell.

Volia provar això per mesurar la temperatura de la meva pell quan dormo. Crec que el consens general és que la temperatura corporal baixa quan dorms i després augmenta quan et lleves.

Aquí hi ha un article interessant:

www.sleep.org/does-your-body-temperature-c…

“Fins que arribi al punt més baix unes hores abans de despertar-se al matí."

“Atès que la temperatura és una part tan important per determinar quan ens adormim, és interessant que durant el son ràpid del moviment ocular (REM), les cèl·lules reguladores de la temperatura del cervell s’apaguin i deixin la temperatura corporal determinada per la temperatura o la calor del vostre dormitori..

Aquí en teniu un altre:

www.tuck.com/thermoregulation/#:~:text=Wha…

“Des del punt màxim de temperatura corporal a primera hora del vespre fins al punt més baix just abans de despertar-vos, experimentareu una disminució de la temperatura corporal central de 2 graus Fahrenheit.

La temperatura del cervell i del cos disminueix durant el son NREM. Com més llarg és l’episodi de son NREM, més baixa la temperatura. Per contra, la temperatura cerebral augmenta durant el son REM. El control de la temperatura corporal i cerebral està estretament lligat a la regulació del son.

Així que volia mesurar la temperatura corporal durant tota la nit.

Pas 1: dissenyar el termòmetre IR

El meu disseny és utilitzar un sensor de temperatura IR MLX90614 amb un espaiador perquè la distància de la pell es mantingui constant. Així que porto una màscara CPAP per dormir i hi connectaré el sensor IR. (Probablement només podeu utilitzar una diadema). La ubicació ideal és (aparentment) l'artèria temporal, però m'interessa més el canvi de temperatura que la temperatura real.

El sensor IR emmagatzemarà informació a intervals fixos durant tota la nit (vaig començar amb 30 segons, però ara faig servir 5 minuts). El MLX90614 també mesura la temperatura ambient del sensor.

També utilitzaré un sensor de temperatura / humitat DHT22 per controlar les condicions ambientals de l’habitació. Les dades s’emmagatzemaran en una targeta microSD.

Un DS3231 RTC (Real Time Clock) farà un seguiment del temps.

INFORMACIÓ DEL DISPOSITIU:

MLX90614 Sensor de temperatura IR

Voltatge: 3V (també hi ha una versió de 5V)

Interfície: I2C (SCL / SDA)

Biblioteca Arduino: biblioteca Adafruit

Rellotge en temps real DS3231 RTC

Voltatge: 3,3-5,5 V.

Interfície: I2C (SCL / SDA)

Característiques: còpia de seguretat de la bateria

Biblioteca Arduino:

adaptador microSD

Voltatge: 3,3 V (modificat)

Interfície: SPI (SCK / MISO / MOSI / CS)

Característiques: convertidor de nivell IC

Biblioteca Arduino: SPI

DHT22

Voltatge: 3,3-6V

Interfície: bus digital d'un cable

Característiques:

Biblioteca Arduino: adafruit / DHT-sensor-library

Arduino Micro Pro de 3,3 V

Voltatge 3,3V

Característiques: microcontrolador ATmega32U4

MODIFICACIÓ: DS3231

Se suposa que el mòdul AliExpress que he comprat està dissenyat per utilitzar una bateria recarregable, LIR2032. El circuit de càrrega no funciona. Ho vaig provar. Al cap d’un dia aproximadament, la bateria s’havia esgotat.

Després d’haver buscat a Internet, he trobat aquest article:

www.onetransistor.eu/2019/07/zs042-ds3231-…

Estic d'acord amb aquesta anàlisi, però vaig pensar que el LIR2032 es carregaria de manera adequada però no excessiva. Estava equivocat. El meu DS3231, encara que també es va marcar com ZS-042, ja que a l'article era lleugerament diferent al seu, però gairebé el mateix. Per tant, vaig desoldar el díode que es veia a la imatge i vaig instal·lar una bateria CR2032. Sense el díode, el mòdul no intentarà carregar la bateria. Ara el DS3231 manté el moment correcte fins i tot amb l’alimentació desconnectada i la bateria hauria de ser bona durant molts anys.

MODIFICACIÓ: adaptador microSD

Així que vaig comprar aquest adaptador microSD a AliExpress.com. Està dissenyat per funcionar amb un microcontrolador de 5V i inclou fins i tot un CI de canvi de nivell. Per a la meva aplicació estic utilitzant una potència de 3,3 V, de manera que vaig reduir l’entrada a la sortida del regulador de voltatge. (El canvi de nivell sembla funcionar bé amb senyals de 3,3 V). Marco conversions de 3,3V amb esmalt d’ungles groc. S'adjunta l'esquema.

Pas 2: maquinari

HARDWARE:

Ara mateix considero això més com un estudi de viabilitat, de manera que vaig dissenyar l’esquema i vaig presentar el circuit per esquema. La segona imatge mostra les parts principals.

Pas 3: IR i màscara

Per al sensor IR, MLX90614, he construït un cable de 4 cables per connectar-lo a la placa de control. Vaig enganxar un espaiador al sensor IR. El sensor es troba a uns 2 mm de la vora de l’espaiador.

He fixat una peça adhesiva de velcro a la part posterior del sensor IR. Al costat de la meva màscara CPAP he adjuntat una cinta adhesiva de velcro. Ara el sensor IR es manté al seu lloc amb el velcro. La màscara CPAP la manté contra la meva pell.

FYI: Des d'aquestes imatges, vaig moure el sensor cap al costat dret, ja que generalment estic al meu costat esquerre i era incòmode.

Localització: se suposa que el termòmetre del front, de vegades anomenat termòmetre de l’artèria temporal, s’escampa pel front:

www.researchgate.net/figure/Scanning-the-t…

La imatge adjunta prové d'aquesta pàgina web.

Ara suposo que el meu sensor IR es troba més a la ubicació 12 o 14, però als meus propòsits no em preocupa la temperatura. M’interessen sobretot els canvis de temperatura al llarg del temps, de manera que la ubicació no hauria de ser crítica.

Pas 4: programari Arduino

L'esbós utilitza el DS3231 per indicar l'hora. L’esbós té una hora d’inici (inici de gravació), una hora d’aturada i un interval de gravació. Enregistra la data, hora (decimal), la temperatura DHT22, RH, la temperatura ambiental MLX90614 i la temperatura IR a un fitxer CSV (valor separat per comes). (Faig servir Microsoft Excel per llegir aquest fitxer)

L’horari d’estiu ha estat un problema per a mi. JChristensen em vaig trobar amb el següent:

forum.arduino.cc/index.php?topic=96891.0

github.com/JChristensen/Timezone

Per fer-ho, primer heu d’establir el RTC a UTC (Temps Universal Coordinat), que és a Greenwich, Anglaterra. Bé, no sabia com fer-ho, però he trobat aquest article:

www.justavapor.com/archives/2482

Torneu-lo a escriure per a l'hora de la muntanya (adjunt) UTCtoRTC.ino

Això defineix DS3231 com a hora UTC 6 hores més tard que l'hora de muntanya

Després vaig incorporar la zona horària al meu esbós. Per ser sincer, no ho he provat tan sols assumint que funciona.

Configuració de programari / maquinari

Es necessiten biblioteques addicionals:

github.com/PaulStoffregen/DS1307RTC

github.com/JChristensen/Timezone

github.com/adafruit/Adafruit-MLX90614-Libr…

github.com/adafruit/DHT-sensor-library

Instal·leu una bateria CR2032 al DS3231 RTC. Connecteu-vos a l’Arduino Pro Micro de 3,3 v.

Executeu UTC a RTC.ino. Això defineix el DS3231 a UTC (hora mitjana de Greenwich).

Formateu una targeta microSD. Faig servir Windows, el format és FAT32. Inseriu-lo a l'adaptador de la targeta microSD.

Configureu i connecteu el sensor IR.

Carrega l'esbós, Infrared.ino

Després d’una nit, podeu treure la targeta microSD i connectar-la a un PC.

El Night.csv es pot obrir amb Excel (hi ha una manera d'obrir-lo amb Libre Office (gratuït))

Pas 5: proves i conclusions

He llegit la targeta microSD amb MS Excel. Al full de càlcul, faig una altra columna anomenada Difference que és l’IRTemp -96. Això mostra la variació de temperatura al voltant dels 96F. A continuació, creo un gràfic amb l’hora en decimal en comparació amb la diferència. El gràfic mostra el canvi de temperatura al llarg de la nit (no les temperatures reals).

Per al 18 d'agost, he inclòs el fitxer i el gràfic amb els meus comentaris.

Alguns suggereixen que la nit típica és quan la temperatura baixa fins a un parell d’hores abans de despertar-se quan torna a pujar. Sembla que el gràfic segueix aquest patró.

El que trobo més interessant és el moment en què comença a pujar i que pot ser en realitat un son REM. Tinc dades de son de la meva estora de son Withings per a la mateixa nit que diu que estava en son REM de 3:15 a 4:50 am. Això correspon estretament al gràfic IR quan va augmentar lleugerament. El Withing també mostra REM des de la 1:30 fins a la 2, que no és tan ampli com mostra IR.

Advertència: això no coincideix en absolut amb el meu Fitbit o el meu anell Go2Sleep.

Per al 19 d'agost, vaig incloure el gràfic amb comentaris. Va ser una nit inusual, ja que tenia les finestres obertes, però hi havia un foc salvatge a uns 15 quilòmetres que bufava fum i cendra. Quan vaig anar a dormir, estava al costat càlid i no dormia molt bé.

CONCLUSIÓ:

Per tant, la meva configuració sembla fer el que jo volia.

Estic especialment content de veure un possible vincle entre la temperatura IR i el son REM i planejo fer algunes proves posteriors.