Filtri Aktiv i Kalimit të Ulët RC Zbatohet në Projekte Me Arduino: 4 Hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:13

Projektet Tinkercad »

Filtri me kalim të ulët është qarqe elektronike të shkëlqyera për të filtruar sinjalet parazitare nga projektet tuaja. Një problem i zakonshëm në projektet me Arduino dhe sistemet me sensorë që punojnë pranë qarqeve të energjisë është prania e sinjaleve "parazitare".

Ato mund të shkaktohen nga dridhjet ose fushat magnetike në të njëjtën zonë me sensorin.

Këto sinjale, të cilat janë kryesisht me frekuencë të lartë, shkaktojnë shqetësim në kohën e leximit dhe, rrjedhimisht, lexime të gabuara ndodhin në sistemin e automatizimit. Një shembull i zakonshëm është fillimi i një makine që kërkon një rrymë të lartë fillestare.

Kjo do të shkaktojë gjenerimin e zhurmës me frekuencë të lartë në disa elementë që janë të lidhur me rrjetin elektrik, përfshirë sensorët.

Për të parandaluar që këto zhurma të ndikojnë në sistem, filtrat përdoren midis elementit të sensorit dhe sistemit që e lexon atë.

Cilat janë filtrat pasivë dhe aktivë?

Furnizimet

• 2 Rezistorë;
• 2 kondensatorë qeramikë
• 2 Kondensatorë elektrolitikë;
• Përforcuesi operacional LM358
• Terminalet e energjisë ose bateria 9V;

Hapi 1: Cilat janë filtrat pasivë dhe aktivë?

Filtrat janë qarqe që mund të "pastrojnë" një sinjal, të ndajnë sinjalet e padëshiruara, për të shmangur leximin e vlerave që nuk përputhen me realitetin.

Filtrat mund të jenë të dy llojeve: pasiv dhe aktiv.

Filtrat pasivFiltrat mund të jenë pasivë, të cilët janë më të thjeshtë, pasi ato përbëhen vetëm nga rezistorë dhe kondensatorë.

Filtra aktivë

Filtrat aktivë, përveç rezistorëve dhe kondensatorëve, përdorin amp-ops për të përmirësuar filtrimin, dhe filtra dixhitalë, të cilët përdoren në përpunuesit dhe mikrokontrolluesit.

Prandaj, në këtë artikull, do të mësoni:

Kuptoni se si funksionon filtri me kalim të ulët;

Konfiguroni pajisjen e filtrit të kalimit të ulët me një frekuencë ndërprerjeje prej 100 Hz duke përdorur një përforcues operacional LM358;

Të njehsojë vlerat e përbërësve pasivë të qarkut;

Mblidhni një filtër me kalim të ulët NextPCB.

Më poshtë, ne paraqesim procesin e zhvillimit të filtrit aktiv të kalimit të ulët për qarqet tona me Arduino.

Hapi 2: Zhvillimi i qarkut RC të filtrit aktiv me kalim të ulët

Në këtë projekt do të zhvillohet një filtër aktiv me kalim të ulët me NEXTPCB - Bordi i Qarkut të Shtypur, domethënë na lejon të kalojmë frekuenca të ulëta. Gama e frekuencës që do të zgjidhet varet nga funksionimi i qarkut.

Për këtë artikull ne do të përdorim një filtër aktiv me kalim të ulët, pasi ato përdoren për frekuenca nën 1MHz, dhe, përveç kësaj, mund të bëhet përforcimi i sinjalit, pasi një përforcues operacional do të përdoret në këtë qark.

Prandaj, bazuar në këtë projekt, fokusi qendror do të jetë në zhvillimin e qarkut të filtrit aktiv të kalimit të ulët dhe qarkut simetrik të furnizimit të tij. Figura 1 ilustron harduerin e këtij qarku.

Qarku RC i filtrit të ulët i ndërtuar në TinkerCAD mund të arrihet në lidhjen e mëposhtme:

Siç u përmend, ne përdorëm Arduino në këtë projekt për të marrë sinjalin nga një sensor. Kështu, qarku i RC i filtrit me kalim të ulët në figurën e mësipërme kemi 3 pjesë të rëndësishme:

• Gjeneratori i sinjalit,
• Filtri aktiv dhe;
• Arduino për mbledhjen e të dhënave të sensorit.

Gjeneratori i sinjalit është përgjegjës për simulimin e funksionimit të një sensori dhe transmetimin e sinjalit në Arduino. Ky sinjal pastaj filtrohet përmes filtrit RC të kalimit të ulët dhe, më pas, sinjali i filtruar lexohet dhe përpunohet nga Arduino.

Kështu, për të kryer montimin e filtrit RC me kalim të ulët do të na duhen përbërësit elektronikë të mëposhtëm:

• 2 Rezistorë;
• 2 kondensatorë qeramikë
• 2 Kondensatorë elektrolitikë;
• Përforcuesi operacional LM358
• Terminalet e energjisë ose bateria 9V

Tjetra, ne paraqesim llogaritjen e vlerave të rezistorëve dhe kondensatorëve të qarkut. Llogaritja e këtyre përbërësve bazohet në frekuencën e ndërprerjes së filtrit të ulët të filtrit aktiv.

Llogaritjet e Rezistorit dhe Kondensatorit

Për qarkun e propozuar, ne do të përdorim një frekuencë të ndërprerjes së filtrit me kalim të ulët prej 100Hz. Në këtë mënyrë, qarku do të lejojë që frekuencat të kalojnë nën 100Hz dhe mbi 100Hz, sinjali do të ulet në mënyrë eksponenciale.

Prandaj, për llogaritjen e kondensatorëve, kemi: Fillimisht, mjafton të përcaktojmë një vlerë të C1, me ç’rast mund të përcaktohet një vlerë tregtare prej 1 deri në 100nF.

Tjetra, ne kemi kryer llogaritjen e kondensatorit C2 sipas ekuacionit më poshtë.

Pastaj përdorni formulën më poshtë për të llogaritur vlerën e R1 dhe R2. Formula mund të përdoret për të projektuar vlerën e dy rezistorëve. Tjetra, shihni llogaritjen e kryer.

Aty ku f*C është frekuenca e ndërprerjes së filtrit me kalim të ulët, domethënë mbi atë frekuencë, përfitimi i këtij sinjali do të ulet. Vlera f*C për këtë sistem do të jetë 100 Hz.

Prandaj, ne kemi vlerën e mëposhtme të rezistencës për R1 dhe R2.

Nga vlerat e marra për rezistorët dhe kondensatorin e projektit, atëherë duhet të zhvillojmë qarkun e furnizimit me energji për filtrin aktiv. Për këtë lloj filtri, ne duhet të përdorim furnizim asimetrik të energjisë dhe, më pas, do të paraqesim qarkun e furnizimit.

Hapi 3: Furnizimi me energji elektrike

Fuqia e kërkuar për këtë qark është një furnizim simetrik i energjisë. Nëse nuk keni një furnizim simetrik të energjisë, mblidhni një qark duke përdorur kondensatorë të mundësuar nga një furnizim me energji të thjeshtë.

Sidoqoftë, vlera e tensionit të furnizimit me energji duhet të jetë më e madhe se 10V, pasi vlera e burimit simetrik do të ndahet me 2.

Figura e mësipërme tregon qarkun e furnizimit me energji elektrike.

Ky qark është tashmë në diagramin elektronik në Figurën 1, pasi përdoret një burim i zakonshëm jo-simetrik.

Pas projektimit të qarkut të filtrit aktiv dhe qarkut të tij të furnizimit, ne zhvilluam një modul elektronik të filtrit që do të përdoret në projektet tuaja me Arduino ose në projekte të tjera që kanë nevojë për një filtër për këtë qëllim.

Tjetra, ne do të paraqesim strukturën e skemës elektronike dhe modelin e bordit elektronik të zhvilluar.

Bordi i qarkut të shtypur të Filtrit RC Active Low Pass

Hapi 4: Bordi i Qarkut të Shtypur të RC të Filtrit Active Low Pass

Për të bërë tabelën elektronike të qarkut të shtypur - NEXTPCB, u zhvillua skema elektronike e qarkut. Skema elektronike e filtrit aktiv të kalimit të ulët RC është treguar në figurën 3.

Pastaj, skema u eksportua në Dizajnin PCB të softuerit Altium dhe tabela e mëposhtme u krijua, siç tregohet në Figurën 4.

Tre kunja u përdorën për të furnizuar qarkun dhe sinjalin hyrës dhe dy kunja në dalje. Dy kunjat përdoren për daljen e sinjalit të filtruar dhe GND të qarkut.

Pas hartimit të paraqitjes së PCB, dizajni 3D i bordit të qarkut të shtypur u krijua dhe u paraqit në Figurën 5.

Nga projekti PCB, ju mund ta përdorni këtë modul dhe ta zbatoni atë në projektin tuaj me Arduino. Në këtë mënyrë, disa sinjale parazitare do të anulohen dhe projekti juaj do të funksionojë pa rrezikun e gabimeve në leximin e sinjalit.

Përfundim

Ky qark aktiv i filtrit të ulët të kalimit RC mund të përdoret gjerësisht për filtrimin e fuqisë së Arduino, filtrimin e sinjaleve të komunikimit serik, si në radio frekuencën, e cila zakonisht ka shumë sinjale që zakonisht shkaktojnë ndërhyrje në komunikimin serik, me kusht që vlera e frekuenca e ndërprerjes ndryshon.

Një këshillë pas montimit të këtij qarku është që ta bëni lidhjen më afër Arduino, pasi një pjesë e mirë e ndërhyrjes është në distancën midis sensorit dhe mikrokontrolluesit, dhe në shumicën e rasteve, mikrokontrolluesi nuk mund të jetë shumë afër, sepse vendndodhja e sensori mund të jetë i dëmshëm për Arduino.

Përveç kësaj, për të pasur një sinjal më të vazhdueshëm, thjesht ndryshoni frekuencën e ndërprerjes së filtrit me kalim të ulët në një frekuencë më të ulët, kjo do të ndryshojë vlerat e rezistorëve dhe kondensatorëve. Ai gjithashtu ka avantazhet e tij për të krijuar një përfitim në sinjal, nëse sinjali është i ulët.

Informacion i rendesishem

Të gjithë skedarët mund të arrihen në lidhjen e mëposhtme: Skedarët e Bordit të Qarkut të Shtypur

Ju mund të merrni 10 PCB tuaj dhe të paguani vetëm ngarkesën në blerjen e parë në NextPCB. Shijoni dhe përdorni këtë projekt me Projektet dhe sensorët tuaj Arduino.