Termometr na podczerwień do snu: 5 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

Tak więc ten Lazy Old Geek (L. O. G.) niedawno kupił moduł termiczny IR, MLX90614 od AliExpress.com. Zobacz obrazki

Jest to ten sam typ czujnika, który jest używany w termometrach do czoła i uszu pokazanych na trzecim zdjęciu. Nazywa się je bezkontaktowymi, ponieważ rzeczywisty element czujnika tak naprawdę nie styka się ze skórą.

Chciałem to wypróbować, aby zmierzyć temperaturę mojej skóry, kiedy śpię. Myślę, że panuje ogólna zgoda, że temperatura ciała spada, gdy śpisz, a następnie podnosi się, gdy się budzisz.

Oto ciekawy artykuł:

www.sleep.org/czy-twoje-cialo-temperatura-c…

„aż osiągnie najniższy punkt na kilka godzin przed przebudzeniem się rano. “

„Ponieważ temperatura jest tak ważną częścią określania, kiedy zasypiamy, interesujące jest, że podczas snu z szybkimi ruchami gałek ocznych (REM) komórki regulujące temperaturę w mózgu wyłączają się i pozwalają określić temperaturę ciała na podstawie tego, jak ciepła lub chłodna jest twoja sypialnia.”.

Oto kolejny:

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

„Od szczytowej temperatury ciała wczesnym wieczorem do najniższego punktu tuż przed przebudzeniem, odczuwasz spadek temperatury ciała o 2 stopnie Fahrenheita.

Temperatura zarówno mózgu, jak i ciała spada podczas snu NREM. Im dłuższy epizod snu NREM, tym bardziej temperatura spada. Natomiast temperatura mózgu wzrasta podczas snu REM. Kontrola temperatury ciała i mózgu jest ściśle powiązana z regulacją snu”.

Więc chciałem mierzyć temperaturę mojego ciała przez całą noc.

Krok 1: Zaprojektuj termometr na podczerwień

Mój projekt polega na użyciu czujnika temperatury na podczerwień MLX90614 z przekładką, aby odległość od skóry była stała. Noszę więc maskę CPAP do snu i podpinam do niej czujnik IR. (Prawdopodobnie możesz po prostu użyć opaski na głowę). Idealną lokalizacją jest (podobno) tętnica skroniowa, ale bardziej interesuje mnie zmiana temperatury niż rzeczywista temperatura.

Czujnik podczerwieni będzie przechowywać informacje w stałych odstępach czasu przez całą noc (zacząłem od 30 sekund, ale teraz używam 5 minut). MLX90614 mierzy również temperaturę otoczenia czujnika.

Wykorzystam również czujnik temperatury/wilgotności DHT22 do monitorowania warunków panujących w pomieszczeniu. Dane zostaną zapisane na karcie microSD.

DS3231 RTC (zegar czasu rzeczywistego) będzie śledzić czas.

INFORMACJE O URZĄDZENIU:

Czujnik temperatury na podczerwień MLX90614

Napięcie: 3 V (istnieje również wersja 5 V)

Interfejs: I2C (SCL/SDA)

Biblioteka Arduino: biblioteka Adafruit

DS3231 Zegar czasu rzeczywistego RTC

Napięcie: 3,3-5,5 V

Interfejs: I2C (SCL/SDA)

Funkcje: podtrzymanie bateryjne

Biblioteka Arduino:

adapter microSD

Napięcie: 3,3 V (zmodyfikowane)

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

Cechy: konwerter poziomu IC

Biblioteka Arduino: SPI

DHT22

Napięcie: 3,3-6 V

Interfejs: cyfrowa magistrala jednoprzewodowa

Cechy:

Biblioteka Arduino: adafruit/DHT-sensor-library

3.3V Micro Pro Arduino

Napięcie 3,3 V

Cechy: mikrokontroler ATmega32U4

MODYFIKACJA: DS3231

Zakupiony przeze mnie moduł AliExpress ma być przystosowany do pracy z akumulatorem LIR2032. Obwód ładowania nie działa. Wypróbowałem to. Po około dniu bateria była wyczerpana.

Po kilku poszukiwaniach w Internecie znalazłem ten artykuł:

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

Zgadzam się z tą analizą, ale uważam, że LIR2032 ładuje się odpowiednio, ale nie nadmiernie. Myliłem się. Mój DS3231 choć również oznaczony jako ZS-042 jak w artykule był nieco inny niż jego, ale prawie taki sam. Odlutowałem więc diodę widoczną na zdjęciu i zainstalowałem baterię CR2032. Bez diody moduł nie będzie próbował ładować akumulatora. Teraz DS3231 utrzymuje prawidłowy czas nawet przy odłączonym zasilaniu, a bateria powinna działać przez wiele lat.

MODYFIKACJA: Adapter microSD

Więc kupiłem ten adapter microSD z AliExpress.com. Został zaprojektowany do pracy z mikrokontrolerem 5 V, a nawet zawiera układ scalony z przesuwnikiem poziomu. Do mojej aplikacji używam zasilania 3,3V więc zwarłem wejście do wyjścia regulatora napięcia. (Zmiana poziomu wydaje się działać dobrze z sygnałami 3,3 V). Konwersje 3.3V zaznaczam żółtym lakierem do paznokci. Schemat w załączeniu.

Krok 2: Sprzęt

SPRZĘT KOMPUTEROWY:

W tej chwili uważam to za bardziej studium wykonalności, więc zaprojektowałem schemat i umieściłem obwód według schematu. Drugie zdjęcie przedstawia główne części.

Krok 3: IR i maska

Dla czujnika IR, MLX90614, zbudowałem 4-żyłowy kabel do podłączenia go do płytki stykowej. Do czujnika IR przykleiłem na gorąco przekładkę. Czujnik znajduje się około 2mm od krawędzi podkładki.

Z tyłu czujnika IR przykleiłem samoprzylepny rzep. Z boku mojej maski CPAP przymocowałem pasujący pasek samoprzylepny na rzep. Teraz czujnik IR jest utrzymywany na miejscu za pomocą rzepa. Maska CPAP trzyma ją na mojej skórze.

FYI: Od tych zdjęć przeniosłem czujnik na prawą stronę, bo generalnie leżę na lewym boku i było mi niewygodnie.

Lokalizacja: termometr czołowy, czasami nazywany termometrem tętnicy skroniowej, powinien być przesuwany po czole:

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

Załączony obrazek pochodzi z tej strony.

Teraz zgaduję, że mój czujnik podczerwieni znajduje się bardziej w lokalizacji 12 lub 14, ale dla moich celów nie obchodzi mnie aktualna temperatura. Najbardziej interesują mnie zmiany temperatury w czasie, więc lokalizacja nie powinna być krytyczna.

Krok 4: Oprogramowanie Arduino

Szkic używa DS3231 do określania czasu. Szkic ma czas rozpoczęcia (rozpoczęcia nagrywania), czas zakończenia i interwał nagrywania. Zapisuje datę, godzinę (dziesiętnie), temperaturę DHT22, wilgotność względną, temperaturę otoczenia MLX90614 i temperaturę IR do pliku CSV (wartość oddzielona przecinkami). (Do odczytu tego pliku używam programu Microsoft Excel)

Czas letni był dla mnie problemem. Natknąłem się na następujące przez JChristensena:

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

github.com/JChristensen/Strefa czasowa

Aby z tego skorzystać, musisz najpierw ustawić RTC na UTC (uniwersalny czas koordynowany), czyli czas w Greenwich w Anglii. Cóż, nie wiedziałem, jak to zrobić, ale znalazłem ten artykuł:

www.justavapor.com/archives/2482

Przepisałem go na czas górski (w załączeniu) UTCtoRTC.ino

To ustawia DS3231 na czas UTC 6 godzin później niż czas górski

Następnie włączyłem strefę czasową do mojego szkicu. Szczerze mówiąc, nie testowałem tego, więc zakładając, że to działa.

Konfiguracja oprogramowania/sprzętu

Potrzebne dodatkowe biblioteki:

github.com/PaulStoffregen/DS1307RTC

github.com/JChristensen/Strefa czasowa

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

github.com/adafruit/DHT-sensor-library

Zainstaluj baterię CR2032 w DS3231 RTC. Podłącz do Arduino Pro Micro 3,3 V.

Uruchom UTC do RTC.ino. To ustawia DS3231 na UTC (Greenwich Mean Time).

Sformatuj kartę microSD. Używam systemu Windows, format to FAT32. Włóż go do adaptera karty microSD.

Skonfiguruj i podłącz czujnik podczerwieni.

Załaduj szkic, Infrared.ino

Po nocy możesz wyjąć kartę microSD i podłączyć ją do komputera.

Plik Night.csv można otworzyć w Excelu (istnieje sposób, aby otworzyć go za pomocą Libre Office (za darmo))

Krok 5: Testowanie i wnioski

Czytałem kartę microSD za pomocą MS Excel. W arkuszu kalkulacyjnym tworzę kolejną kolumnę o nazwie Różnica, która jest IRTemp -96. To pokazuje zmianę temperatury około 96F. Następnie tworzę wykres, używając godziny dziesiętnej w porównaniu z różnicą. Wykres pokazuje zmiany temperatury w ciągu nocy (nie rzeczywiste temperatury).

Dla sierpnia 18 dołączyłem plik i wykres z moimi komentarzami.

Niektórzy sugerują, że typowa noc jest wtedy, gdy temperatura spada do kilku godzin, zanim obudzi się, gdy zacznie ponownie rosnąć. Wykres wydaje się podążać za tym wzorem.

Bardziej interesujące są dla mnie czasy, w których zaczyna się wspinać, które mogą być w rzeczywistości snem REM. Mam dane dotyczące snu z mojej maty do spania Withings z tej samej nocy, która mówi, że byłam we śnie REM od 3:15 do 4:50 rano. Odpowiada to ściśle wykresowi w podczerwieni, gdy nieznacznie wzrósł. The Withing pokazuje również REM od 1:30 do 2, który nie jest tak szeroki, jak pokazy IR.

Zastrzeżenie: To zupełnie nie zgadza się z moim Fitbit lub moim pierścieniem Go2Sleep.

Do 19 sierpnia dołączyłem wykres z komentarzami. To była niezwykła noc, ponieważ miałem otwarte okna, ale około 10 mil dalej wybuchł pożar, dym i popiół. Kiedy kładłem się spać, byłem po ciepłej stronie i nie spałem zbyt dobrze.

WNIOSEK:

Więc moja konfiguracja wydaje się robić to, co chciałem.

Szczególnie cieszę się, że widzę możliwy związek między temperaturą IR a snem REM i planuję przeprowadzić dalsze testy.