Termômetro infravermelho para dormir: 5 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Portanto, este Lazy Old Geek (L. O. G.) comprou recentemente um módulo térmico infravermelho, MLX90614 de AliExpress.com. Veja fotos

Este é o mesmo tipo de sensor usado nos termômetros de testa e ouvido mostrados na terceira foto. Eles são chamados de sem contato porque o elemento sensor real realmente não entra em contato com a pele.

Eu queria tentar isso para medir a temperatura da minha pele quando durmo. Acho que o consenso geral é que a temperatura do seu corpo diminui quando você está dormindo e, em seguida, aumenta quando você acorda.

Aqui está um artigo interessante:

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

“Até atingir seu ponto mais baixo algumas horas antes de você acordar de manhã. “

“Uma vez que a temperatura é uma parte tão importante para determinar quando adormecemos, é interessante que durante o sono REM (movimento rápido dos olhos), as células reguladoras da temperatura do seu cérebro se desligam e permitem que a temperatura do seu corpo seja determinada pelo quão quente ou frio está o seu quarto.”

Aqui está outro:

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

“Do pico da temperatura corporal no início da noite até o ponto mais baixo pouco antes de acordar, você experimenta uma diminuição na temperatura corporal central de 2 graus Fahrenheit.

A temperatura do cérebro e do corpo cai durante o sono NREM. Quanto mais longo o episódio de sono NREM, mais a temperatura cai. Em contraste, a temperatura do cérebro aumenta durante o sono REM. O controle da temperatura corporal e cerebral está intimamente ligado à regulação do sono”.

Então, eu queria medir a temperatura do meu corpo durante a noite.

Etapa 1: projetar termômetro infravermelho

Meu projeto é usar um sensor de temperatura IR MLX90614 com um espaçador para que a distância da pele permaneça constante. Portanto, eu uso uma máscara CPAP para dormir e irei conectar o sensor IR a ela. (Você provavelmente poderia usar apenas uma faixa na cabeça). A localização ideal é (aparentemente) a artéria temporal, mas estou mais interessado na mudança de temperatura do que na temperatura real.

O sensor IR irá armazenar informações em intervalos fixos ao longo da noite (comecei com 30 segundos, mas agora estou usando 5 minutos). O MLX90614 também mede a temperatura ambiente do sensor.

Também usarei um sensor de temperatura / umidade DHT22 para monitorar as condições do ambiente. Os dados serão armazenados em um cartão microSD.

Um DS3231 RTC (Real Time Clock) manterá o controle do tempo.

INFORMAÇÃO DE DISPOSITIVO:

MLX90614 Sensor de temperatura IR

Tensão: 3V (também existe uma versão de 5V)

Interface: I2C (SCL / SDA)

Biblioteca Arduino: biblioteca Adafruit

Relógio de tempo real DS3231 RTC

Tensão: 3,3-5,5V

Interface: I2C (SCL / SDA)

Características: bateria de reserva

Biblioteca Arduino:

adaptador microSD

Tensão: 3,3 V (modificado)

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

Características: conversor de nível IC

Biblioteca Arduino: SPI

DHT22

Tensão: 3,3-6V

Interface: barramento digital de um fio

Recursos:

Biblioteca Arduino: adafruit / DHT-sensor-library

3,3 V Micro Pro Arduino

Tensão 3,3V

Características: Microcontrolador ATmega32U4

MODIFICAÇÃO: DS3231

O módulo AliExpress que comprei deve ser projetado para usar uma bateria recarregável, LIR2032. O circuito de carregamento não funciona. Eu tentei. Depois de cerca de um dia, a bateria acabou.

Bem, depois de algumas pesquisas na Internet, encontrei este artigo:

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

Eu concordo com esta análise, mas pensei que o LIR2032 cobraria adequadamente, mas não excessivamente. Eu estava errado. Meu DS3231, embora também marcado como ZS-042 no artigo, era um pouco diferente do seu, mas quase o mesmo. Então tirei a solda do diodo visto na foto e instalei uma bateria CR2032. Sem o diodo, o módulo não tentará carregar a bateria. Agora, o DS3231 mantém o tempo correto mesmo com a alimentação desligada e a bateria deve durar muitos anos.

MODIFICAÇÃO: Adaptador microSD

Comprei este adaptador microSD no AliExpress.com. Ele é projetado para funcionar com um microcontrolador de 5 V e ainda inclui um IC deslocador de nível. Para minha aplicação, estou usando alimentação de 3,3 V, portanto, coloquei em curto a entrada para a saída do regulador de tensão. (O deslocador de nível parece funcionar bem com sinais de 3,3 V). Eu marco as conversões de 3,3 V com esmalte amarelo. O esquema está anexado.

Etapa 2: Hardware

HARDWARE:

No momento, considero isso mais um estudo de viabilidade, então projetei o esquema e fiz o protótipo do circuito por esquema. A segunda imagem mostra as partes principais.

Etapa 3: IR e máscara

Para o sensor IR, MLX90614, construí um cabo de 4 fios para conectá-lo à placa de ensaio. Eu colei um espaçador a quente no sensor de infravermelho. O sensor está a cerca de 2 mm da borda do espaçador.

Coloquei um pedaço de velcro adesivo na parte de trás do sensor de infravermelho. Na lateral da minha máscara de CPAP, coloquei uma tira adesiva de velcro. Agora o sensor IR está preso no lugar com o Velcro. A máscara CPAP o mantém contra minha pele.

Para sua informação: Desde essas fotos, movi o sensor para o lado direito, já que geralmente fico deitado no meu lado esquerdo e era desconfortável.

Localização: o termômetro de testa, às vezes chamado de termômetro de artéria temporal, deve ser varrido na testa:

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

A imagem em anexo é desta página da web.

Agora estou supondo que meu sensor IR está mais na localização 12 ou 14, mas para meus propósitos, não me importo com a temperatura real. Estou mais interessado nas mudanças de temperatura ao longo do tempo, então a localização não deve ser crítica.

Etapa 4: Software Arduino

O sketch usa o DS3231 para contar as horas. O esboço tem uma hora de início (início da gravação), hora de parada e intervalo de gravação. Ele registra a data, hora (decimal), a temperatura DHT22, UR, a temperatura ambiente do MLX90614 e a temperatura IV em um arquivo CSV (valores separados por vírgula). (Eu uso o Microsoft Excel para ler este arquivo)

O horário de verão tem sido um problema para mim. Encontrei o seguinte por JChristensen:

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

github.com/JChristensen/Timezone

Para usar isso, primeiro você deve definir o RTC para UTC (Coordinated Universal Time), que é a hora de Greenwich, na Inglaterra. Bem, eu não sabia fazer isso, mas encontrei este artigo:

www.justavapor.com/archives/2482

Reescrito para o horário das montanhas (anexo) UTCtoRTC.ino

Isso define o DS3231 para o horário UTC 6 horas depois do horário das montanhas

Então, incorporei o fuso horário ao meu Sketch. Para ser honesto, eu não testei, apenas presumindo que funcione.

Configuração de software / hardware

Bibliotecas adicionais necessárias:

github.com/PaulStoffregen/DS1307RTC

github.com/JChristensen/Timezone

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

github.com/adafruit/DHT-sensor-library

Instale uma bateria CR2032 no DS3231 RTC. Conecte-se ao 3.3v Arduino Pro Micro.

Execute UTC para RTC.ino. Isso configura o DS3231 para UTC (Horário de Greenwich).

Formate um cartão microSD. Eu uso Windows, o formato é FAT32. Insira-o no adaptador de cartão microSD.

Configure e conecte o sensor IR.

Carregar esboço, Infrared.ino

Depois de uma noite, você pode remover o cartão microSD e conectá-lo a um PC.

O Night.csv pode ser aberto com o Excel (existe uma maneira de abri-lo com o Libre Office (gratuito))

Etapa 5: Teste e Conclusão

Li o cartão microSD com o MS Excel. Na planilha, faço outra coluna chamada Diferença que é o IRTemp -96. Isso mostra a variação de temperatura em torno de 96F. Em seguida, crio um gráfico usando a hora em decimal em comparação com a diferença. O gráfico mostra a mudança de temperatura ao longo da noite (não as temperaturas reais).

Para 18 de agosto, incluí o arquivo e o gráfico com meus comentários.

Alguns sugerem que a noite típica é quando a temperatura cai até algumas horas antes de acordar, quando começa a subir novamente. O gráfico parece seguir esse padrão.

O que acho mais interessante são os momentos em que começa a subir que pode realmente ser o sono REM. Eu tenho dados de sono da minha esteira de sono Withings para a mesma noite que dizem que eu estive em sono REM das 3h15 às 4h50. Isso corresponde de perto ao gráfico de IR quando aumentou ligeiramente. O Withing também mostra REM de 1:30 a 2, que não é tão largo quanto o IR mostra.

Advertência: isso não combina de forma alguma com meu Fitbit ou meu anel Go2Sleep.

Para agosto 19, incluí o gráfico com comentários. Esta foi uma noite incomum, pois eu estava com as janelas abertas, mas houve um incêndio violento a cerca de 10 milhas de distância, soprando fumaça e cinzas. Quando fui dormir, estava aquecido e não dormi muito bem.

CONCLUSÃO:

Portanto, minha configuração parece fazer o que eu queria.

Estou especialmente feliz em ver uma possível ligação entre a temperatura de IR e o sono REM e planejo fazer mais alguns testes.