IR-thermometer voor slaap: 5 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:14

Dus deze Lazy Old Geek (L. O. G.) kocht onlangs een IR thermische module, MLX90614 van AliExpress.com. Zie foto's

Dit is hetzelfde type sensor dat wordt gebruikt in die voorhoofd- en oorthermometers die op de derde afbeelding worden getoond. Ze worden contactloos genoemd omdat het eigenlijke sensorelement niet echt contact maakt met de huid.

Ik wilde dit proberen om mijn huidtemperatuur te meten als ik slaap. Ik denk dat de algemene consensus is dat je lichaamstemperatuur daalt als je slaapt, en stijgt als je wakker wordt.

Hier is een interessant artikel:

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

“totdat het een paar uur voordat je 's ochtends wakker wordt het laagste punt bereikt. “

Omdat temperatuur zo'n belangrijk onderdeel is van het bepalen wanneer we in slaap vallen, is het interessant dat tijdens de REM-slaap (Rapid Eye Movement) de temperatuurregulerende cellen van je hersenen uitschakelen en je lichaamstemperatuur laten bepalen door hoe warm of koel je slaapkamer is..”

Hier is nog een:

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

Vanaf je piek in lichaamstemperatuur in de vroege avond tot het laagste punt net voor het wakker worden, ervaar je een afname van de lichaamstemperatuur van 2 graden Fahrenheit.

De temperatuur van zowel de hersenen als het lichaam daalt tijdens de NREM-slaap. Hoe langer de NREM-slaapperiode, hoe meer de temperatuur daalt. Daarentegen stijgt de hersentemperatuur tijdens de REM-slaap. De controle van de lichaams- en hersentemperatuur is nauw verbonden met de slaapregulatie.”

Dus ik wilde de hele nacht mijn lichaamstemperatuur meten.

Stap 1: Ontwerp IR-thermometer

Mijn ontwerp is om een MLX90614 IR-temperatuursensor te gebruiken met een afstandhouder zodat de afstand tot de huid constant blijft. Dus ik draag een CPAP-masker om te slapen en zal de IR-sensor eraan bevestigen. (Je zou waarschijnlijk gewoon een hoofdband kunnen gebruiken). De ideale locatie is (blijkbaar) de temporale slagader, maar ik ben meer geïnteresseerd in temperatuurverandering dan in de werkelijke temperatuur.

De IR-sensor slaat de hele nacht op vaste intervallen informatie op (ik begon met 30 seconden, maar gebruik nu 5 minuten). De MLX90614 meet ook de omgevingstemperatuur van de sensor.

Ik zal ook een DHT22 temperatuur-/vochtigheidssensor gebruiken om de omgevingscondities in de kamer te bewaken. De gegevens worden opgeslagen op een microSD-kaart.

Een DS3231 RTC (Real Time Clock) houdt de tijd bij.

APPARAAT INFORMATIE:

MLX90614 IR-temperatuursensor

Spanning: 3V (Er is ook een 5V-versie)

Interface: I2C (SCL/SDA)

Arduino-bibliotheek: Adafruit-bibliotheek

DS3231 RTC realtime klok

Spanning: 3.3-5.5V

Interface: I2C (SCL/SDA)

Functies: batterij back-up

Arduino-bibliotheek:

microSD-adapter

Spanning: 3.3V (aangepast)

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

Kenmerken: niveau-omzetter IC

Arduino-bibliotheek: SPI

DHT22

Spanning: 3.3-6V

Interface: digitale eendraadsbus

Functies:

Arduino-bibliotheek: adafruit/DHT-sensor-bibliotheek

3.3V Micro Pro Arduino

Spanning 3.3V

Kenmerken: ATmega32U4-microcontroller

WIJZIGING: DS3231

De AliExpress-module die ik heb gekocht, zou ontworpen moeten zijn om een oplaadbare batterij, LIR2032, te gebruiken. Het laadcircuit werkt niet. Ik probeerde het uit. Na ongeveer een dag was de batterij leeg.

Na wat zoeken op internet kwam ik dit artikel tegen:

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

Ik ben het eens met deze analyse, maar dacht dat de LIR2032 voldoende maar niet overdreven zou opladen. Ik had het fout. Mijn DS3231, hoewel ook gemarkeerd als ZS-042 zoals in het artikel, was iets anders dan de zijne, maar bijna hetzelfde. Dus heb ik de diode op de foto losgesoldeerd en een CR2032-batterij geïnstalleerd. Zonder de diode zal de module niet proberen de batterij op te laden. Nu houdt de DS3231 de juiste tijd, zelfs als de stroom is losgekoppeld, en de batterij zou vele jaren mee moeten gaan.

WIJZIGING: microSD-adapter

Dus kocht ik deze microSD-adapter van AliExpress.com. Het is ontworpen om te werken met een 5V-microcontroller en bevat zelfs een niveauverschuiver-IC. Voor mijn toepassing gebruik ik 3.3V stroom, dus ik heb de ingang kortgesloten naar de uitgang van de spanningsregelaar. (De niveauverschuiver lijkt goed te werken met 3.3V-signalen). Ik markeer 3.3V-conversies met gele nagellak. Schema is bijgevoegd.

Stap 2: Hardware

HARDWARE:

Op dit moment beschouw ik dit meer als een haalbaarheidsstudie, dus ik ontwierp het schema en breadboard het circuit per schema. De tweede foto toont de belangrijkste onderdelen.

Stap 3: IR en masker

Voor de IR-sensor, MLX90614, heb ik een 4-aderige kabel gebouwd om deze op het breadboard aan te sluiten. Ik heb een afstandhouder op de IR-sensor gelijmd. De sensor bevindt zich ongeveer 2 mm van de rand van de afstandhouder.

Ik heb een zelfklevend stuk klittenband aan de achterkant van de IR-sensor bevestigd. Aan de zijkant van mijn CPAP-masker heb ik een bijpassende klittenbandstrook bevestigd. Nu wordt de IR-sensor op zijn plaats gehouden met het klittenband. Het CPAP-masker houdt het tegen mijn huid.

Ter info: sinds deze foto's heb ik de sensor naar de rechterkant verplaatst, omdat ik over het algemeen op mijn linkerkant lig en het ongemakkelijk was.

Locatie: De voorhoofdthermometer, ook wel temporale slagaderthermometer genoemd, wordt verondersteld over het voorhoofd te worden geveegd:

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

De bijgevoegde foto komt van deze webpagina.

Nu vermoed ik dat mijn IR-sensor zich meer op locatie 12 of 14 bevindt, maar voor mijn doeleinden kan de werkelijke temperatuur me niet schelen. Ik ben vooral geïnteresseerd in temperatuurveranderingen in de loop van de tijd, dus de locatie zou niet kritisch moeten zijn.

Stap 4: Arduino-software

De schets gebruikt de DS3231 om de tijd te vertellen. De schets heeft een starttijd (startopname), stoptijd en opname-interval. Het registreert de datum, het uur (decimaal), de DHT22-temperatuur, RV, de MLX90614 omgevingstemperatuur en IR-temperatuur naar een CSV-bestand (komma gescheiden waarde). (Ik gebruik Microsoft Excel om dit bestand te lezen)

Zomertijd is een probleem voor mij. Ik kwam het volgende tegen van JChristensen:

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

github.com/JChristensen/Timezone

Om hiervan gebruik te maken moet je eerst de RTC op UTC (Coordinated Universal Time) zetten, dit is tijd in Greenwich, Engeland. Nou, ik wist niet hoe ik dat moest doen, maar vond dit artikel:

www.justavapor.com/archives/2482

Herschreef het voor Mountain time (bijgevoegd) UTCtoRTC.ino

Dit stelt DS3231 in op UTC-tijd 6 uur later dan Mountain-tijd

Vervolgens heb ik de tijdzone opgenomen in mijn Sketch. Om eerlijk te zijn, heb ik het niet uitgeprobeerd, dus ga er maar vanuit dat het werkt.

Software/Harware-installatie

Extra bibliotheken nodig:

github.com/PaulStoffregen/DS1307RTC

github.com/JChristensen/Timezone

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

github.com/adafruit/DHT-sensor-library

Installeer een CR2032-batterij in de DS3231 RTC. Maak verbinding met de 3.3v Arduino Pro Micro.

Voer UTC uit naar RTC.ino. Dit stelt de DS3231 in op UTC (Greenwich Mean Time).

Formatteer een microSD-kaart. Ik gebruik Windows, het formaat is FAT32. Plaats deze in de microSD-kaartadapter.

Stel de IR-sensor in en sluit deze aan.

Laadschets, Infrared.ino

Na een nacht kunt u de microSD-kaart verwijderen en in een pc steken.

De Night.csv kan worden geopend met Excel (er is een manier om het te openen met Libre Office (gratis))

Stap 5: Testen en conclusie

Ik lees de microSD-kaart met MS Excel. In de spreadsheet maak ik een andere kolom met de naam Difference, de IRTemp -96. Dit toont de variatie in temperatuur rond 96F. Vervolgens maak ik een grafiek met behulp van het uur in decimaal in vergelijking met het verschil. De grafiek toont de temperatuurverandering gedurende de nacht (niet de werkelijke temperaturen).

Voor 18 aug heb ik het bestand en de grafiek bij mijn opmerkingen gevoegd.

Sommigen suggereren dat de typische nacht is wanneer de temperatuur daalt tot een paar uur voordat ze wakker worden wanneer het weer begint te stijgen. De grafiek lijkt dat patroon te volgen.

Wat ik interessanter vind, zijn de momenten waarop het begint te klimmen, dat kan eigenlijk de REM-slaap zijn. Ik heb slaapgegevens van mijn Withings-slaapmat voor dezelfde nacht die zegt dat ik in de REM-slaap was van 03:15 tot 04:50 uur. Dit komt nauw overeen met de IR-grafiek toen deze iets steeg. De Withing toont ook REM van 1:30 tot 2, wat niet zo breed is als IR-shows.

Waarschuwing: dit komt helemaal niet overeen met mijn Fitbit of mijn Go2Sleep-ring.

Voor 19 augustus heb ik de grafiek met opmerkingen toegevoegd. Dit was een ongewone nacht omdat ik mijn ramen open had staan, maar er was een wild vuur op ongeveer 10 mijl afstand en blies rook en as in. Toen ik ging slapen, was ik aan de warme kant en sliep niet erg goed.

CONCLUSIE:

Dus mijn setup lijkt te doen wat ik wilde dat het deed.

Ik ben vooral blij om een mogelijk verband te zien tussen IR-temperatuur en REM-slaap en ben van plan wat verdere tests uit te voeren.