ИК-термометр для сна: 5 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:48

Итак, этот Lazy Old Geek (L. O. G.) недавно приобрел инфракрасный тепловой модуль MLX90614 на AliExpress.com. Смотреть фотографии

Это тот же тип датчика, который используется в лобных и ушных термометрах, показанных на третьем рисунке. Их называют бесконтактными, потому что на самом деле сенсорный элемент не контактирует с кожей.

Я хотел попробовать это, чтобы измерить температуру моей кожи, когда я сплю. Я думаю, что общее мнение таково, что температура вашего тела понижается, когда вы спите, и повышается, когда вы просыпаетесь.

Вот интересная статья:

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

«До тех пор, пока он не достигнет самой низкой точки за пару часов до того, как вы проснетесь утром. «

«Поскольку температура является такой важной частью определения того, когда мы засыпаем, интересно, что во время сна с быстрым движением глаз (REM) терморегулирующие клетки вашего мозга отключаются, и температура вашего тела определяется тем, насколько тепло или прохладно в вашей спальне.. »

Вот еще один:

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

«От пика температуры тела ранним вечером до самой низкой точки перед пробуждением вы испытываете снижение внутренней температуры тела на 2 градуса по Фаренгейту.

Во время медленного сна температура мозга и тела падает. Чем дольше период медленного сна, тем сильнее падает температура. Напротив, температура мозга повышается во время быстрого сна. Контроль температуры тела и мозга тесно связан с регулированием сна ».

Поэтому я хотел измерять температуру своего тела в течение ночи.

Шаг 1: разработка ИК-термометра

Моя конструкция заключается в использовании инфракрасного датчика температуры MLX90614 с прокладкой, чтобы расстояние от кожи оставалось постоянным. Поэтому я ношу маску CPAP во время сна и прикрепляю к ней ИК-датчик. (Возможно, вы могли бы просто использовать повязку на голову). Идеальное место (по-видимому) - височная артерия, но меня больше интересует изменение температуры, чем фактическая температура.

Инфракрасный датчик будет хранить информацию с фиксированными интервалами в течение ночи (я начал с 30 секунд, но теперь использую 5 минут). MLX90614 также измеряет температуру окружающей среды датчика.

Я также буду использовать датчик температуры / влажности DHT22 для контроля условий окружающей среды в помещении. Данные будут храниться на карте microSD.

DS3231 RTC (часы реального времени) отслеживает время.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ УСТРОЙСТВЕ:

MLX90614 ИК датчик температуры

Напряжение: 3 В (также есть версия 5 В)

Интерфейс: I2C (SCL / SDA)

Библиотека Arduino: библиотека Adafruit

DS3231 Часы реального времени RTC

Напряжение: 3,3-5,5 В

Интерфейс: I2C (SCL / SDA)

Особенности: резервная батарея

Библиотека Arduino:

адаптер microSD

Напряжение: 3,3 В (модифицированное)

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

Особенности: преобразователь уровня IC

Библиотека Arduino: SPI

DHT22

Напряжение: 3,3-6 В

Интерфейс: цифровая однопроводная шина

Функции:

Библиотека Arduino: adafruit / DHT-сенсорная библиотека

3.3 В Micro Pro Arduino

Напряжение 3,3 В

Особенности: микроконтроллер ATmega32U4

МОДИФИКАЦИЯ: DS3231

Купленный мной модуль AliExpress должен быть разработан для использования перезаряжаемой батареи LIR2032. Схема зарядки не работает. Я попробовал. Примерно через день разрядился аккумулятор.

После некоторого поиска в Интернете я нашел эту статью:

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

Я согласен с этим анализом, но думал, что LIR2032 будет заряжаться адекватно, но не чрезмерно. Я был неправ. Мой DS3231, хотя и отмечен как ZS-042, как в статье, немного отличался от его, но почти такой же. Итак, я распаял диод, показанный на картинке, и установил батарею CR2032. Без диода модуль не будет пытаться заряжать аккумулятор. Теперь DS3231 показывает правильное время даже при отключенном питании, а батарея должна прослужить много лет.

МОДИФИКАЦИЯ: Адаптер microSD

Итак, я купил этот адаптер microSD на AliExpress.com. Он разработан для работы с микроконтроллером на 5 В и даже включает в себя микросхему переключателя уровня. Для моего приложения я использую питание 3,3 В, поэтому я закоротил вход на выход регулятора напряжения. (Сдвигатель уровня работает нормально с сигналами 3,3 В). Я помечаю преобразование 3,3 В желтым лаком для ногтей. Схема прилагается.

Шаг 2: Оборудование

АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ:

Сейчас я считаю это скорее технико-экономическим обоснованием, поэтому я спроектировал схему и наклеил ее на схему. На втором рисунке показаны основные части.

Шаг 3: ИК и маска

Для ИК-датчика MLX90614 я сделал 4-жильный кабель, чтобы подключить его к макетной плате. Я приклеил прокладку к ИК-датчику горячим клеем. Датчик находится примерно в 2 мм от края прокладки.

Я прикрепил липкую липучку к задней части ИК-датчика. На стороне моей маски CPAP я прикрепил стыковочную липкую ленту на липучке. Теперь ИК-датчик удерживается на липучке. Маска CPAP удерживает его на моей коже.

К вашему сведению: после этих снимков я переместил датчик на правую сторону, так как я обычно лежал на левом боку, и это было неудобно.

Местоположение: Лобный термометр, иногда называемый термометром височной артерии, следует проводить по лбу:

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

Прилагаемое изображение взято с этой веб-страницы.

Теперь я предполагаю, что мой ИК-датчик находится в точках 12 или 14, но для моих целей меня не волнует фактическая температура. Меня больше всего интересуют изменения температуры во времени, поэтому местоположение не должно иметь решающего значения.

Шаг 4: программное обеспечение Arduino

В эскизе для определения времени используется DS3231. У эскиза есть время начала (начало записи), время остановки и интервал записи. Он записывает дату, час (десятичное число), температуру DHT22, относительную влажность, температуру окружающей среды MLX90614 и ИК-температуру в файл CSV (значения, разделенные запятыми). (Я использую Microsoft Excel для чтения этого файла)

Для меня переход на летнее время был проблемой. Я наткнулся на следующее от JChristensen:

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

github.com/JChristensen/Timezone

Чтобы использовать это, вы сначала должны установить RTC на UTC (всемирное координированное время), это время в Гринвиче, Англия. Ну, я не знал, как это сделать, но нашел эту статью:

www.justavapor.com/archives/2482

Переписал на Горное время (прилагается) UTCtoRTC.ino

Это устанавливает для DS3231 время UTC на 6 часов позже, чем время в горах.

Затем я включил часовой пояс в свой Sketch. Честно говоря, я не тестировал это, поэтому просто предполагаю, что это работает.

Программное обеспечение / Настройка оборудования

Необходимы дополнительные библиотеки:

github.com/PaulStoffregen/DS1307RTC

github.com/JChristensen/Timezone

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

github.com/adafruit/DHT-sensor-library

Установите батарею CR2032 в DS3231 RTC. Подключитесь к 3.3v Arduino Pro Micro.

Запустите UTC на RTC.ino. Это устанавливает для DS3231 значение UTC (среднее время по Гринвичу).

Отформатируйте карту microSD. Я использую Windows, формат - FAT32. Вставьте его в адаптер карты microSD.

Настройте и подключите ИК-датчик.

Загрузить эскиз, Infrared.ino

Через ночь вы можете извлечь карту microSD и подключить ее к ПК.

Night.csv можно открыть с помощью Excel (есть способ открыть его с помощью Libre Office (бесплатно))

Шаг 5: Тестирование и заключение

Я читал карту microSD с помощью MS Excel. В таблице я создаю еще один столбец под названием «Разница» - IRTemp -96. Это показывает изменение температуры около 96F. Затем я создаю диаграмму, используя Час в десятичном формате по сравнению с Разницей. График показывает изменение температуры в течение ночи (но не фактические температуры).

18 августа я приложил файл и диаграмму с моими комментариями.

Некоторые предполагают, что типичная ночь - это когда температура снижается за пару часов до пробуждения, когда она снова начинает подниматься. График, кажется, следует этой схеме.

Что мне кажется более интересным, так это моменты, когда он начинает подниматься, что на самом деле может быть быстрым сном. У меня есть данные о сне из коврика для сна Withings за ту же ночь, в которых говорится, что я находился в фазе быстрого сна с 3:15 до 4:50. Это близко соответствует ИК-графику, когда он немного вырос. Withing также показывает REM от 1:30 до 2, что не так широко, как показывает IR.

Предостережение: это совершенно не согласуется с моим Fitbit или моим кольцом Go2Sleep.

На 19 августа я приложил график с комментариями. Это была необычная ночь, так как у меня были открыты окна, но примерно в 10 милях от меня был лесной пожар, уносящий дым и пепел. Когда я пошел спать, мне было тепло, и я плохо спал.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ:

Итак, моя установка, кажется, делает то, что я хотел.

Я особенно рад видеть возможную связь между температурой ИК-излучения и быстрым сном и планирую провести дополнительное тестирование.