Aktīvā zemas caurlaidības filtra RC, kas tiek izmantots projektos ar Arduino: 4 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:53

Tinkercad projekti »

Zemfrekvences filtrs ir lieliskas elektroniskās shēmas, lai filtrētu parazītiskos signālus no jūsu projektiem. Bieži sastopama problēma projektos ar Arduino un sistēmām ar sensoriem, kas darbojas tuvu strāvas ķēdēm, ir “parazītu” signālu klātbūtne.

Tos var izraisīt vibrācija vai magnētiskie lauki tajā pašā vietā, kur atrodas sensors.

Šie signāli, kas pārsvarā ir augstas frekvences, lasīšanas laikā rada traucējumus, un līdz ar to automatizācijas sistēmā rodas kļūdaini rādījumi. Parasts piemērs ir tādas mašīnas iedarbināšana, kurai nepieciešama liela sākotnējā strāva.

Tas izraisīs augstfrekvences trokšņa veidošanos vairākos elementos, kas ir pievienoti elektrotīklam, ieskaitot sensorus.

Lai šie trokšņi neietekmētu sistēmu, starp sensora elementu un sistēmu, kas to nolasa, tiek izmantoti filtri.

Kas ir pasīvie un aktīvie filtri?

Piegādes

• 2 rezistori;
• 2 keramikas kondensatori
• 2 elektrolītiskie kondensatori;
• Darbības pastiprinātājs LM358
• Barošanas spailes vai 9V akumulators;

1. darbība. Kas ir pasīvie un aktīvie filtri?

Filtri ir shēmas, kas var “iztīrīt” signālu, atdalīt nevēlamus signālus, lai izvairītos no realitātes neatbilstošu vērtību nolasīšanas.

Filtri var būt divu veidu: pasīvi un aktīvi.

Pasīvie filtriFiltri var būt pasīvi, kas ir vienkāršākie, jo tie sastāv tikai no rezistoriem un kondensatoriem.

Aktīvie filtri

Aktīvie filtri papildus rezistoriem un kondensatoriem izmanto pastiprinātājus, lai uzlabotu filtrēšanu, un digitālos filtrus, kas tiek izmantoti procesoros un mikrokontrolleros.

Tāpēc šajā rakstā jūs uzzināsit:

Saprast, kā darbojas zemas caurlaidības filtrs;

Konfigurējiet zemas caurlaidības filtra aparatūru ar izslēgšanas frekvenci 100 Hz, izmantojot operatīvo pastiprinātāju LM358;

Aprēķiniet ķēdes pasīvo komponentu vērtības;

Samontējiet zemas caurlaidības filtru NextPCB.

Zemāk mēs iepazīstinām ar aktīvā zemas caurlaidības filtra izstrādes procesu mūsu ķēdēm ar Arduino.

2. solis: aktīvās zemas caurlaidības filtra RC shēmas izstrāde

Šajā projektā tiks izstrādāts aktīvs zemas caurlaides filtrs ar NEXTPCB - iespiedshēmas plati, tas ir, tas ļauj mums iziet zemās frekvences. Frekvenču diapazons, kas jāizvēlas, ir atkarīgs no ķēdes darbības.

Šajā rakstā mēs izmantosim aktīvo zemas caurlaidības filtru, jo tie tiek izmantoti frekvencēm, kas zemākas par 1 MHz, un turklāt var veikt signāla pastiprināšanu, jo šajā ķēdē tiks izmantots operatīvais pastiprinātājs.

Tāpēc, pamatojoties uz šo projektu, galvenā uzmanība tiks pievērsta aktīvās zemas caurlaidības filtra ķēdes un tās simetriskās barošanas ķēdes attīstībai. 1. attēlā parādīta šīs shēmas aparatūra.

TinkerCAD izveidotajai zemfrekvences filtra RC shēmai var piekļūt, izmantojot šo saiti:

Kā minēts, šajā projektā mēs izmantojām Arduino, lai iegūtu signālu no sensora. Tādējādi zemfrekvences filtra RC ķēdei iepriekš redzamajā attēlā ir 3 svarīgas daļas:

• Signāla ģenerators,
• Aktīvais filtrs un;
• Arduino sensoru datu vākšanai.

Signāla ģenerators ir atbildīgs par sensora darbības simulāciju un signāla pārraidi uz Arduino. Pēc tam šis signāls tiek filtrēts caur zemas caurlaidības filtru RC, un pēc tam filtrēto signālu nolasa un apstrādā Arduino.

Tādējādi, lai veiktu zemas caurlaidības filtra RC montāžu, mums būs nepieciešami šādi elektroniskie komponenti:

• 2 rezistori;
• 2 keramikas kondensatori
• 2 elektrolītiskie kondensatori;
• Darbības pastiprinātājs LM358
• Barošanas spailes vai 9V akumulators

Tālāk mēs piedāvājam ķēdes rezistoru un kondensatoru vērtību aprēķinu. Šo komponentu aprēķins ir balstīts uz aktīvā filtra zemfrekvences filtra izslēgšanas frekvenci.

Rezistoru un kondensatoru aprēķini

Piedāvātajai shēmai mēs izmantosim zemas caurlaidības filtra izslēgšanas frekvenci 100 Hz. Tādā veidā ķēde ļaus frekvencēm pāriet zem 100Hz un virs 100Hz, signāls samazināsies eksponenciāli.

Tāpēc, lai aprēķinātu kondensatorus, mums ir: Sākotnēji pietiek definēt vērtību C1, un tādā gadījumā var noteikt komerciālo vērtību no 1 līdz 100 nF.

Tālāk mēs veicām kondensatora C2 aprēķinu saskaņā ar zemāk redzamo vienādojumu.

Pēc tam izmantojiet zemāk esošo formulu, lai aprēķinātu R1 un R2 vērtību. Formulu var izmantot, lai projicētu abu rezistoru vērtību. Tālāk skatiet veikto aprēķinu.

Ja f*C ir zemas caurlaidības filtra izslēgšanas frekvence, tas ir, virs šīs frekvences, šī signāla pastiprinājums samazināsies. Šīs sistēmas f*C vērtība būs 100 Hz.

Tāpēc mums ir šāda rezistora vērtība R1 un R2.

No vērtībām, kas iegūtas projekta rezistoriem un kondensatoram, mums ir jāizstrādā strāvas padeves ķēde aktīvajam filtram. Šim filtra veidam ir jāizmanto asimetrisks barošanas avots, un tālāk mēs parādīsim barošanas ķēdi.

3. solis: barošanas avots

Nepieciešamā jauda šai ķēdei ir simetrisks barošanas avots. Ja jums nav simetriskas barošanas avota, salieciet ķēdi, izmantojot kondensatorus, ko darbina vienkāršs barošanas avots.

Tomēr barošanas avota sprieguma vērtībai jābūt lielākai par 10 V, jo simetriskā avota vērtība tiks dalīta ar 2.

Augšējā attēlā parādīta barošanas avota ķēde.

Šī shēma jau ir redzama elektroniskajā diagrammā 1. attēlā, jo tiek izmantots parasts nesimetrisks avots.

Pēc aktīvās filtra ķēdes un tās piegādes ķēdes projektēšanas mēs izstrādājām elektronisko filtru moduli, ko izmantot jūsu projektos ar Arduino vai citos projektos, kuriem šim nolūkam ir nepieciešams filtrs.

Tālāk mēs iepazīstināsim ar elektroniskās shēmas struktūru un izstrādātās elektroniskās plates dizainu.

Active Low Pass Filter RC iespiedshēmas plate

4. darbība. Aktīvās zemas caurlaidības filtra RC iespiedshēmas plate

Lai izveidotu elektronisko iespiedshēmas plati - NEXTPCB, tika izstrādāta shēmas elektroniskā shēma. Aktīvā zemas caurlaidības filtra RC elektroniskā shēma ir parādīta 3. attēlā.

Pēc tam shēma tika eksportēta uz Altium programmatūras PCB dizainu un tika izstrādāta šāda plāksne, kā parādīts 4. attēlā.

Trīs tapas tika izmantotas, lai piegādātu ķēdi un ieejas signālu, un divas tapas pie izejas. Abas tapas tiek izmantotas filtrētā signāla un ķēdes GND izvadīšanai.

Pēc PCB izkārtojuma izstrādes tika izveidots iespiedshēmas plates 3D dizains un parādīts 5. attēlā.

Izmantojot PCB projektu, varat izmantot šo moduli un piemērot to savam projektam ar Arduino. Tādā veidā daži parazītiskie signāli tiks atcelti, un jūsu projekts darbosies bez risku kļūdīties signāla nolasīšanā.

Secinājums

Šo aktīvās zemas caurlaidības filtra RC ķēdi var plaši izmantot, lai filtrētu Arduino jaudu, filtrētu seriālās komunikācijas signālus, piemēram, radiofrekvencē, kurai parasti ir daudz signālu, kas parasti rada traucējumus sērijas sakaros, ar nosacījumu, ka tiek mainīta robežfrekvence.

Padoms pēc šīs shēmas salikšanas ir izveidot savienojumu tuvāk Arduino, jo liela daļa traucējumu ir attālumā starp sensoru un mikrokontrolleri, un vairumā gadījumu mikrokontrolleris nevar atrasties ļoti tuvu, jo sensors var būt kaitīgs Arduino.

Turklāt, lai iegūtu nepārtrauktāku signālu, vienkārši nomainiet zemfrekvences filtra izslēgšanas frekvenci uz zemāku frekvenci, tas mainīs rezistoru un kondensatoru vērtības. Tam ir arī priekšrocības, radot signāla pastiprinājumu, ja signāls ir zems.

Svarīga informācija

Visiem failiem var piekļūt, izmantojot šo saiti: Iespiestas shēmas plates faili

Jūs varat iegādāties savu 10 PCB un samaksāt tikai par kravu, veicot pirmo pirkumu NextPCB. Izbaudiet un izmantojiet šo projektu ar saviem Arduino projektiem un sensoriem.