基于ESP32設(shè)計(jì)，能夠用于實(shí)現(xiàn)健康和運(yùn)動(dòng)傳感設(shè)備的電阻抗斷層掃描工具包EIT-kit。

ESP32模組具備卓越的性能和豐富的外設(shè)，集Wi-Fi、傳統(tǒng)藍(lán)牙、低功耗藍(lán)牙為一體，提供高度集成的解決方案，廣泛適用于各類物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

電阻抗斷層掃描(EIT)是一種用于測(cè)量對(duì)象的電導(dǎo)率、介電常數(shù)和阻抗的成像技術(shù)。過(guò)去，實(shí)現(xiàn)EIT傳感需要大型、昂貴的硬件和復(fù)雜的圖像重建算法。

隨著低成本電子產(chǎn)品的發(fā)展，以及開(kāi)源EIT圖像重建庫(kù)(如EIDORS)的出現(xiàn)，人機(jī)交互(HCI)專家已開(kāi)始將EIT傳感應(yīng)用于觸摸感應(yīng)、觸覺(jué)感知和手勢(shì)識(shí)別等場(chǎng)景。

這使EIT傳感在健康傳感領(lǐng)域，尤其是在運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)和家庭護(hù)理方面發(fā)揮了巨大優(yōu)勢(shì)。

ESP32集天線開(kāi)關(guān)、射頻巴倫、功率放大器、低噪聲放大器、濾波器以及電源管理模塊于一體，占用較小的PCB空間，即可最大化滿足實(shí)際應(yīng)用多樣的功能需求。

EIT-kit由以下部分組成:

一個(gè)3D編輯器，用于自定義測(cè)量設(shè)置和電極分布；

一塊基于ESP32的定制EIT傳感主板，支持不同的測(cè)量設(shè)置(2/4端設(shè)置，多達(dá)64個(gè)電極，1~4電極陣列)，提供可調(diào)節(jié)的交流注入電流以提高信號(hào)的質(zhì)量；

微控制器庫(kù)，可自動(dòng)校準(zhǔn)信號(hào)，有助于收集數(shù)據(jù)；圖像重建API，可用于插值并在移動(dòng)設(shè)備上可視化數(shù)據(jù)。

EIT-kit能夠在EIT設(shè)備開(kāi)發(fā)的不同階段為用戶提供支持。它提供了一個(gè)基于不同的測(cè)量位置(如手腕、大腿)和傳感分辨率自定義測(cè)量設(shè)置的3D編輯器。

在EIT數(shù)據(jù)測(cè)量階段，EIT-kit提供了一個(gè)基于ESP32的EIT傳感主板，以及一個(gè)用于從主板獲取數(shù)據(jù)的傳感庫(kù)(基于Arduino)。

在最后階段，用戶需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行插值并將其可視化，EIT-kit為用戶提供了一個(gè)用于移動(dòng)設(shè)備的圖像重建API，能夠在屏幕和AR中分別實(shí)現(xiàn)2D和3D可視化。

ESP32模組支持用戶不同的天線配置(如PCB天線、IPEX天線)和Flash大小，以適應(yīng)不同應(yīng)用的需要。ESP32模組還可提供定制化的生產(chǎn)服務(wù)，包括預(yù)編程應(yīng)用程序固件、自定義數(shù)據(jù)和預(yù)配置云證書(shū)等。

EIT-kit的傳感主板基于ESP32設(shè)計(jì)，能夠自動(dòng)進(jìn)行EIT信號(hào)校準(zhǔn)并測(cè)量不同電極配置。EIT傳感主板:(a)頂視圖，(b)底視圖，(c)堆疊兩塊多路復(fù)用板。

EIT傳感主板由負(fù)責(zé)注入交流信號(hào)并測(cè)量電壓輸出的主傳感板，和多路復(fù)用板(最多兩塊)組成。多路復(fù)用板可以堆疊在主傳感板上方，并將信號(hào)傳導(dǎo)至各個(gè)電極。

主傳感板包含三個(gè)組件:用于注入交流信號(hào)的電流驅(qū)動(dòng)電路；用于測(cè)量電流驅(qū)動(dòng)輸出電壓的電壓測(cè)量電路；帶有ESP32微控制器的控制電路。

ESP32模組采用四層板設(shè)計(jì)，工作溫度范圍–40°C至105°C，已通過(guò)FCC、CE-RED、SRRC、IC、KCC和TELEC等認(rèn)證，適用于各類商業(yè)應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

電流驅(qū)動(dòng)和電壓測(cè)量電路都是由ESP32通過(guò)SPI通道和GPIO引腳控制的。為了在更快的頻率下更直接控制電路，MIT的工程師們通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的SPI總線(HSPI和VSPI)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制電路。

ADC轉(zhuǎn)換器的輸出會(huì)被直接路由到ESP32的GPIO引腳，并以20MHz的頻率進(jìn)行采樣。EIT-kit有望賦能健康和運(yùn)動(dòng)傳感交互設(shè)備的設(shè)計(jì)。交互設(shè)備設(shè)計(jì)師經(jīng)常使用3D建模和3D打印來(lái)構(gòu)建新設(shè)備，并通過(guò)代碼對(duì)其編程。

EIT-kit提供的3D編輯器插件，微控制器庫(kù)和數(shù)據(jù)可視化API能夠充分滿足他們的需求和科研條件。工程師們也將在未來(lái)提供預(yù)建應(yīng)用程序，使編程經(jīng)驗(yàn)較少的用戶也能基于EIT-kit構(gòu)建設(shè)備，進(jìn)一步擴(kuò)展EIT-kit的受眾。