Aktivni niskopropusni filter RC primijenjen u projektima s Arduinom: 4 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

Tinkercad projekti »

Niskopropusni filter izvrsna su elektronička kola za filtriranje parazitskih signala iz vaših projekata. Čest problem u projektima s Arduinom i sistemima sa senzorima koji rade blizu strujnih krugova je prisutnost "parazitskih" signala.

Mogu biti uzrokovane vibracijama ili magnetskim poljima u istom području kao i senzor.

Ovi signali, koji su uglavnom visoke frekvencije, uzrokuju smetnje u vrijeme čitanja i posljedično dolazi do pogrešnih očitanja u sistemu automatizacije. Uobičajeni primjer je pokretanje mašine koja zahtijeva veliku početnu struju.

To će uzrokovati stvaranje visokofrekventne buke u nekoliko elemenata koji su spojeni na električnu mrežu, uključujući senzore.

Kako bi se spriječilo da ti šumovi utječu na sistem, koriste se filteri između senzorskog elementa i sistema koji ga očitava.

Šta su pasivni i aktivni filtri?

Supplies

• 2 otpornika;
• 2 keramička kondenzatora
• 2 elektrolitička kondenzatora;
• Operativno pojačalo LM358
• Priključci za napajanje ili 9V baterija;

Korak 1: Šta su pasivni i aktivni filtri?

Filtri su sklopovi koji mogu "očistiti" signal, odvojiti neželjene signale, kako bi se izbjeglo čitanje vrijednosti koje ne odgovaraju stvarnosti.

Filteri mogu biti dva tipa: pasivni i aktivni.

Pasivni filteriFilteri mogu biti pasivni, koji su najjednostavniji, jer se sastoje samo od otpornika i kondenzatora.

Aktivni filteri

Aktivni filteri, osim otpornika i kondenzatora, koriste pojačala za poboljšanje filtriranja i digitalne filtere, koji se koriste u procesorima i mikrokontrolerima.

Stoga ćete u ovom članku naučiti:

Shvatite kako rade niskopropusni filteri;

Konfigurirajte hardver niskopropusnog filtera sa graničnom frekvencijom od 100 Hz pomoću operativnog pojačala LM358;

Izračunajte vrijednosti pasivnih komponenti kola;

Sastavite niskopropusni filter NextPCB.

U nastavku predstavljamo proces razvoja aktivnog niskopropusnog filtra za naša kola s Arduinom.

Korak 2: Razvoj aktivnog kruga aktivnog niskopropusnog filtera

U ovom projektu će se razviti aktivni niskopropusni filter s NEXTPCB - tiskanom pločom, odnosno omogućava nam prolaz niskih frekvencija. Odabir frekvencijskog raspona ovisi o radu kola.

Za ovaj članak ćemo koristiti aktivni niskopropusni filter, jer se oni koriste za frekvencije ispod 1MHz, a osim toga, može se vršiti i pojačavanje signala, jer će se u ovom krugu koristiti operativno pojačalo.

Stoga će, na temelju ovog projekta, središnji fokus biti na razvoju aktivnog niskopropusnog filtarskog kruga i njegovog simetričnog opskrbnog kruga. Slika 1 prikazuje hardver ovog kola.

RC krug niskopropusnog filtera izgrađen u TinkerCAD-u može se pristupiti na sljedećoj poveznici:

Kao što je spomenuto, u ovom smo projektu koristili Arduino za prikupljanje signala sa senzora. Dakle, RC krug niskopropusnog filtera na gornjoj slici imamo 3 važna dijela:

• Generator signala,
• Aktivni filter i;
• Arduino za prikupljanje podataka senzora.

Generator signala odgovoran je za simulaciju rada senzora i prijenos signala na Arduino. Ovaj signal se zatim filtrira kroz niskopropusni filter RC, a zatim filtrirani signal čita i obrađuje Arduino.

Dakle, za izvođenje sastavljanja niskopropusnog filtera RC trebat će nam sljedeće elektroničke komponente:

• 2 otpornika;
• 2 keramička kondenzatora
• 2 elektrolitička kondenzatora;
• Operativno pojačalo LM358
• Priključci za napajanje ili 9V baterija

Zatim predstavljamo proračun vrijednosti otpornika i kondenzatora u krugu. Proračun ovih komponenti temelji se na graničnoj frekvenciji niskopropusnog filtera aktivnog filtera.

Proračuni otpornika i kondenzatora

Za predloženo kolo koristit ćemo graničnu frekvenciju niskopropusnog filtra od 100Hz. Na ovaj način, krug će omogućiti frekvencijama da prođu ispod 100Hz i iznad 100Hz, signal će se smanjiti eksponencijalno.

Stoga za proračun kondenzatora imamo: U početku je dovoljno definirati vrijednost C1, u tom slučaju se može definirati komercijalna vrijednost od 1 do 100nF.

Zatim smo izvršili proračun kondenzatora C2 prema donjoj jednadžbi.

Zatim upotrijebite donju formulu za izračun vrijednosti R1 i R2. Formula se može koristiti za projiciranje vrijednosti dva otpornika. Zatim pogledajte izvršeno izračunavanje.

Gdje je f*C granična frekvencija niskopropusnog filtera, odnosno iznad te frekvencije, dobitak ovog signala će se smanjiti. Vrijednost f*C za ovaj sistem bit će 100 Hz.

Stoga imamo sljedeću vrijednost otpornika za R1 i R2.

Od dobivenih vrijednosti za otpornike i kondenzator projekta, tada moramo razviti krug napajanja za aktivni filter. Za ovu vrstu filtera moramo koristiti asimetrično napajanje, a zatim ćemo predstaviti krug napajanja.

Korak 3: Napajanje

Potrebna snaga za ovo kolo je simetrično napajanje. Ako nemate simetrično napajanje, sastavite krug pomoću kondenzatora koji se napajaju iz jednostavnog izvora napajanja.

Međutim, vrijednost napona napajanja mora biti veća od 10V, jer će vrijednost simetričnog izvora biti podijeljena s 2.

Gornja slika prikazuje krug napajanja.

Ovo kolo je već u elektroničkom dijagramu na slici 1, budući da se koristi zajednički nesimetrični izvor.

Nakon projektiranja aktivnog kruga filtera i njegovog kruga napajanja, razvili smo elektronički modul filtra koji će se koristiti u vašim projektima s Arduinom ili u drugim projektima kojima je u tu svrhu potreban filter.

Zatim ćemo predstaviti strukturu elektroničke sheme i dizajn razvijene elektroničke ploče.

Štampana ploča aktivnog niskopropusnog filtera RC

Korak 4: Štampana ploča aktivnog niskopropusnog filtera RC

Da bi se napravila elektronska štampana ploča - NEXTPCB, razvijena je elektronska shema kola. Elektronička shema aktivnog niskopropusnog filtera RC prikazana je na slici 3.

Zatim je shema izvezena u PCB dizajn softvera Altium i dizajnirana je sljedeća ploča, kao što je prikazano na slici 4.

Tri pina su korištena za napajanje kola i ulaznog signala, a dva pina na izlazu. Dva pina se koriste za izlaz filtriranog signala i GND kruga.

Nakon dizajniranja izgleda PCB -a, 3D dizajn tiskane ploče je generiran i prikazan na slici 5.

Iz projekta PCB -a možete koristiti ovaj modul i primijeniti ga na svoj projekt s Arduinom. Na ovaj način će se određeni parazitski signali otkazati i vaš projekt će raditi bez rizika od grešaka u čitanju signala.

Zaključak

Ovaj aktivni RC krug niskopropusnog filtera može se široko koristiti za filtriranje snage Arduina, filtriranje signala serijske komunikacije, kao u radio frekvenciji, koja obično ima mnogo signala koji obično uzrokuju smetnje u serijskoj komunikaciji, pod uvjetom da vrijednost granična frekvencija se mijenja.

Savjet nakon sastavljanja ovog kruga je da vezu učinite bližom Arduinu, jer je dobar dio smetnji u udaljenosti između senzora i mikrokontrolera, a u većini slučajeva mikrokontroler ne može biti jako blizu, jer lokacija senzor može biti štetan za Arduino.

Osim toga, da biste imali stalniji signal, samo promijenite graničnu frekvenciju niskopropusnog filtera na nižu frekvenciju, to će promijeniti vrijednosti otpornika i kondenzatora. Takođe ima svoje prednosti stvaranja pojačanja u signalu, ako je signal nizak.

Važna informacija

Svim datotekama možete pristupiti na sljedećoj vezi: Datoteke štampane ploče

Možete nabaviti svojih 10 PCB -a i platiti samo vozarinu pri prvoj kupovini na NextPCB -u. Uživajte i koristite ovaj projekt sa svojim Arduino projektima i senzorima.