Termometro IR per dormire: 5 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:00

Quindi questo Lazy Old Geek (L. O. G.) ha recentemente acquistato un modulo termico IR, MLX90614 da AliExpress.com. Guarda le foto

Questo è lo stesso tipo di sensore utilizzato in quei termometri frontali e auricolari mostrati nella terza immagine. Sono chiamati senza contatto perché l'elemento sensore effettivo non entra in contatto con la pelle.

Volevo provare questo per misurare la temperatura della mia pelle quando dormo. Penso che il consenso generale sia che la temperatura corporea scenda quando dormi, per poi salire al risveglio.

Ecco un articolo interessante:

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

“fino a quando non raggiunge il punto più basso un paio d'ore prima che ti svegli al mattino. “

Dal momento che la temperatura è una parte così importante nel determinare quando ci addormentiamo, è interessante che durante il sonno REM (Movimento rapido degli occhi) le cellule che regolano la temperatura del cervello si spengano e lascino che la temperatura corporea sia determinata da quanto è calda o fresca la tua camera da letto..”

Eccone un altro:

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

“Dal picco della temperatura corporea in prima serata al punto più basso appena prima del risveglio, si verifica una diminuzione della temperatura corporea interna di 2 gradi Fahrenheit.

La temperatura sia del cervello che del corpo diminuisce durante il sonno NREM. Più lungo è l'episodio di sonno NREM, più la temperatura scende. Al contrario, la temperatura del cervello aumenta durante il sonno REM. Il controllo della temperatura corporea e cerebrale è strettamente legato alla regolazione del sonno”.

Quindi volevo misurare la mia temperatura corporea per tutta la notte.

Passaggio 1: progettare il termometro IR

Il mio progetto consiste nell'utilizzare un sensore di temperatura IR MLX90614 con un distanziatore in modo che la distanza dalla pelle rimanga costante. Quindi indosso una maschera CPAP per dormire e vi collegherò il sensore IR. (Probabilmente potresti usare solo una fascia). La posizione ideale è (apparentemente) l'arteria temporale, ma sono più interessato al cambiamento di temperatura piuttosto che alla temperatura effettiva.

Il sensore IR memorizzerà le informazioni a intervalli fissi per tutta la notte (ho iniziato con 30 secondi, ma ora sto usando 5 minuti). L'MLX90614 misura anche la temperatura ambiente del sensore.

Userò anche un sensore di temperatura/umidità DHT22 per monitorare le condizioni ambientali della stanza. I dati verranno memorizzati su una scheda microSD.

Un RTC (Real Time Clock) DS3231 terrà traccia dell'ora.

INFORMAZIONI SUL DISPOSITIVO:

Sensore di temperatura IR MLX90614

Voltaggio: 3V (c'è anche una versione 5V)

Interfaccia: I2C (SCL/SDA)

Libreria Arduino: libreria Adafruit

Orologio in tempo reale DS3231 RTC

Tensione: 3,3-5,5 V

Interfaccia: I2C (SCL/SDA)

Caratteristiche: batteria di riserva

Libreria Arduino:

adattatore microSD

Voltaggio: 3,3 V (modificato)

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

Caratteristiche: convertitore di livello IC

Libreria Arduino: SPI

DHT22

Tensione: 3,3-6 V

Interfaccia: bus digitale a un filo

Caratteristiche:

Libreria Arduino: libreria adafruit/DHT-sensor

3.3V Micro Pro Arduino

Tensione 3,3 V

Caratteristiche: microcontrollore ATmega32U4

MODIFICA: DS3231

Il modulo AliExpress che ho acquistato dovrebbe essere progettato per utilizzare una batteria ricaricabile, LIR2032. Il circuito di ricarica non funziona. L'ho provato. Dopo circa un giorno la batteria era scarica.

Ebbene, dopo un po' di ricerche su Internet, ho trovato questo articolo:

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

Sono d'accordo con questa analisi, ma ho pensato che LIR2032 si sarebbe addebitato adeguatamente ma non eccessivamente. Mi sbagliavo. Il mio DS3231 anche se contrassegnato come ZS-042 come nell'articolo era leggermente diverso dal suo ma quasi lo stesso. Quindi ho dissaldato il diodo visto in foto e installato una batteria CR2032. Senza il diodo il modulo non proverà a caricare la batteria. Ora il DS3231 mantiene l'ora corretta anche con l'alimentazione scollegata e la batteria dovrebbe essere buona per molti anni.

MODIFICA: adattatore microSD

Così ho comprato questo adattatore microSD da AliExpress.com. È progettato per funzionare con un microcontrollore da 5 V e include anche un IC per il cambio di livello. Per la mia applicazione sto usando una potenza di 3,3 V, quindi ho cortocircuitato l'ingresso con l'uscita del regolatore di tensione. (Il cambio di livello sembra funzionare bene con segnali a 3,3 V). Contrassegno le conversioni a 3,3 V con smalto giallo. In allegato lo schema.

Passaggio 2: hardware

HARDWARE:

In questo momento lo considero più uno studio di fattibilità, quindi ho progettato lo schema e ho creato il circuito per schema. La seconda immagine mostra le parti principali.

Passaggio 3: IR e maschera

Per il sensore IR, MLX90614, ho costruito un cavo a 4 fili per collegarlo alla breadboard. Ho incollato a caldo un distanziatore al sensore IR. Il sensore è a circa 2 mm dal bordo del distanziale.

Ho attaccato un pezzo di velcro adesivo sul retro del sensore IR. Sul lato della mia maschera CPAP ho attaccato una striscia di velcro adesiva di accoppiamento. Ora il sensore IR è tenuto in posizione con il velcro. La maschera CPAP lo tiene sulla mia pelle.

Cordiali saluti: da queste immagini, ho spostato il sensore sul lato destro, poiché generalmente mi sdraio sul lato sinistro ed era scomodo.

Posizione: il termometro frontale, a volte chiamato termometro dell'arteria temporale, dovrebbe essere passato sulla fronte:

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

L'immagine allegata proviene da questa pagina web.

Ora immagino che il mio sensore IR sia più nella posizione 12 o 14, ma per i miei scopi non mi interessa la temperatura effettiva. Sono principalmente interessato ai cambiamenti di temperatura nel tempo, quindi la posizione non dovrebbe essere critica.

Passaggio 4: software Arduino

Lo schizzo utilizza il DS3231 per indicare l'ora. Lo schizzo ha un'ora di inizio (inizio registrazione), un'ora di fine e un intervallo di registrazione. Registra la data, l'ora (decimale), la temperatura DHT22, RH, la temperatura ambiente MLX90614 e la temperatura IR in un file CSV (valori separati da virgola). (Uso Microsoft Excel per leggere questo file)

L'ora legale è stata un problema per me. Mi sono imbattuto in quanto segue di JChristensen:

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

github.com/JChristensen/Timezone

Per usarlo, devi prima impostare l'RTC su UTC (Coordinated Universal Time), questa è l'ora di Greenwich, in Inghilterra. Beh, non sapevo come farlo, ma ho trovato questo articolo:

www.justavapor.com/archives/2482

Riscritto per Mountain time (allegato) UTCtoRTC.ino

Questo imposta DS3231 sull'ora UTC 6 ore dopo l'ora della montagna

Quindi ho incorporato il fuso orario nel mio Sketch. Ad essere onesti, non l'ho testato, quindi presumo che funzioni.

Configurazione software/hardware

Biblioteche aggiuntive necessarie:

github.com/PaulStoffregen/DS1307RTC

github.com/JChristensen/Timezone

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

github.com/adafruit/DHT-sensor-library

Installare una batteria CR2032 nell'RTC DS3231. Collegati all'Arduino Pro Micro da 3,3 V.

Esegui UTC su RTC.ino. Questo imposta il DS3231 su UTC (Greenwich Mean Time).

Formatta una scheda microSD. Uso Windows, il formato è FAT32. Inserirlo nell'adattatore per schede microSD.

Configurare e collegare il sensore IR.

Carica schizzo, Infrared.ino

Dopo una notte, puoi rimuovere la scheda microSD e collegarla a un PC.

Il Night.csv può essere aperto con Excel (c'è un modo per aprirlo con Libre Office (gratuito))

Passaggio 5: test e conclusione

Ho letto la scheda microSD con MS Excel. Nel foglio di calcolo, creo un'altra colonna chiamata Differenza che è IRTemp -96. Questo mostra la variazione di temperatura intorno a 96F. Quindi creo un grafico utilizzando l'Ora in decimale rispetto alla Differenza. Il grafico mostra la variazione di temperatura durante la notte (non le temperature effettive).

Per il 18 agosto, ho incluso il file e il grafico con i miei commenti.

Alcuni suggeriscono che la notte tipica è quando la temperatura scende fino a un paio d'ore prima di svegliarsi quando inizia a salire di nuovo. Il grafico sembra seguire questo schema.

Quello che trovo più interessante sono i momenti in cui inizia a salire che potrebbe effettivamente essere il sonno REM. Ho i dati del sonno dal mio materassino Withings per la stessa notte che dicono che ero in fase di sonno REM dalle 3:15 alle 4:50. Ciò corrisponde strettamente al grafico IR quando è leggermente aumentato. Il Withing mostra anche REM da 1:30 a 2 che non è così ampio come mostra IR.

Avvertenza: questo non è affatto d'accordo con il mio Fitbit o il mio anello Go2Sleep.

Per il 19 agosto, ho incluso il grafico con i commenti. Questa è stata una notte insolita perché avevo le finestre aperte ma c'era un incendio selvaggio a circa 10 miglia di distanza che soffiava in fumo e cenere. Quando sono andato a dormire, ero sul lato caldo e non ho dormito molto bene.

CONCLUSIONE:

Quindi la mia configurazione sembra fare quello che volevo che facesse.

Sono particolarmente felice di vedere un possibile collegamento tra la temperatura IR e il sonno REM e ho intenzione di eseguire ulteriori test.