Thermomètre IR pour le sommeil : 5 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

Donc, ce Lazy Old Geek (L. O. G.) a récemment acheté un module thermique IR, MLX90614 sur AliExpress.com. Voir les images

Il s'agit du même type de capteur utilisé dans les thermomètres frontaux et auriculaires illustrés sur la troisième photo. Ils sont appelés sans contact car l'élément capteur réel n'est pas vraiment en contact avec la peau.

Je voulais essayer ceci pour mesurer la température de ma peau quand je dors. Je pense que le consensus général est que la température de votre corps diminue lorsque vous dormez, puis augmente lorsque vous vous réveillez.

Voici un article intéressant:

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

« jusqu'à ce qu'il atteigne son point le plus bas quelques heures avant de vous réveiller le matin."

« Comme la température est un élément si important pour déterminer quand nous nous endormons, il est intéressant de noter que pendant le sommeil paradoxal (REM), les cellules régulatrices de la température de votre cerveau s'éteignent et laissent la température de votre corps être déterminée par la chaleur ou la fraîcheur de votre chambre.."

En voici un autre:

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

«De votre pic de température corporelle en début de soirée au point le plus bas juste avant de vous réveiller, vous ressentez une diminution de la température corporelle centrale de 2 degrés Fahrenheit.

La température du cerveau et du corps chute pendant le sommeil NREM. Plus l'épisode de sommeil NREM est long, plus la température baisse. En revanche, la température du cerveau augmente pendant le sommeil paradoxal. Le contrôle de la température corporelle et cérébrale est étroitement lié à la régulation du sommeil.

J'ai donc voulu mesurer ma température corporelle tout au long de la nuit.

Étape 1: Concevoir un thermomètre IR

Ma conception consiste à utiliser un capteur de température IR MLX90614 avec une entretoise afin que la distance par rapport à la peau reste constante. Je porte donc un masque CPAP pour dormir et j'y attache le capteur IR. (Vous pourriez probablement simplement utiliser un bandeau). L'emplacement idéal est (apparemment) l'artère temporale mais je suis plus intéressé par le changement de température que par la température réelle.

Le capteur IR stockera des informations à intervalles fixes tout au long de la nuit (j'ai commencé avec 30 secondes, mais j'utilise maintenant 5 minutes). Le MLX90614 mesure également la température ambiante du capteur.

J'utiliserai également un capteur de température/humidité DHT22 pour surveiller les conditions ambiantes de la pièce. Les données seront stockées sur une carte microSD.

Un DS3231 RTC (Real Time Clock) gardera une trace de l'heure.

INFORMATIONS SUR L'APPAREIL:

Capteur de température IR MLX90614

Tension: 3V (Il existe également une version 5V)

Interface: I2C (SCL/SDA)

Bibliothèque Arduino: bibliothèque Adafruit

DS3231 Horloge temps réel RTC

Tension: 3,3-5,5 V

Interface: I2C (SCL/SDA)

Caractéristiques: batterie de secours

Bibliothèque Arduino:

adaptateur microSD

Tension: 3,3 V (modifié)

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

Caractéristiques: convertisseur de niveau IC

Bibliothèque Arduino: SPI

DHT22

Tension: 3,3-6 V

Interface: bus numérique à un fil

Caractéristiques:

Bibliothèque Arduino: adafruit/DHT-sensor-library

3.3V Micro Pro Arduino

Tension 3.3V

Caractéristiques: microcontrôleur ATmega32U4

MODIFICATION: DS3231

Le module AliExpress que j'ai acheté est censé être conçu pour utiliser une batterie rechargeable, LIR2032. Le circuit de charge ne fonctionne pas. Je l'ai essayé. Après environ une journée, la batterie était morte.

Bon après quelques recherches sur Internet, j'ai trouvé cet article:

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

Je suis d'accord avec cette analyse mais je pensais que le LIR2032 se chargerait de manière adéquate mais pas excessivement. J'avais tort. Mon DS3231 bien qu'également marqué comme ZS-042 comme dans l'article était légèrement différent du sien mais presque le même. J'ai donc dessoudé la diode vue sur la photo et installé une pile CR2032. Sans la diode, le module n'essaiera pas de charger la batterie. Désormais, le DS3231 conserve l'heure correcte même lorsque l'alimentation est déconnectée et la batterie devrait fonctionner pendant de nombreuses années.

MODIFICATION: adaptateur microSD

J'ai donc acheté cet adaptateur microSD sur AliExpress.com. Il est conçu pour fonctionner avec un microcontrôleur 5V et comprend même un CI de décalage de niveau. Pour mon application, j'utilise une alimentation de 3,3 V, j'ai donc court-circuité l'entrée à la sortie du régulateur de tension. (Le décaleur de niveau semble fonctionner correctement avec des signaux de 3,3 V). Je marque les conversions 3,3V avec du vernis à ongles jaune. Le schéma est joint.

Étape 2: Matériel

MATÉRIEL:

À l'heure actuelle, je considère cela davantage comme une étude de faisabilité, j'ai donc conçu le schéma et conçu le circuit par schéma. La deuxième photo montre les parties principales.

Étape 3: IR et masque

Pour le capteur IR, MLX90614, j'ai construit un câble à 4 fils pour le connecter à la maquette. J'ai collé à chaud une entretoise sur le capteur IR. Le capteur est à environ 2 mm du bord de l'entretoise.

J'ai attaché un morceau de Velcro adhésif à l'arrière du capteur infrarouge. Sur le côté de mon masque CPAP, j'ai attaché une bande Velcro adhésive d'accouplement. Maintenant, le capteur IR est maintenu en place avec le Velcro. Le masque CPAP le tient contre ma peau.

Pour info: Depuis ces photos, j'ai déplacé le capteur vers la droite, car je m'allonge généralement sur le côté gauche et c'était inconfortable.

Emplacement: Le thermomètre frontal, parfois appelé thermomètre de l'artère temporale, est censé être balayé sur le front:

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

La photo ci-jointe provient de cette page Web.

Maintenant, je suppose que mon capteur IR est plus à l'emplacement 12 ou 14, mais pour mes besoins, je ne me soucie pas réellement de la température. Je suis surtout intéressé par les changements de température au fil du temps, donc l'emplacement ne devrait pas être critique.

Étape 4: Logiciel Arduino

Le croquis utilise le DS3231 pour lire l'heure. L'esquisse a une heure de début (démarrage de l'enregistrement), une heure d'arrêt et un intervalle d'enregistrement. Il enregistre la date, l'heure (décimale), la température DHT22, l'humidité relative, la température ambiante du MLX90614 et la température IR dans un fichier CSV (valeurs séparées par des virgules). (J'utilise Microsoft Excel pour lire ce fichier)

L'heure d'été a été un problème pour moi. J'ai rencontré ce qui suit par JChristensen:

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

github.com/JChristensen/Timezone

Pour l'utiliser, vous devez d'abord régler le RTC sur UTC (Coordinated Universal Time), c'est l'heure de Greenwich, en Angleterre. Bon, je ne savais pas comment faire mais j'ai trouvé cet article:

www.justavapor.com/archives/2482

Réécrit pour l'heure de la montagne (ci-joint) UTCtoRTC.ino

Cela définit DS3231 à l'heure UTC 6 heures plus tard que l'heure des Rocheuses

Ensuite, j'ai intégré le fuseau horaire dans mon Sketch. Pour être honnête, je ne l'ai pas testé, donc je suppose que cela fonctionne.

Configuration du logiciel/matériel

Bibliothèques supplémentaires nécessaires:

github.com/PaulStoffregen/DS1307RTC

github.com/JChristensen/Timezone

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

github.com/adafruit/DHT-sensor-library

Installez une pile CR2032 dans le DS3231 RTC. Connectez-vous à l'Arduino Pro Micro 3.3v.

Exécutez UTC vers RTC.ino. Cela règle le DS3231 sur UTC (Greenwich Mean Time).

Formatez une carte microSD. J'utilise Windows, le format est FAT32. Insérez-le dans l'adaptateur de carte microSD.

Configurez et connectez le capteur IR.

Charger le croquis, Infrared.ino

Après une nuit, vous pouvez retirer la carte microSD et la brancher sur un PC.

Le Night.csv peut être ouvert avec Excel (il existe un moyen de l'ouvrir avec Libre Office (gratuit))

Étape 5: Test et conclusion

J'ai lu la carte microSD avec MS Excel. Dans la feuille de calcul, je crée une autre colonne appelée Différence qui est l'IRTemp -96. Cela montre la variation de température autour de 96F. Ensuite, je crée un graphique en utilisant l'heure en décimal par rapport à la différence. Le graphique montre le changement de température tout au long de la nuit (pas les températures réelles).

Pour août18, j'ai inclus le fichier et le graphique avec mes commentaires.

Certains suggèrent que la nuit typique est celle où la température baisse jusqu'à quelques heures avant de se réveiller lorsqu'elle recommence à augmenter. Le graphique semble suivre ce modèle.

Ce que je trouve plus intéressant, ce sont les moments où il commence à grimper qui peuvent en fait être du sommeil paradoxal. J'ai des données de sommeil de mon tapis de sommeil Withings pour la même nuit qui indiquent que j'étais en sommeil paradoxal de 3h15 à 4h50. Cela correspond étroitement au graphique IR lorsqu'il a légèrement augmenté. Le Withing affiche également le REM de 1:30 à 2, ce qui n'est pas aussi large que l'IR.

Avertissement: Cela ne correspond pas du tout à ma bague Fitbit ou à ma bague Go2Sleep.

Pour le 19 août, j'ai inclus le graphique avec des commentaires. C'était une nuit inhabituelle car mes fenêtres étaient ouvertes, mais il y avait un feu sauvage à environ 10 miles de là, soufflant de la fumée et des cendres. Quand je me suis endormi, j'étais plutôt chaud et je n'ai pas très bien dormi.

CONCLUSION:

Donc ma configuration semble faire ce que je voulais qu'elle fasse.

Je suis particulièrement heureux de voir un lien possible entre la température IR et le sommeil paradoxal et je prévois de faire d'autres tests.