Nhiệt kế hồng ngoại cho giấc ngủ: 5 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Vì vậy, ông già lười biếng này (L. O. G.) gần đây đã mua một mô-đun nhiệt IR, MLX90614 từ AliExpress.com. Xem hình ảnh

Đây là loại cảm biến tương tự được sử dụng trong các nhiệt kế đo trán và tai được hiển thị trong hình thứ ba. Chúng được gọi là không tiếp xúc vì phần tử cảm biến thực tế không thực sự tiếp xúc với da.

Tôi muốn thử cái này để đo nhiệt độ da khi ngủ. Tôi nghĩ rằng sự đồng thuận chung là nhiệt độ cơ thể của bạn giảm xuống khi bạn đang ngủ, sau đó tăng lên khi bạn thức dậy.

Đây là một bài viết thú vị:

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

“Cho đến khi nó chạm mức thấp nhất vài giờ trước khi bạn thức dậy vào buổi sáng. “

“Vì nhiệt độ là một phần quan trọng trong việc xác định thời điểm chúng ta đi vào giấc ngủ, điều thú vị là trong khi ngủ chuyển động mắt nhanh (REM), các tế bào điều chỉnh nhiệt độ của não bạn tắt và để nhiệt độ cơ thể được xác định bằng cách phòng ngủ của bạn ấm hay mát..”

Đây là một cái khác:

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

“Từ đỉnh nhiệt độ cơ thể vào đầu buổi tối đến điểm thấp nhất ngay trước khi thức dậy, nhiệt độ cơ thể giảm xuống 2 độ F.

Nhiệt độ của cả não và cơ thể đều giảm trong khi ngủ NREM. Giai đoạn NREM-sleep càng dài, nhiệt độ càng giảm. Ngược lại, nhiệt độ não bộ tăng lên trong giấc ngủ REM. Việc kiểm soát nhiệt độ cơ thể và não bộ gắn chặt với điều hòa giấc ngủ”.

Vì vậy, tôi muốn đo nhiệt độ cơ thể của mình suốt đêm.

Bước 1: Thiết kế nhiệt kế hồng ngoại

Thiết kế của tôi là sử dụng cảm biến nhiệt độ IR MLX90614 với miếng đệm để khoảng cách từ da không đổi. Vì vậy, tôi đeo mặt nạ CPAP khi ngủ và sẽ gắn cảm biến IR vào đó. (Bạn có thể chỉ cần sử dụng một chiếc băng đô). Vị trí lý tưởng là (dường như) động mạch thái dương nhưng tôi quan tâm đến sự thay đổi nhiệt độ hơn là nhiệt độ thực tế.

Cảm biến hồng ngoại sẽ lưu trữ thông tin vào những khoảng thời gian cố định trong suốt đêm (tôi bắt đầu với 30 giây, nhưng bây giờ đang sử dụng 5 phút). MLX90614 cũng đo nhiệt độ môi trường xung quanh của cảm biến.

Tôi cũng sẽ sử dụng cảm biến Nhiệt độ / Độ ẩm DHT22 để theo dõi điều kiện phòng xung quanh. Dữ liệu sẽ được lưu trữ trên thẻ nhớ microSD.

DS3231 RTC (Đồng hồ thời gian thực) sẽ theo dõi thời gian.

THÔNG TIN THIẾT BỊ:

Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại MLX90614

Điện áp: 3V (Ngoài ra còn có phiên bản 5V)

Giao diện: I2C (SCL / SDA)

Thư viện Arduino: Thư viện Adafruit

Đồng hồ thời gian thực DS3231 RTC

Điện áp: 3,3-5,5V

Giao diện: I2C (SCL / SDA)

Các tính năng: sao lưu pin

Thư viện Arduino:

bộ chuyển đổi microSD

Điện áp: 3.3V (sửa đổi)

Giao diện: SPI (SCK / MISO / MOSI / CS)

Các tính năng: IC chuyển đổi mức

Thư viện Arduino: SPI

DHT22

Điện áp: 3,3-6V

Giao diện: xe buýt một dây kỹ thuật số

Đặc trưng:

Thư viện Arduino: adafruit / DHT-sensor-library

3.3V Micro Pro Arduino

Điện áp 3.3V

Các tính năng: Vi điều khiển ATmega32U4

SỬA ĐỔI: DS3231

Mô-đun AliExpress mà tôi đã mua được cho là được thiết kế để sử dụng pin có thể sạc lại, LIR2032. Mạch sạc không hoạt động. Tôi đã thử nó ra. Sau khoảng một ngày, pin đã chết.

Sau một số tìm kiếm trên Internet, tôi tìm thấy bài viết này:

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

Tôi đồng ý với phân tích này nhưng nghĩ rằng LIR2032 sẽ sạc đầy đủ nhưng không quá mức. Tôi đã sai. DS3231 của tôi mặc dù cũng được đánh dấu là ZS-042 như trong bài viết thì hơi khác so với của anh ấy nhưng gần như giống nhau. Vì vậy, tôi đã mở bán diode nhìn thấy trong hình và lắp pin CR2032. Nếu không có diode, mô-đun sẽ không cố sạc pin. Giờ đây, DS3231 giữ thời gian chính xác ngay cả khi ngắt điện và pin sẽ tốt trong nhiều năm.

SỬA ĐỔI: Bộ điều hợp microSD

Vì vậy, tôi đã mua Bộ điều hợp microSD này từ AliExpress.com. Nó được thiết kế để chạy với bộ vi điều khiển 5V và thậm chí bao gồm một IC dịch chuyển mức. Đối với ứng dụng của tôi, tôi đang sử dụng nguồn 3,3V nên tôi đã nối ngắn đầu vào đầu ra của bộ điều chỉnh điện áp. (Bộ dịch chuyển mức dường như hoạt động ổn với tín hiệu 3.3V). Tôi đánh dấu các chuyển đổi 3,3V bằng sơn móng tay màu vàng. Sơ đồ được đính kèm.

Bước 2: Phần cứng

PHẦN CỨNG:

Ngay bây giờ, tôi coi đây là một nghiên cứu khả thi hơn vì vậy tôi đã thiết kế sơ đồ và tạo bảng mạch cho mỗi sơ đồ. Hình thứ hai cho thấy các phần chính.

Bước 3: IR và mặt nạ

Đối với cảm biến IR, MLX90614, tôi đã xây dựng một cáp 4 dây để kết nối nó với breadboard. Tôi đã dán nóng một miếng đệm vào cảm biến IR. Cảm biến cách mép của miếng đệm khoảng 2mm.

Tôi đã gắn một miếng Velcro dính vào mặt sau của cảm biến IR. Ở mặt bên của mặt nạ CPAP của tôi, tôi đã gắn một dải Velcro kết dính giao phối. Giờ đây, cảm biến IR được giữ cố định với Velcro. Mặt nạ CPAP giữ nó trên da của tôi.

FYI: Kể từ những bức ảnh này, tôi đã di chuyển cảm biến sang bên phải, vì tôi thường nằm nghiêng về bên trái và điều đó không thoải mái.

Vị trí: Nhiệt kế đo trán, đôi khi được gọi là nhiệt kế động mạch thái dương được cho là quét qua trán:

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

Hình ảnh đính kèm là từ trang web này.

Bây giờ tôi đoán rằng cảm biến IR của tôi ở vị trí 12 hoặc 14 nhiều hơn nhưng vì mục đích của mình, tôi không quan tâm đến nhiệt độ thực sự. Tôi chủ yếu quan tâm đến sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian nên vị trí không phải là vấn đề quan trọng.

Bước 4: Phần mềm Arduino

Bản phác thảo sử dụng DS3231 để cho biết thời gian. Bản phác thảo có thời gian bắt đầu (bắt đầu ghi), thời gian dừng và khoảng thời gian ghi. Nó ghi lại ngày, giờ (thập phân), nhiệt độ DHT22, RH, nhiệt độ môi trường MLX90614 và nhiệt độ IR vào tệp CSV (giá trị được phân tách bằng dấu phẩy). (Tôi sử dụng Microsoft Excel để đọc tệp này)

Ban ngày Tiết kiệm thời gian là một vấn đề đối với tôi. Tôi đã xem qua những điều sau đây của JChristensen:

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

github.com/JChristensen/Timezone

Để sử dụng điều này, trước tiên bạn phải đặt RTC thành UTC (Giờ phối hợp quốc tế), đây là thời gian ở Greenwich, Anh. Tôi không biết làm thế nào để làm điều đó nhưng đã tìm thấy bài viết này:

www.justavapor.com/archives/2482

Đã viết lại nó cho Mountain time (đính kèm) UTCtoRTC.ino

Điều này đặt DS3231 thành giờ UTC muộn hơn 6 giờ so với giờ Miền núi

Sau đó, tôi kết hợp múi giờ vào Sketch của mình. Thành thật mà nói, tôi chưa thử nghiệm nó nên chỉ giả định rằng nó hoạt động.

Thiết lập phần mềm / phần cứng

Thư viện bổ sung cần thiết:

github.com/PaulStoffregen/DS1307RTC

github.com/JChristensen/Timezone

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

github.com/adafruit/DHT-sensor-library

Lắp pin CR2032 vào DS3231 RTC. Kết nối với Arduino Pro Micro 3.3v.

Chạy UTC đến RTC.ino. Điều này đặt DS3231 thành UTC (Giờ trung bình Greenwich).

Định dạng thẻ nhớ microSD. Tôi sử dụng Windows, định dạng là FAT32. Gắn nó vào bộ điều hợp thẻ nhớ microSD.

Thiết lập và kết nối cảm biến hồng ngoại.

Tải phác thảo, Infrared.ino

Sau một đêm, bạn có thể tháo thẻ nhớ microSD và cắm vào PC.

Có thể mở Night.csv bằng Excel (có một cách để mở bằng Libre Office (miễn phí))

Bước 5: Kiểm tra và kết luận

Tôi đọc thẻ nhớ microSD với MS Excel. Trong bảng tính, tôi tạo một cột khác có tên là Chênh lệch, đó là IRTemp -96. Điều này cho thấy sự thay đổi của nhiệt độ xung quanh 96F. Sau đó, tôi tạo một biểu đồ bằng cách sử dụng Giờ ở dạng thập phân so với Chênh lệch. Biểu đồ cho thấy sự thay đổi nhiệt độ trong suốt đêm (không phải nhiệt độ thực tế).

Vào ngày 18 tháng 8, tôi đã bao gồm tệp và biểu đồ cùng với nhận xét của mình.

Một số ý kiến cho rằng ban đêm điển hình là khi nhiệt độ giảm xuống cho đến vài giờ trước khi thức dậy khi nhiệt độ bắt đầu tăng trở lại. Biểu đồ dường như tuân theo mô hình đó.

Điều tôi thấy thú vị hơn là những lúc nó bắt đầu lên cao có thể thực sự là giấc ngủ REM. Tôi có dữ liệu về giấc ngủ từ tấm thảm ngủ Withings của tôi trong cùng một đêm cho biết tôi đã ở trong giấc ngủ REM từ 3:15 đến 4:50 sáng. Điều này tương ứng gần với đồ thị IR khi nó tăng nhẹ. Withing cũng hiển thị REM từ 1:30 đến 2, không hoàn toàn rộng như các chương trình IR.

Lưu ý: Điều này hoàn toàn không đồng ý với Fitbit hoặc vòng Go2Sleep của tôi.

Vào ngày 19 tháng 8, tôi đã đưa vào biểu đồ với các nhận xét. Đây là một đêm không bình thường vì tôi đã mở cửa sổ nhưng có một đám cháy dữ dội cách đó khoảng 10 dặm, bốc khói và tro bụi. Khi đi ngủ, tôi nằm ở bên ấm áp và ngủ không ngon giấc.

PHẦN KẾT LUẬN:

Vì vậy, thiết lập của tôi dường như thực hiện những gì tôi muốn nó làm.

Tôi đặc biệt vui mừng khi thấy mối liên hệ có thể có giữa nhiệt độ IR và giấc ngủ REM và dự định thực hiện thêm một số thử nghiệm.