Aktyvus žemo dažnio filtro RC, taikomas projektams su „Arduino“: 4 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:45

Tinkercad projektai »

Žemo dažnio filtras yra puikios elektroninės grandinės, skirtos filtruoti parazitinius signalus iš jūsų projektų. Dažna problema projektuose su „Arduino“ir sistemomis su jutikliais, veikiančiais netoli elektros grandinių, yra „parazitiniai“signalai.

Juos gali sukelti vibracija ar magnetiniai laukai toje pačioje zonoje kaip ir jutiklis.

Šie signalai, kurie dažniausiai yra aukšto dažnio, sukelia trikdžius skaitymo metu, todėl automatizavimo sistemoje atsiranda klaidingų rodmenų. Dažnas pavyzdys yra mašinos, kuriai reikalinga didelė pradinė srovė, paleidimas.

Tai sukels aukšto dažnio triukšmą keliuose prie elektros tinklo prijungtuose elementuose, įskaitant jutiklius.

Kad šie triukšmai nepaveiktų sistemos, tarp jutiklio elemento ir jį skaitančios sistemos naudojami filtrai.

Kas yra pasyvūs ir aktyvūs filtrai?

Prekės

• 2 rezistoriai;
• 2 keraminiai kondensatoriai
• 2 elektrolitiniai kondensatoriai;
• Operacinis stiprintuvas LM358
• Maitinimo gnybtai arba 9 V baterija;

1 žingsnis: kas yra pasyvūs ir aktyvūs filtrai?

Filtrai yra grandinės, galinčios „išvalyti“signalą, atskirti nepageidaujamus signalus, kad būtų išvengta realybės neatitinkančių verčių skaitymo.

Filtrai gali būti dviejų tipų: pasyvūs ir aktyvūs.

Filtrai gali būti pasyvūs, kurie yra patys paprasčiausi, nes jie susideda tik iš rezistorių ir kondensatorių.

Aktyvūs filtrai

Aktyvūs filtrai, be rezistorių ir kondensatorių, naudoja stiprintuvus, kad pagerintų filtravimą, ir skaitmeninius filtrus, kurie naudojami procesoriuose ir mikrovaldikliuose.

Todėl šiame straipsnyje sužinosite:

Suprasti, kaip veikia žemų dažnių filtras;

Naudodami operacinį stiprintuvą LM358 sukonfigūruokite žemo dažnio filtro aparatinę įrangą, kurios ribinis dažnis yra 100 Hz;

Apskaičiuokite grandinės pasyviųjų komponentų reikšmes;

Surinkite žemo dažnio filtrą NextPCB.

Žemiau mes pristatome aktyvaus žemo dažnio filtro kūrimo procesą mūsų grandinėms su „Arduino“.

2 žingsnis: aktyvaus žemo dažnio filtro RC grandinės kūrimas

Šiame projekte bus sukurtas aktyvus žemo dažnio filtras su NEXTPCB - spausdintine plokšte, tai yra, jis leidžia praleisti žemus dažnius. Pasirinktas dažnių diapazonas priklauso nuo grandinės veikimo.

Šiame straipsnyje mes naudosime aktyvų žemo dažnio filtrą, nes jie naudojami žemesniems nei 1 MHz dažniams, be to, galima sustiprinti signalą, nes šioje grandinėje bus naudojamas operacinis stiprintuvas.

Todėl, remiantis šiuo projektu, pagrindinis dėmesys bus skiriamas aktyvios žemo dažnio filtro grandinės ir jos simetriškos tiekimo grandinės kūrimui. 1 paveiksle pavaizduota šios grandinės aparatinė įranga.

TinkerCAD sukurtą žemo dažnio filtro RC grandinę galima pasiekti paspaudus šią nuorodą:

Kaip minėta, šiame projekte mes panaudojome „Arduino“, kad gautume signalą iš jutiklio. Taigi, žemo dažnio filtro RC grandinė aukščiau esančiame paveikslėlyje turi 3 svarbias dalis:

• Signalo generatorius,
• Aktyvus filtras ir;
• „Arduino“jutiklių duomenims rinkti.

Signalų generatorius yra atsakingas už jutiklio veikimo imitavimą ir signalo perdavimą „Arduino“. Tada šis signalas filtruojamas per žemo dažnio filtrą RC, o vėliau filtruotą signalą skaito ir apdoroja „Arduino“.

Taigi, norint surinkti žemo dažnio filtrą RC, mums reikės šių elektroninių komponentų:

• 2 rezistoriai;
• 2 keraminiai kondensatoriai
• 2 elektrolitiniai kondensatoriai;
• Operacinis stiprintuvas LM358
• Maitinimo gnybtai arba 9 V baterija

Toliau pateikiame grandinės rezistorių ir kondensatorių verčių apskaičiavimą. Šių komponentų skaičiavimas grindžiamas aktyvaus filtro žemo dažnio filtro išjungimo dažniu.

Rezistorių ir kondensatorių skaičiavimai

Siūlomai grandinei naudosime žemo dažnio filtro išjungimo dažnį 100Hz. Tokiu būdu grandinė leis dažniams pereiti žemiau 100Hz ir virš 100Hz, signalas sumažės eksponentiškai.

Todėl apskaičiuodami kondensatorius turime: Iš pradžių pakanka apibrėžti C1 vertę, tokiu atveju galima apibrėžti komercinę vertę nuo 1 iki 100nF.

Toliau mes atlikome kondensatoriaus C2 skaičiavimą pagal žemiau pateiktą lygtį.

Tada naudokite toliau pateiktą formulę, kad apskaičiuotumėte R1 ir R2 reikšmes. Formulė gali būti naudojama dviejų rezistorių vertei projektuoti. Toliau žiūrėkite atliktą skaičiavimą.

Kur f*C yra žemo dažnio filtro išjungimo dažnis, tai yra virš šio dažnio, šio signalo stiprinimas sumažės. Šios sistemos f*C reikšmė bus 100 Hz.

Todėl mes turime tokią rezistoriaus vertę R1 ir R2.

Iš gautų projekto rezistorių ir kondensatoriaus verčių turime sukurti aktyvaus filtro maitinimo grandinę. Šio tipo filtrams turime naudoti asimetrinį maitinimo šaltinį, o po to pristatysime tiekimo grandinę.

3 žingsnis: maitinimo šaltinis

Reikalinga šios grandinės galia yra simetriškas maitinimo šaltinis. Jei neturite simetrinio maitinimo šaltinio, surinkite grandinę naudodami kondensatorius, maitinamus paprastu maitinimo šaltiniu.

Tačiau maitinimo šaltinio įtampos vertė turi būti didesnė nei 10 V, nes simetrinio šaltinio vertė bus padalyta iš 2.

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodyta maitinimo grandinė.

Ši schema jau yra elektroninėje schemoje 1 paveiksle, nes naudojamas bendras nesimetriškas šaltinis.

Sukūrę aktyvaus filtro grandinę ir jos tiekimo grandinę, mes sukūrėme elektroninį filtro modulį, kuris bus naudojamas jūsų projektuose su „Arduino“arba kituose projektuose, kuriems reikalingas filtras.

Toliau pristatysime elektroninės schemos struktūrą ir sukurtos elektroninės plokštės dizainą.

„Active Low Pass Filter RC“spausdintinė plokštė

4 žingsnis: aktyviojo žemo dažnio filtro RC spausdintinė plokštė

Siekiant sukurti elektroninę spausdintinę plokštę - NEXTPCB, buvo sukurta elektroninė grandinės schema. Elektroninė aktyvaus žemo dažnio filtro RC schema parodyta 3 paveiksle.

Tada schema buvo eksportuota į „Altium“programinės įrangos PCB dizainą ir sukurta tokia plokštė, kaip parodyta 4 paveiksle.

Grandinei ir įvesties signalui tiekti buvo naudojami trys kaiščiai, o išėjime - du kaiščiai. Du kaiščiai naudojami filtruoto signalo ir grandinės GND išėjimui.

Sukūrus PCB išdėstymą, buvo sukurtas spausdintinės plokštės 3D dizainas ir pateiktas 5 paveiksle.

Iš PCB projekto galite naudoti šį modulį ir pritaikyti jį savo projektui su „Arduino“. Tokiu būdu tam tikri parazitiniai signalai bus atšaukti, o jūsų projektas veiks be rizikos, kad signalas bus nuskaitytas.

Išvada

Ši aktyvi žemo dažnio filtro RC grandinė gali būti plačiai naudojama filtruojant „Arduino“galią, filtruojant nuoseklaus ryšio signalus, kaip ir radijo dažnyje, kuris paprastai turi daug signalų, kurie paprastai sukelia trukdžius nuosekliajam ryšiui, su sąlyga, kad ribinis dažnis keičiamas.

Patarimas surinkus šią grandinę yra prijungti arčiau „Arduino“, nes didelė trukdžių dalis yra atstumas tarp jutiklio ir mikrovaldiklio, o daugeliu atvejų mikrovaldiklis negali būti labai arti, nes jutiklis gali būti žalingas „Arduino“.

Be to, kad signalas būtų nepertraukiamas, tiesiog pakeiskite žemo dažnio filtro išjungimo dažnį į žemesnį dažnį, tai pakeis rezistorių ir kondensatorių vertes. Jis taip pat turi savo pranašumų, kai signalas yra stiprinamas, jei signalas yra silpnas.

Svarbi informacija

Visus failus galima pasiekti naudojant šią nuorodą: Spausdintos plokštės failai

Galite įsigyti savo 10 PCB ir sumokėti tik už krovinį pirmą kartą perkant „NextPCB“. Mėgaukitės ir naudokitės šiuo projektu su savo „Arduino“projektais ir jutikliais.