IR-Thermometer für den Schlaf - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:15

Also hat dieser Lazy Old Geek (L. O. G.) vor kurzem ein IR-Thermomodul, MLX90614, von AliExpress.com gekauft. Siehe Bilder

Dies ist der gleiche Sensortyp, der in den im dritten Bild gezeigten Stirn- und Ohrthermometern verwendet wird. Sie werden als berührungslos bezeichnet, weil das eigentliche Sensorelement die Haut nicht wirklich berührt.

Ich wollte das ausprobieren, um meine Hauttemperatur beim Schlafen zu messen. Ich denke, der allgemeine Konsens ist, dass deine Körpertemperatur sinkt, wenn du schläfst, und dann steigt, wenn du aufwachst.

Hier ist ein interessanter Artikel:

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

„Bis es ein paar Stunden vor dem Aufwachen am Morgen seinen Tiefpunkt erreicht. “

„Da die Temperatur ein so wichtiger Teil des Einschlafens ist, ist es interessant, dass während des Rapid Eye Movement (REM)-Schlafes die temperaturregulierenden Zellen Ihres Gehirns abschalten und Ihre Körpertemperatur davon bestimmt wird, wie warm oder kühl Ihr Schlafzimmer ist.“

Hier ist ein anderes:

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

„Von Ihrem Höchststand der Körpertemperatur am frühen Abend bis zum niedrigsten Punkt kurz vor dem Aufwachen erleben Sie eine Abnahme der Körperkerntemperatur um 2 Grad Fahrenheit.

Die Temperatur des Gehirns und des Körpers sinkt während des NREM-Schlafs. Je länger die NREM-Schlafepisode, desto mehr sinkt die Temperatur. Im Gegensatz dazu steigt die Gehirntemperatur während des REM-Schlafs. Die Kontrolle der Körper- und Gehirntemperatur ist eng mit der Schlafregulation verbunden.“

Also wollte ich die ganze Nacht meine Körpertemperatur messen.

Schritt 1: Design IR-Thermometer

Mein Design ist es, einen MLX90614 IR-Temperatursensor mit einem Abstandshalter zu verwenden, damit der Abstand zur Haut konstant bleibt. Also trage ich zum Schlafen eine CPAP-Maske und werde den IR-Sensor daran befestigen. (Sie könnten wahrscheinlich nur ein Stirnband verwenden). Der ideale Ort ist (anscheinend) die Schläfenarterie, aber ich interessiere mich mehr für die Temperaturänderung als für die tatsächliche Temperatur.

Der IR-Sensor speichert während der Nacht in festen Intervallen Informationen (ich habe mit 30 Sekunden angefangen, aber jetzt benutze ich 5 Minuten). Der MLX90614 misst auch die Umgebungstemperatur des Sensors.

Ich werde auch einen DHT22 Temperatur- / Feuchtigkeitssensor verwenden, um die Umgebungsbedingungen im Raum zu überwachen. Die Daten werden auf einer microSD-Karte gespeichert.

Eine DS3231 RTC (Real Time Clock) verfolgt die Zeit.

GERÄTEINFORMATION:

MLX90614 IR-Temperatursensor

Spannung: 3V (Es gibt auch eine 5V-Version)

Schnittstelle: I2C (SCL/SDA)

Arduino-Bibliothek: Adafruit-Bibliothek

DS3231 RTC-Echtzeituhr

Spannung: 3.3-5.5V

Schnittstelle: I2C (SCL/SDA)

Eigenschaften: Batterie-Backup

Arduino-Bibliothek:

microSD-Adapter

Spannung: 3.3V (modifiziert)

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

Features: Pegelwandler IC

Arduino-Bibliothek: SPI

DHT22

Spannung: 3,3-6V

Schnittstelle: digitaler Eindrahtbus

Merkmale:

Arduino-Bibliothek: adafruit/DHT-Sensor-Bibliothek

3.3V Micro Pro Arduino

Spannung 3.3V

Eigenschaften: Mikrocontroller ATmega32U4

ÄNDERUNG: DS3231

Das von mir gekaufte AliExpress-Modul soll für die Verwendung eines wiederaufladbaren Akkus, LIR2032, ausgelegt sein. Die Ladeschaltung funktioniert nicht. Ich habe es ausprobiert. Nach etwa einem Tag war die Batterie leer.

Nach einiger Recherche im Internet bin ich auf diesen Artikel gestoßen:

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

Ich stimme dieser Analyse zu, dachte aber, dass der LIR2032 angemessen, aber nicht übermäßig aufgeladen würde. Ich lag falsch. Mein DS3231 war zwar auch wie im Artikel als ZS-042 gekennzeichnet, war etwas anders als seins, aber fast gleich. Also habe ich die im Bild zu sehende Diode abgelötet und eine CR2032-Batterie eingebaut. Ohne die Diode versucht das Modul nicht, die Batterie zu laden. Jetzt hält der DS3231 auch bei abgeschaltetem Strom die korrekte Uhrzeit und die Batterie sollte viele Jahre halten.

ÄNDERUNG: microSD-Adapter

Also kaufte ich diesen microSD-Adapter von AliExpress.com. Es ist für den Betrieb mit einem 5-V-Mikrocontroller ausgelegt und enthält sogar einen Level-Shifter-IC. Für meine Anwendung verwende ich 3,3 V Strom, also habe ich den Eingang mit dem Ausgang des Spannungsreglers kurzgeschlossen. (Der Pegelumsetzer scheint mit 3,3-V-Signalen in Ordnung zu sein). 3.3V Konvertierungen markiere ich mit gelbem Nagellack. Schema ist beigefügt.

Schritt 2: Hardware

HARDWARE:

Im Moment betrachte ich dies eher als Machbarkeitsstudie, also habe ich den Schaltplan entworfen und die Schaltung pro Schaltplan gesteckt. Das zweite Bild zeigt die wichtigsten Teile.

Schritt 3: IR und Maske

Für den IR-Sensor MLX90614 habe ich ein 4-adriges Kabel gebaut, um es mit dem Steckbrett zu verbinden. Ich habe einen Abstandshalter auf den IR-Sensor geklebt. Der Sensor befindet sich ca. 2 mm vom Rand des Abstandshalters entfernt.

An der Rückseite des IR-Sensors habe ich ein selbstklebendes Klettband angebracht. An der Seite meiner CPAP-Maske habe ich einen passenden Klettverschlussstreifen angebracht. Jetzt wird der IR-Sensor mit dem Klettverschluss gehalten. Die CPAP-Maske hält es an meiner Haut.

Zur Info: Seit diesen Bildern habe ich den Sensor auf die rechte Seite verschoben, da ich generell auf meiner linken Seite liege und es unangenehm war.

Lage: Das Stirnthermometer, manchmal auch Schläfenarterienthermometer genannt, soll über die Stirn gestrichen werden:

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

Das angehängte Bild ist von dieser Webseite.

Jetzt vermute ich, dass sich mein IR-Sensor eher an Position 12 oder 14 befindet, aber für meine Zwecke ist mir die Temperatur eigentlich egal. Ich interessiere mich hauptsächlich für Temperaturänderungen im Laufe der Zeit, daher sollte der Standort nicht kritisch sein.

Schritt 4: Arduino-Software

Die Skizze verwendet den DS3231, um die Zeit anzuzeigen. Der Sketch hat eine Startzeit (Startaufnahme), eine Stoppzeit und ein Aufnahmeintervall. Es zeichnet Datum, Stunde (dezimal), DHT22-Temperatur, RH, MLX90614-Umgebungstemperatur und IR-Temperatur in einer CSV-Datei (Comma Separated Value) auf. (Ich benutze Microsoft Excel, um diese Datei zu lesen)

Bei mir war die Sommerzeit ein Problem. Ich bin auf Folgendes von JChristensen gestoßen:

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

github.com/JChristensen/Timezone

Um dies zu nutzen, müssen Sie zuerst die RTC auf UTC (Coordinated Universal Time) einstellen, dies ist die Zeit in Greenwich, England. Nun, ich wusste nicht, wie das geht, habe aber diesen Artikel gefunden:

www.justavapor.com/archives/2482

Umgeschrieben für Bergzeit (angehängt) UTCtoRTC.ino

Dadurch wird DS3231 auf die UTC-Zeit 6 Stunden später als die Bergzeit eingestellt

Dann habe ich die Zeitzone in meinen Sketch aufgenommen. Um ehrlich zu sein, habe ich es nicht getestet, also gehe nur davon aus, dass es funktioniert.

Software-/Hardware-Setup

Zusätzliche Bibliotheken benötigt:

github.com/PaulStoffregen/DS1307RTC

github.com/JChristensen/Timezone

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

github.com/adafruit/DHT-sensor-library

Setzen Sie eine CR2032-Batterie in die DS3231 RTC ein. Verbinden Sie sich mit dem 3,3 V Arduino Pro Micro.

Führen Sie UTC zu RTC.ino aus. Dadurch wird der DS3231 auf UTC (Greenwich Mean Time) eingestellt.

Formatieren Sie eine microSD-Karte. Ich benutze Windows, das Format ist FAT32. Stecken Sie es in den microSD-Kartenadapter.

Richten Sie den IR-Sensor ein und schließen Sie ihn an.

Skizze laden, Infrarot.ino

Nach einer Nacht können Sie die microSD-Karte entnehmen und an einen PC anschließen.

Die Night.csv kann mit Excel geöffnet werden (es gibt eine Möglichkeit, sie mit Libre Office (kostenlos) zu öffnen)

Schritt 5: Test und Schlussfolgerung

Ich habe die microSD-Karte mit MS Excel gelesen. In der Kalkulationstabelle erstelle ich eine weitere Spalte namens Difference, die IRTemp -96 ist. Dies zeigt die Temperaturschwankung um 96F. Dann erstelle ich ein Diagramm mit der Stunde in Dezimal im Vergleich zur Differenz. Das Diagramm zeigt die Temperaturänderung während der Nacht (nicht die tatsächlichen Temperaturen).

Für den 18. August habe ich die Datei und das Diagramm meinen Kommentaren beigefügt.

Einige schlagen vor, dass die typische Nacht die Temperatur bis zu ein paar Stunden abfällt, bevor sie aufwacht, wenn sie wieder zu steigen beginnt. Das Diagramm scheint diesem Muster zu folgen.

Was ich interessanter finde, sind die Zeiten, in denen es anfängt zu klettern, die tatsächlich REM-Schlaf sein können. Ich habe Schlafdaten von meiner Withings-Schlafmatte für dieselbe Nacht, die besagen, dass ich von 3:15 bis 4:50 Uhr im REM-Schlaf war. Dies entspricht weitgehend dem IR-Diagramm, wenn es leicht ansteigt. Der Withing zeigt auch REM von 1:30 bis 2, was nicht ganz so breit ist wie IR zeigt.

Vorbehalt: Dies stimmt überhaupt nicht mit meinem Fitbit- oder meinem Go2Sleep-Ring überein.

Für August19 habe ich das Diagramm mit Kommentaren hinzugefügt. Dies war eine ungewöhnliche Nacht, da ich meine Fenster geöffnet hatte, aber ungefähr 10 Meilen entfernt ein Lauffeuer brannte, das Rauch und Asche hereinbläst. Als ich schlafen ging, war ich auf der warmen Seite und schlief nicht sehr gut.

FAZIT:

Also mein Setup scheint das zu tun, was ich wollte.

Ich freue mich besonders, einen möglichen Zusammenhang zwischen der IR-Temperatur und dem REM-Schlaf zu sehen und plane weitere Tests.