Активен нискочестотен филтър RC, приложен в проекти с Arduino: 4 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:50

Проекти на Tinkercad »

Нискочестотният филтър е отлична електронна схема за филтриране на паразитни сигнали от вашите проекти. Често срещан проблем в проекти с Arduino и системи със сензори, работещи в близост до захранващи вериги, е наличието на „паразитни“сигнали.

Те могат да бъдат причинени от вибрации или магнитни полета в същата област като сензора.

Тези сигнали, които са предимно с висока честота, причиняват смущения по време на четене и следователно в системата за автоматизация възникват погрешни показания. Често срещан пример е стартирането на машина, която изисква висок начален ток.

Това ще доведе до генериране на високочестотен шум в няколко елемента, които са свързани към електрическата мрежа, включително сензори.

За да се предотврати въздействието на тези шумове върху системата, се използват филтри между сензорния елемент и системата, която го чете.

Какво представляват пасивните и активните филтри?

Консумативи

• 2 резистора;
• 2 керамични кондензатора
• 2 електролитни кондензатора;
• Операционен усилвател LM358
• Захранващи клеми или 9V батерия;

Стъпка 1: Какво представляват пасивните и активните филтри?

Филтрите са вериги, които могат да „изчистят“сигнал, да отделят нежелани сигнали, за да избегнат отчитане на стойности, които не съответстват на реалността.

Филтрите могат да бъдат два вида: пасивни и активни.

Пасивни филтри Филтрите могат да бъдат пасивни, които са най -прости, тъй като се състоят само от резистори и кондензатори.

Активни филтри

Активните филтри, в допълнение към резистори и кондензатори, използват усилватели за подобряване на филтрирането и цифрови филтри, които се използват в процесори и микроконтролери.

Затова в тази статия ще научите:

Разберете как работи нискочестотният филтър;

Конфигурирайте хардуера на нискочестотния филтър с гранична честота 100 Hz, като използвате операционен усилвател LM358;

Изчислете стойностите на пасивните компоненти на веригата;

Сглобете нискочестотен филтър NextPCB.

По -долу представяме процеса на разработване на активен нискочестотен филтър за нашите схеми с Arduino.

Стъпка 2: Разработване на верига за активен нискочестотен филтър RC

В този проект ще бъде разработен активен нискочестотен филтър с NEXTPCB - печатна платка, тоест той ни позволява да преминаваме ниски честоти. Честотният диапазон, който ще бъде избран, зависи от работата на веригата.

За тази статия ще използваме активен нискочестотен филтър, тъй като те се използват за честоти под 1MHz и освен това може да се направи усилване на сигнала, тъй като в тази схема ще се използва операционен усилвател.

Следователно, въз основа на този проект, централният фокус ще бъде върху развитието на активната нискочестотна филтърна верига и нейната симетрична захранваща верига. Фигура 1 илюстрира хардуера на тази схема.

Нискочестотната RC верига на филтъра, построена в TinkerCAD, може да бъде достъпна на следната връзка:

Както бе споменато, използвахме Arduino в този проект, за да получим сигнала от сензор. По този начин нискочестотната RC верига на филтъра на горната фигура имаме 3 важни части:

• Генераторът на сигнали,
• Активният филтър и;
• Arduino за събиране на сензорни данни.

Генераторът на сигнали е отговорен за симулиране на функционирането на сензор и предаване на сигнала към Arduino. След това този сигнал се филтрира през нискочестотния филтър RC и впоследствие филтрираният сигнал се чете и обработва от Arduino.

По този начин, за да извършим монтажа на нискочестотния филтър RC ще ни трябват следните електронни компоненти:

• 2 резистора;
• 2 керамични кондензатора
• 2 електролитни кондензатора;
• Операционен усилвател LM358
• Захранващи клеми или 9V батерия

След това представяме изчисляването на стойностите на резисторите и кондензаторите на веригата. Изчисляването на тези компоненти се основава на честотата на прекъсване на нискочестотния филтър на активния филтър.

Изчисления на резистор и кондензатор

За предложената схема ще използваме честота на прекъсване на нискочестотен филтър от 100Hz. По този начин веригата ще позволи на честотите да преминат под 100Hz и над 100Hz, сигналът ще намалее експоненциално.

Следователно, за изчисляването на кондензаторите имаме: Първоначално е достатъчно да се определи стойност на C1, като в този случай може да се определи търговска стойност от 1 до 100nF.

След това извършихме изчислението на кондензатора C2 съгласно уравнението по -долу.

След това използвайте формулата по -долу, за да изчислите стойността на R1 и R2. Формулата може да се използва за проектиране на стойността на двата резистора. След това вижте извършеното изчисление.

Когато f*C е граничната честота на нискочестотния филтър, тоест над тази честота, усилването на този сигнал ще намалее. Стойността f*C за тази система ще бъде 100 Hz.

Следователно имаме следната стойност на резистора за R1 и R2.

От получените стойности за резисторите и кондензатора на проекта, след това трябва да разработим захранващата верига за активния филтър. За този тип филтри трябва да използваме асиметрично захранване и след това ще представим захранващата верига.

Стъпка 3: Захранването

Необходимата мощност за тази верига е симетрично захранване. Ако нямате симетрично захранване, сглобете верига, използвайки кондензатори, захранвани от обикновено захранване.

Стойността на напрежението на захранването обаче трябва да бъде по -голяма от 10V, тъй като стойността на симетричния източник ще бъде разделена на 2.

Фигура по -горе показва схемата на захранването.

Тази схема вече е в електронната диаграма на фигура 1, тъй като се използва общ несиметричен източник.

След проектирането на активната филтърна верига и нейната захранваща верига, ние разработихме електронен филтър модул, който да се използва във вашите проекти с Arduino или в други проекти, които се нуждаят от филтър за тази цел.

След това ще представим структурата на електронната схема и дизайна на разработената електронна дъска.

Печатната платка на активния нискочестотен филтър RC

Стъпка 4: Печатната платка на активния нискочестотен филтър RC

За да се направи електронната печатна платка - NEXTPCB, е разработена електронната схема на схемата. Електронната схема на активния нискочестотен филтър RC е показана на фигура 3.

След това схемата беше експортирана в PCB Design на софтуера Altium и беше проектирана следната платка, както е показано на фигура 4.

За захранване на веригата и входния сигнал бяха използвани три пина и два извода на изхода. Двата пина се използват за извеждане на филтрирания сигнал и GND на веригата.

След проектирането на оформлението на печатната платка, 3D дизайнът на печатната платка е генериран и представен на Фигура 5.

От проекта за печатни платки можете да използвате този модул и да го приложите към вашия проект с Arduino. По този начин някои паразитни сигнали ще бъдат отменени и вашият проект ще работи без риск от грешки при четенето на сигнала.

Заключение

Тази активна верига за нискочестотен филтър RC може да се използва широко за филтриране на мощността на Arduino, филтриране на сигналите на серийната комуникация, както в радиочестотата, която обикновено има много сигнали, които обикновено причиняват смущения в серийната комуникация, при условие че стойността на граничната честота се променя.

Съвет след сглобяването на тази схема е да направите връзката по -близо до Arduino, тъй като голяма част от смущенията са в разстоянието между сензора и микроконтролера и в повечето случаи микроконтролерът не може да бъде много близо, тъй като местоположението на сензорът може да бъде вреден за Arduino.

В допълнение, за да имате по -непрекъснат сигнал, просто променете граничната честота на нискочестотния филтър на по -ниска честота, това ще промени стойностите на резисторите и кондензаторите. Той също така има своите предимства да създаде усилване на сигнала, ако сигналът е нисък.

Важна информация

Всички файлове могат да бъдат достъпни на следната връзка: Файлове на печатната платка

Можете да получите свои 10 печатни платки и да платите само товара при първата покупка на NextPCB. Насладете се и използвайте този проект с вашите Arduino проекти и сензори.