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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:33

Tinkercad projekti »

Niskopropusni filter izvrsni su elektronički sklopovi za filtriranje parazitskih signala iz vaših projekata. Čest problem u projektima s Arduinom i sustavima 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, pa se u sustavu za automatizaciju javljaju pogrešna očitanja. Uobičajeni primjer je pokretanje stroja za koji je potrebna velika početna struja.

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

Kako bi se spriječilo da ti zvukovi utječu na sustav, koriste se filtri između osjetnog elementa i sustava koji ga očitava.

Što su pasivni i aktivni filtri?

Pribor

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

Korak 1: Što 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.

Filtri mogu biti dvije vrste: pasivni i aktivni.

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

Aktivni filtri

Aktivni filtri, 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:

Razumjeti kako funkcioniraju niskopropusni filteri;

Konfigurirajte hardver niskopropusnog filtra s graničnom frekvencijom od 100 Hz pomoću operacijskog pojačala LM358;

Izračunajte vrijednosti pasivnih komponenti kruga;

Sastavite niskopropusni filtar NextPCB.

U nastavku predstavljamo proces razvoja aktivnog niskopropusnog filtra za naše sklopove s Arduinom.

Korak 2: Razvoj aktivnog kruga aktivnog niskopropusnog filtra

U ovom projektu razvit će se aktivni niskopropusni filtar s NEXTPCB - tiskanom pločom, odnosno omogućuje nam prolaz niskim frekvencijama. Odabir frekvencijskog područja ovisi o radu kruga.

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

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

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

Kao što je spomenuto, u ovom smo projektu koristili Arduino kako bismo prikupili signal sa senzora. Dakle, RC krug niskopropusnog filtra na gornjoj slici imamo 3 važna dijela:

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

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

Dakle, za izvođenje montaže niskopropusnog filtra 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 izračun vrijednosti otpornika i kondenzatora kruga. Izračun ovih komponenti temelji se na graničnoj frekvenciji rezanja niskopropusnog filtra aktivnog filtra.

Proračuni otpornika i kondenzatora

Za predloženi krug koristit ćemo graničnu frekvenciju niskopropusnog filtra od 100Hz. Na taj će način krug dopustiti da frekvencije prođu ispod 100Hz i iznad 100Hz, signal će se eksponencijalno smanjiti.

Stoga za izračun 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 izvršeni izračun.

Gdje je f*C granična frekvencija niskopropusnog filtra, odnosno iznad te frekvencije, dobitak ovog signala će se smanjiti. Vrijednost f*C za ovaj sustav 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 opskrbni krug.

Korak 3: Napajanje

Potrebna snaga za ovaj krug 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 10 V, jer će se vrijednost simetričnog izvora podijeliti s 2.

Na gornjoj slici prikazan je krug napajanja.

Ovaj se krug već nalazi u elektroničkom dijagramu na slici 1, budući da se koristi zajednički nesimetrični izvor.

Nakon projektiranja aktivnog kruga filtera i njegovog opskrbnog kruga, 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.

Tiskana ploča aktivnog niskopropusnog filtra RC

Korak 4: Tiskana ploča aktivnog niskopropusnog filtra RC

Kako bi se napravila elektronička tiskana ploča - NEXTPCB, razvijena je elektronička shema sklopa. Elektronička shema aktivnog niskopropusnog filtra 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.

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

Nakon projektiranja izgleda tiskane ploče, 3D dizajn tiskane ploče generiran je i prikazan na slici 5.

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

Zaključak

Ovaj aktivni RC sklop niskopropusnog filtra 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 mijenja se granična frekvencija.

Savjet nakon sastavljanja ovog kruga je približavanje veze s Arduinom, budući da je dobar dio smetnji u udaljenosti između senzora i mikrokontrolera, a u većini slučajeva mikrokontroler ne može biti jako blizu, jer mjesto senzor može biti štetan za Arduino.

Osim toga, kako biste imali kontinuiraniji signal, samo promijenite graničnu frekvenciju niskopropusnog filtra na nižu frekvenciju, to će promijeniti vrijednosti otpornika i kondenzatora. Također ima svoje prednosti stvaranja pojačanja u signalu, ako je signal nizak.

Važna informacija

Svim datotekama možete pristupiti na sljedećoj poveznici: Datoteke tiskane pločice

Možete nabaviti vlastitih 10 PCB -a i platiti samo vozarinu prilikom prve kupnje na NextPCB -u. Uživajte i koristite ovaj projekt sa svojim Arduino projektima i senzorima.