【报名阶段需要填写的内容】

1. 参赛者姓名（必填项）：赵明

2. 单位或学校名称（选填项）：

3. 当前职务或职称（选填项）：工程师

4. 参赛作品的名字（必填项）：无源型直流4~20mA信号智能隔离模块

5. 简要陈述您的idea和作品（必填项）：一种体积非常小（30mm*30mm*15mm内）的隔离模块，其无需外部独立供电电源，低成本、低功耗实现工业4~20mA信号到4~20mA信号的高精度隔离传输，同时可将输入的4~20mA信号转化为数字信号以Uart接口输出。

6. 拟用到的立创商城在售物料（必填项）：STM32L011,运放、光耦、电阻、电容、电感、三极管、贴片LED、轻触开关等；

7. 拟用到的非立创商城物料或其它补充（必填项）：外壳，接线端子等；

8. 拟用到的EDA工具软件名称（必填项）：Altium Designer,立创EDA

【作品正式发表（报名成功后进入设计阶段）需要填写的内容】

一、作品简介

例如，可以包括但不局限于以下内容：

1.作品的整机外观图片或焊接组装好的PCBA图片；

PCB实物图和焊接成品图见：（一）作品简介

2.作品的研究背景、目的和功能、市场应用前景；

在当前许多工业现场及实验室，都涉及到多台设备间的数据传输，而许多有线性规律的数据多采用4~20mA直流电流的方式进行传输，为避免两台设备间相互干扰，一般会使用4~20mA的信号隔离器进行隔离。而目前市场上的信号隔离器普遍存在如下问题：

1. 使用昂贵的隔离器件，普遍价格偏高；

2. 所使用的隔离电路带有隔离电源，而隔离电源电路不但增加成本，还会占用大片的PCB面积，导致信号隔离器的体积普遍偏大，不利于集成。

针对现有技术存在的以上问题，本作品的主要目的便是发明一种可使用常见低价元器件实现的4~20mA信号隔离电路，有效的降低信号隔离器的材料成本，且体积要求尽可能小，便于集成。而若达到体积小、成本低的目的，本作品所要发明的电路就不能含有隔离电源模块，需使用窃电技术，并使输入输出的等效阻抗尽可能的低，适用电压范围尽可能的广。

本作品原则上可使用到所有使用4~20mA直流信号隔离器的场合，其市场应用面是比较可观的。

3.作品在创新性、趣味性、实用性甚至公益性方面，有哪些亮点可体现？

本作品相对现有技术，有如下优点：

1. 性价比高，本作品实验的材料成本约20元，优化后，量产的成本约为15元，远远低于现有的信号隔离器的成本。而本作品目前的传输精度约为0.1%~0.2%FS，这个精度已经接近市场上的中端产品；

2. 体积小，本作品为模块形式，其体体积远远小于市场上常规的信号隔离器，非常便于集成，实际的尺寸见（一）作品简介；

3. 本作品不但可以实现模拟信号到模拟信号的隔离传输；还可实现数字信号到模拟信号的隔离传输；模拟信号到数字信号的非隔离传输，后续可优化为模拟信号到数字信号的隔离传输；

另外，本作品目前支持1路模拟量输入，1路模拟量输出，后续可方便的扩展为1入2出，且成本仅增加不到5元；

二、系统构架图

用流程图或思维导图等形式，描述您的作品的组成构架，即方案图。

三、硬件部分的描述

1.附上原理图&PCB实物图的图片或者源文件（官方建议大家尽量用源文件上传），如果是图片，请确保图片是清晰可辨的；

2.用文字把该作品的实现原理、系统的工作过程大致讲解一下。

    因模拟信号的隔离器件普遍价格较高，价格低的隔离效果普遍不好，相比之下，数字信号的处理技术可谓花样繁多，且数字信号比模拟信号要稳定得多。故本发明的思路是将模拟信号转换为数字信号，然后对数字信号进行处理，进而隔离传输，最后或在输出端将数字信号还原为模拟信号，或直接处理数字信号，可视应用环境而定。
    本作品使用窃电电路从外部设备的4~20mA信号的输出端窃取能量以供内部电路工作，并将输入的电流信号IAI转换成对应的电压信号UA，然后经放大电路后输送到MCU进行AD转换，得到IAI对应的数字值DA，到这里，AD转换已经完成，事实上如果应用场合拥有数字信号的接收功能，可以使用Uart或者其它数字信号传输的方式发送得到的数字值DA即可；
    进一步的，考虑到应用场合只适用于模拟信号的情况，可将数字值DA转换为对应占空比为AT的PWM差分信号，然后将此PWM信号经光耦隔离后发送到可控恒流源电路，其可控制可控恒流源电路产生占空比为AT、幅度为IAOM的脉冲电流信号，很显然其平均值必与输入的电流信号IAI成线性对应关系，故经LC滤波电路后便可得到与IAI成线性关系的平滑的输出信号IAO。
    为节约成本并缩小体积，本作品舍去了一般隔离电路所必须的供电电路，取代以轻量化的并联稳压源，利用并联稳压源分流稳压的特性，为本发明所描述的电路供电。而输出端则引入可控二端口恒流源模型，用以与外部电流输入电路、外部电源形成电流环，并控制电流环的电流，来达到输出指定电流信号的目的。

     需要注意的是，本电路如需与外部设备进行串口通信，必须使用光耦隔离电路，参考电路如下：

以上电路需要集成到本隔离模块需要服务的数字信号目标设备中；

3.注明所用到的EDA工具软件名称并附上设计链接。

使用立创EDA进行设计：https://lceda.cn/editor#id=4936714e67274ef8a3ec6d9ee0e65939|71abfb1842f446f0a5a75c143fe47ea5|937ff4a8f8e14f3fa4653eb87582969a|b14bb62343664694817532f87fcfb1a2

使用AD18完成拼版；

四、材料清单（BOM列表)

列出您这个作品所用到的主要器件（关键器件即可），比如单片机&ARM芯片、专用集成芯片(ASIC)、传感器、功能模块等。

如果所列出的芯片是来自我们立创商城上的，最好能写出该器件的商品编号或附上对应购买链接。

五、软件部分的描述（选填）

如果您的作品涉及到软件，请列出作品对应的软件工作流程图，及关键部分的例程、源码（如果您想开源的话请上传全部源码）。

AD转换：

获取AD值：

PWM配置：

PWM输出：

六、作品演示

请上传您的作品的功能演示到腾讯视频，并编辑到本楼（或附上视频链接）。按要求上传视频可获得10分，具体详见活动规则。

https://v.qq.com/x/page/d0756kepsjl.html

七、总结

例如您在完成该作品过程中的一些体会、碰到的技术问题或调试经验、作品的未来规划，及对我们主办方的建议和意见等。

1. 因模拟信号的干扰因素众多，调试往往是寻找其中的一个均衡点，如此使很费时间的。因此在对模拟信号处理时可先思考一下解决方案，能通过数字信号进行间接处理有时也是极好的。

2. 世上无难事，只怕有心人。

3. 现作品只是试验比较理想，下一步将会小批量试产，测试作品的性能一致性。同时寻找合伙人以备量产、开发市场。

4. 立创EDA确实有许多可圈可点之处，比如布线、选择器件等就比Alutim Designer好用，但也有一些功能不完备，比如设计规则检查、拼版等功能，就不如Alutim Designer好用，建议立创发动群众，共同搭建中国人自己的EDA平台。

5. 立创商城里面的好多器件都没有封装库，建议立创采用器件选型工程师的模式，再设立一个兼职封装完善工程师的职位，让广大电子爱好者共同完善EDA平台的基础库，在封装库完善的情况下，也可为立创的PCB打样业务增砖添瓦。