Termómetro IR para dormir: 5 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Así que este Lazy Old Geek (L. O. G.) compró recientemente un módulo térmico IR, MLX90614 de AliExpress.com. Ver fotos

Este es el mismo tipo de sensor que se usa en los termómetros para la frente y los oídos que se muestran en la tercera imagen. Se les llama sin contacto porque el elemento sensor real no hace contacto con la piel.

Quería probar esto para medir la temperatura de mi piel cuando duermo. Creo que el consenso general es que la temperatura de tu cuerpo baja cuando duermes y luego sube cuando te despiertas.

Aquí hay un artículo interesante:

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

“Hasta que alcanza su punto más bajo un par de horas antes de que te despiertes por la mañana."

“Dado que la temperatura es una parte tan importante para determinar cuándo nos quedamos dormidos, es interesante que durante el sueño de movimientos oculares rápidos (REM), las células reguladoras de la temperatura de su cerebro se apaguen y permitan que la temperatura de su cuerpo sea determinada por la temperatura de su dormitorio.."

Aquí está otro:

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

“Desde su pico de temperatura corporal al atardecer hasta el punto más bajo justo antes de despertarse, experimenta una disminución en la temperatura corporal central de 2 grados Fahrenheit.

La temperatura tanto del cerebro como del cuerpo desciende durante el sueño NREM. Cuanto más prolongado es el episodio de sueño NREM, más baja la temperatura. Por el contrario, la temperatura del cerebro aumenta durante el sueño REM. El control de la temperatura corporal y cerebral está estrechamente relacionado con la regulación del sueño.

Así que quería medir la temperatura de mi cuerpo durante toda la noche.

Paso 1: Diseño del termómetro de infrarrojos

Mi diseño es usar un sensor de temperatura IR MLX90614 con un espaciador para que la distancia desde la piel se mantenga constante. Así que uso una máscara CPAP para dormir y le coloco el sensor de infrarrojos. (Probablemente podrías usar una diadema). La ubicación ideal es (aparentemente) la arteria temporal, pero estoy más interesado en el cambio de temperatura que en la temperatura real.

El sensor de infrarrojos almacenará información a intervalos fijos durante la noche (comencé con 30 segundos, pero ahora estoy usando 5 minutos). El MLX90614 también mide la temperatura ambiente del sensor.

También usaré un sensor de temperatura / humedad DHT22 para monitorear las condiciones ambientales de la habitación. Los datos se almacenarán en una tarjeta microSD.

Un DS3231 RTC (reloj en tiempo real) mantendrá un registro de la hora.

INFORMACIÓN DEL DISPOSITIVO:

Sensor de temperatura IR MLX90614

Voltaje: 3 V (también hay una versión de 5 V)

Interfaz: I2C (SCL / SDA)

Biblioteca Arduino: biblioteca Adafruit

Reloj en tiempo real DS3231 RTC

Voltaje: 3,3-5,5 V

Interfaz: I2C (SCL / SDA)

Características: batería de respaldo

Biblioteca Arduino:

adaptador microSD

Voltaje: 3,3 V (modificado)

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

Características: convertidor de nivel IC

Biblioteca Arduino: SPI

DHT22

Voltaje: 3,3-6 V

Interfaz: bus digital de un cable

Características:

Biblioteca de Arduino: adafruit / DHT-sensor-library

3.3V Micro Pro Arduino

Voltaje 3.3V

Características: microcontrolador ATmega32U4

MODIFICACIÓN: DS3231

Se supone que el módulo de AliExpress que compré está diseñado para usar una batería recargable, LIR2032. El circuito de carga no funciona. Lo probé. Después de aproximadamente un día, la batería se agotó.

Bueno, después de buscar en Internet, encontré este artículo:

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

Estoy de acuerdo con este análisis, pero pensé que el LIR2032 se cargaría adecuadamente pero no en exceso. Me equivoqué. Mi DS3231, aunque también marcado como ZS-042 como en el artículo, era ligeramente diferente al suyo, pero casi igual. Así que desolé el diodo que se ve en la imagen e instalé una batería CR2032. Sin el diodo, el módulo no intentará cargar la batería. Ahora el DS3231 mantiene la hora correcta incluso con la alimentación desconectada y la batería debería estar en buen estado durante muchos años.

MODIFICACIÓN: Adaptador microSD

Así que compré este adaptador microSD de AliExpress.com. Está diseñado para funcionar con un microcontrolador de 5 V e incluso incluye un IC de cambio de nivel. Para mi aplicación, estoy usando una potencia de 3.3V, así que corto la entrada a la salida del regulador de voltaje. (El cambiador de nivel parece funcionar bien con señales de 3.3V). Marco las conversiones de 3.3V con esmalte de uñas amarillo. Se adjunta el esquema.

Paso 2: hardware

HARDWARE:

En este momento considero que esto es más un estudio de viabilidad, así que diseñé el esquema y coloqué el circuito por esquema. La segunda imagen muestra las partes principales.

Paso 3: IR y máscara

Para el sensor de infrarrojos, MLX90614, construí un cable de 4 hilos para conectarlo a la placa de pruebas. Pegué un espaciador en caliente al sensor de infrarrojos. El sensor está a unos 2 mm del borde del espaciador.

Adjunté una pieza adhesiva de Velcro a la parte posterior del sensor de infrarrojos. En el costado de mi máscara de CPAP, coloqué una tira de velcro adhesiva de acoplamiento. Ahora el sensor de infrarrojos se mantiene en su lugar con el velcro. La mascarilla CPAP lo sostiene contra mi piel.

FYI: Desde estas fotos, moví el sensor hacia el lado derecho, ya que generalmente me acuesto sobre mi lado izquierdo y era incómodo.

Ubicación: Se supone que el termómetro de la frente, a veces llamado termómetro de la arteria temporal, se pasa por la frente:

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

La imagen adjunta es de esta página web.

Ahora supongo que mi sensor de infrarrojos está más en la ubicación 12 o 14, pero para mis propósitos no me importa realmente la temperatura. Me interesan principalmente los cambios de temperatura a lo largo del tiempo, por lo que la ubicación no debería ser crítica.

Paso 4: software Arduino

El boceto usa el DS3231 para decir la hora. El boceto tiene una hora de inicio (inicio de la grabación), una hora de finalización y un intervalo de grabación. Registra la fecha, hora (decimal), la temperatura DHT22, RH, la temperatura ambiente MLX90614 y la temperatura IR en un archivo CSV (valores separados por comas). (Yo uso Microsoft Excel para leer este archivo)

El horario de verano ha sido un problema para mí. Me encontré con lo siguiente de JChristensen:

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

github.com/JChristensen/Timezone

Para usar esto, primero debe configurar el RTC en UTC (Hora universal coordinada), esta es la hora en Greenwich, Inglaterra. Bueno, no sabía cómo hacer eso, pero encontré este artículo:

www.justavapor.com/archives/2482

Reescribirlo para la hora de la montaña (adjunto) UTCtoRTC.ino

Esto establece DS3231 a la hora UTC 6 horas más tarde que la hora de la montaña

Luego incorporé la zona horaria en mi Sketch. Para ser honesto, no lo he probado, así que supongo que funciona.

Configuración de software / hardware

Bibliotecas adicionales necesarias:

github.com/PaulStoffregen/DS1307RTC

github.com/JChristensen/Timezone

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

github.com/adafruit/DHT-sensor-library

Instale una batería CR2032 en el DS3231 RTC. Conéctese al Arduino Pro Micro de 3.3v.

Ejecute UTC en RTC.ino. Esto establece el DS3231 en UTC (hora media de Greenwich).

Formatee una tarjeta microSD. Yo uso Windows, el formato es FAT32. Insértelo en el adaptador de tarjeta microSD.

Configure y conecte el sensor de infrarrojos.

Cargar croquis, Infrared.ino

Después de una noche, puede quitar la tarjeta microSD y conectarla a una PC.

El Night.csv se puede abrir con Excel (hay una manera de abrirlo con Libre Office (gratis))

Paso 5: prueba y conclusión

Leí la tarjeta microSD con MS Excel. En la hoja de cálculo, hago otra columna llamada Diferencia que es el IRTemp -96. Esto muestra la variación de temperatura alrededor de 96F. Luego creo un gráfico usando la Hora en decimal en comparación con la Diferencia. El gráfico muestra el cambio de temperatura durante la noche (no las temperaturas reales).

Para el 18 de agosto, incluí el archivo y el cuadro con mis comentarios.

Algunos sugieren que la noche típica es cuando la temperatura desciende hasta un par de horas antes de despertarse cuando comienza a subir nuevamente. El gráfico parece seguir ese patrón.

Lo que encuentro más interesante son los momentos en que comienza a subir que en realidad pueden ser sueño REM. Tengo datos de sueño de mi colchoneta Withings para la misma noche que dicen que estuve en sueño REM de 3:15 a 4:50 am. Esto se corresponde estrechamente con el gráfico de infrarrojos cuando subió ligeramente. El Withing también muestra REM de 1:30 a 2, que no es tan ancho como muestra IR.

Advertencia: esto no concuerda en absoluto con mi Fitbit o mi anillo Go2Sleep.

Para el 19 de agosto, incluí el cuadro con comentarios. Esta fue una noche inusual ya que tenía las ventanas abiertas, pero hubo un incendio forestal a unas 10 millas de distancia que soplaba en humo y cenizas. Cuando me fui a dormir, estaba en el lado cálido y no dormí muy bien.

CONCLUSIÓN:

Entonces mi configuración parece hacer lo que yo quería que hiciera.

Estoy especialmente feliz de ver un posible vínculo entre la temperatura IR y el sueño REM y planeo hacer algunas pruebas adicionales.