Aktiivne madalpääsfilter RC, mida rakendatakse Arduino projektides: 4 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:46

Tinkercadi projektid »

Madalpääsfilter on suurepärased elektroonilised ahelad parasiitide signaalide filtreerimiseks teie projektidest. Arduino ja toiteahelate lähedal töötavate anduritega süsteemide puhul on tavaline probleem „parasiitsignaalide” olemasolu.

Neid võivad põhjustada vibratsioon või magnetväljad, mis asuvad anduriga samas piirkonnas.

Need signaalid, mis on enamasti kõrgsageduslikud, põhjustavad lugemise ajal häireid ja järelikult tekivad automaatikasüsteemis ekslikud näidud. Tavaline näide on suure algvoolu vajava masina käivitamine.

See põhjustab kõrgsagedusliku müra tekkimist mitmetes elektrivõrku ühendatud elementides, sealhulgas andurites.

Selleks, et need mürad ei mõjutaks süsteemi, kasutatakse anduri elemendi ja seda lugeva süsteemi vahel filtreid.

Mis on passiivsed ja aktiivsed filtrid?

Tarvikud

• 2 takisti;
• 2 keraamilist kondensaatorit
• 2 elektrolüütkondensaatorid;
• Operatiivne võimendi LM358
• Toitekaablid või 9 V aku;

Samm: mis on passiivsed ja aktiivsed filtrid?

Filtrid on ahelad, mis suudavad signaali "puhastada", eraldada soovimatud signaalid, et vältida tegelikkusele mittevastavate väärtuste lugemist.

Filtreid võib olla kahte tüüpi: passiivsed ja aktiivsed.

Filtrid võivad olla passiivsed, mis on lihtsaimad, kuna need koosnevad ainult takistitest ja kondensaatoritest.

Aktiivsed filtrid

Aktiivfiltrid kasutavad lisaks takistitele ja kondensaatoritele filtreerimise täiustamiseks võimendeid ning digitaalseid filtreid, mida kasutatakse protsessorites ja mikrokontrollerites.

Seetõttu saate sellest artiklist teada:

Mõista, kuidas madalpääsfilter töötab;

Seadistage operatsioonvõimendi LM358 abil madalpääsfiltri riistvara katkestussagedusega 100 Hz;

Arvutage vooluahela passiivsete komponentide väärtused;

Pange kokku madalpääsfilter NextPCB.

Allpool tutvustame Arduinoga meie ahelate jaoks aktiivse madalpääsfiltri väljatöötamise protsessi.

2. samm: aktiivse madalpääsfiltri RC vooluahela väljatöötamine

Selles projektis töötatakse välja aktiivne madalpääsfilter koos NEXTPCB - trükkplaadiga, see tähendab, et see võimaldab meil läbida madalaid sagedusi. Valitav sagedusvahemik sõltub vooluahela toimimisest.

Selle artikli jaoks kasutame aktiivset madalpääsfiltrit, kuna neid kasutatakse sagedustel alla 1 MHz, ja lisaks saab signaali võimendada, kuna selles vooluringis kasutatakse operatsioonivõimendit.

Seetõttu keskendutakse selle projekti põhjal aktiivse madalpääsfiltriahela ja selle sümmeetrilise toiteahela arendamisele. Joonis 1 illustreerib selle vooluahela riistvara.

TinkerCADis konstrueeritud madalpääsfiltri RC vooluahelale pääseb juurde järgmisel lingil:

Nagu mainitud, kasutasime selles projektis Arduino, et saada signaali andurilt. Seega on ülaltoodud joonisel madalpääsfiltri RC ahelal kolm olulist osa:

• Signaali generaator,
• Aktiivne filter ja;
• Arduino andurite andmete kogumiseks.

Signaaligeneraator vastutab anduri toimimise simuleerimise ja signaali edastamise eest Arduinole. See signaal filtreeritakse seejärel läbi madalpääsfiltri RC ning seejärel loeb ja töötleb filtreeritud signaali Arduino.

Seega vajame madalpääsfiltri RC kokkupanekuks järgmisi elektroonilisi komponente:

• 2 takisti;
• 2 keraamilist kondensaatorit
• 2 elektrolüütkondensaatorid;
• Operatiivne võimendi LM358
• Toiteklemmid või 9V aku

Järgnevalt esitame vooluahela takistite ja kondensaatorite väärtuste arvutamise. Nende komponentide arvutamine põhineb aktiivse filtri madalpääsfiltri väljalülitamissagedusel.

Takisti ja kondensaatori arvutused

Kavandatud vooluringi jaoks kasutame madalpääsfiltri katkestussagedust 100 Hz. Sel viisil võimaldab ahel sagedustel üle 100 Hz ja üle 100 Hz, signaal väheneb plahvatuslikult.

Seetõttu on meil kondensaatorite arvutamiseks: Esialgu piisab väärtuse C1 määratlemisest, mille puhul saab määrata kaubandusliku väärtuse 1 kuni 100 nF.

Järgmisena tegime kondensaatori C2 arvutamise vastavalt allolevale võrrandile.

Seejärel kasutage R1 ja R2 väärtuse arvutamiseks allolevat valemit. Valemit saab kasutada kahe takisti väärtuse projitseerimiseks. Järgmisena vaadake tehtud arvutust.

Kui f*C on madalpääsfiltri väljalülitamissagedus, st sellest sagedusest kõrgem, väheneb selle signaali võimendus. Selle süsteemi f*C väärtus on 100 Hz.

Seetõttu on meil R1 ja R2 jaoks järgmine takisti väärtus.

Projekti takistite ja kondensaatori jaoks saadud väärtustest peame seejärel välja töötama aktiivse filtri toiteahela. Seda tüüpi filtrite puhul peame kasutama asümmeetrilist toiteallikat ja seejärel esitame toiteahela.

Samm: toiteallikas

Selle vooluahela nõutav võimsus on sümmeetriline toiteallikas. Kui teil pole sümmeetrilist toiteallikat, koondage vooluring lihtsa toiteallikaga töötavate kondensaatorite abil.

Toiteallika pinge väärtus peab aga olema suurem kui 10 V, kuna sümmeetrilise allika väärtus jagatakse 2 -ga.

Ülaltoodud joonis näitab toiteallika vooluahelat.

See vooluahel on joonisel 1 juba elektroonilisel skeemil, kuna kasutatakse tavalist mittesümmeetrilist allikat.

Pärast aktiivse filtriahela ja selle toiteahela projekteerimist töötasime välja elektroonilise filtrimooduli, mida kasutada teie projektides koos Arduinoga või muudes projektides, mis vajavad selleks filtrit.

Järgnevalt tutvustame elektroonilise skeemi ülesehitust ja väljatöötatud elektroonilise tahvli disaini.

Aktiivse madalpääsfiltri RC trükkplaat

4. samm: aktiivse madalpääsfiltri RC trükkplaat

Elektroonilise trükkplaadi - NEXTPCB - valmistamiseks töötati välja vooluahela elektrooniline skeem. Aktiivse madalpääsfiltri RC elektrooniline skeem on näidatud joonisel 3.

Seejärel eksporditi skeem tarkvara Altium PCB disaini ja kujundati järgmine plaat, nagu on näidatud joonisel 4.

Vooluahela ja sisendsignaali varustamiseks kasutati kolme tihvti ja väljundis kahte tihvti. Neid kahte tihvti kasutatakse filtreeritud signaali ja ahela GND väljundiks.

Pärast trükkplaadi paigutuse kujundamist genereeriti trükkplaadi 3D -kujundus ja see esitati joonisel 5.

PCB projektist saate seda moodulit kasutada ja rakendada oma projektile koos Arduinoga. Nii tühistatakse teatud parasiitsignaalid ja teie projekt töötab ilma signaalinäidu vigade ohuta.

Järeldus

Seda aktiivse madalpääsfiltri RC vooluahelat saab laialdaselt kasutada Arduino võimsuse filtreerimiseks, jadaside signaalide filtreerimiseks, nagu raadiosagedusel, millel on tavaliselt palju signaale, mis tavaliselt põhjustavad jadaühenduse häireid, tingimusel et piirisagedust muudetakse.

Näpunäide pärast selle vooluahela kokkupanekut on teha ühendus Arduinole lähemale, kuna hea osa häiretest on anduri ja mikrokontrolleri vahelises kauguses ning enamikul juhtudel ei saa mikrokontroller olla väga lähedal, sest andur võib Arduinole kahjulik olla.

Lisaks, et signaal oleks pidevam, muutke lihtsalt madalpääsfiltri väljalülitamissagedus madalamaks, see muudab takistite ja kondensaatorite väärtusi. Selle eelised on ka signaali võimenduse loomine, kui signaal on madal.

Oluline teave

Kõigile failidele pääseb juurde järgmiselt lingilt: Trükkplaadi failid

Saate hankida oma 10 PCB -d ja maksta NextPCB -s esmakordsel ostmisel ainult transporditasu. Nautige ja kasutage seda projekti koos oma Arduino projektide ja anduritega.