Aktiivinen alipäästösuodatin RC, jota käytetään projekteissa, joissa on Arduino: 4 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Tinkercad -projektit »

Alipäästösuodatin on erinomainen elektroninen piiri, joka suodattaa pois loissignaalit projekteistasi. Yleinen ongelma projekteissa, joissa on Arduino ja järjestelmät, joiden anturit toimivat virtapiirien lähellä, on "loistaudit".

Ne voivat johtua tärinästä tai magneettikentistä samalla alueella kuin anturi.

Nämä signaalit, jotka ovat enimmäkseen korkeataajuisia, aiheuttavat häiriötä lukemisen aikana ja siten virheellisiä lukemia esiintyy automaatiojärjestelmässä. Yleinen esimerkki on suuren käynnistysvirran vaativan koneen käynnistäminen.

Tämä aiheuttaa korkeataajuisen kohinaa useissa sähköverkkoon kytketyissä elementeissä, mukaan lukien anturit.

Jotta nämä äänet eivät vaikuta järjestelmään, anturielementin ja sitä lukivan järjestelmän välissä käytetään suodattimia.

Mitä passiiviset ja aktiiviset suodattimet ovat?

Tarvikkeet

• 2 vastukset;
• 2 keraamista kondensaattoria
• 2 elektrolyyttikondensaattorit;
• Operatiivinen vahvistin LM358
• Virtaliittimet tai 9 V: n akku;

Vaihe 1: Mitä passiiviset ja aktiiviset suodattimet ovat?

Suodattimet ovat piirejä, jotka voivat”puhdistaa” signaalin ja erottaa toisistaan ei -toivotut signaalit, jotta vältetään todellisuutta vastaavien arvojen lukeminen.

Suodattimia voi olla kahta tyyppiä: passiivinen ja aktiivinen.

Passiiviset suodattimet Suodattimet voivat olla passiivisia, jotka ovat yksinkertaisimpia, koska ne koostuvat vain vastuksista ja kondensaattoreista.

Aktiiviset suodattimet

Aktiiviset suodattimet vastusten ja kondensaattoreiden lisäksi käyttävät vahvistimia suodatuksen parantamiseen ja digitaalisia suodattimia, joita käytetään prosessoreissa ja mikro-ohjaimissa.

Siksi tässä artikkelissa opit:

Ymmärrä alipäästösuodattimen toiminta;

Määritä alipäästösuodattimen laitteisto, jonka rajataajuus on 100 Hz, käyttämällä operaatiovahvistinta LM358;

Laske piirin passiivisten komponenttien arvot;

Kokoa alipäästösuodatin NextPCB.

Alla esittelemme prosessin aktiivisen alipäästösuodattimen kehittämiseksi Arduinon piirillemme.

Vaihe 2: Aktiivisen alipäästösuodattimen RC -piirin kehittäminen

Tässä projektissa kehitetään aktiivinen alipäästösuodatin NEXTPCB - Printed Circuit Boardin kanssa, eli sen avulla voimme ohittaa matalia taajuuksia. Valittava taajuusalue riippuu piirin toiminnasta.

Tässä artikkelissa käytämme aktiivista alipäästösuodatinta, koska niitä käytetään alle 1 MHz: n taajuuksille, ja lisäksi voidaan vahvistaa signaalia, koska tässä piirissä käytetään operaatiovahvistinta.

Siksi tämän hankkeen perusteella keskitytään aktiivisen alipäästösuodatinpiirin ja sen symmetrisen syöttöpiirin kehittämiseen. Kuva 1 havainnollistaa tämän piirin laitteistoa.

TinkerCADissa rakennettu alipäästösuodattimen RC-piiri on saatavana seuraavasta linkistä:

Kuten mainittiin, käytimme Arduinoa tässä projektissa saadaksemme signaalin anturilta. Näin ollen yllä olevan kuvan alipäästösuodattimen RC -piirissä on 3 tärkeää osaa:

• Signaaligeneraattori,
• Aktiivinen suodatin ja;
• Arduino anturitietojen keräämiseen.

Signaaligeneraattori on vastuussa anturin toiminnan simuloinnista ja signaalin lähettämisestä Arduinolle. Tämä signaali suodatetaan sitten alipäästösuodattimen RC läpi ja tämän jälkeen Arduino lukee ja käsittelee suodatetun signaalin.

Siten alipäästösuodattimen RC kokoamiseen tarvitsemme seuraavia elektronisia komponentteja:

• 2 vastukset;
• 2 keraamista kondensaattoria
• 2 elektrolyyttikondensaattorit;
• Operatiivinen vahvistin LM358
• Virtaliittimet tai 9V akku

Seuraavaksi esitämme piirin vastuksen ja kondensaattorin arvojen laskennan. Näiden komponenttien laskenta perustuu aktiivisen suodattimen alipäästösuodattimen rajataajuuteen.

Vastuksen ja kondensaattorin laskelmat

Ehdotetussa piirissä käytämme alipäästösuodattimen rajataajuutta 100 Hz. Tällä tavalla piiri sallii taajuuksien kulkea alle 100 Hz ja yli 100 Hz, signaali vähenee eksponentiaalisesti.

Siksi kondensaattoreiden laskemiseksi meillä on: Aluksi riittää määritellä arvo C1, jolloin kaupallinen arvo voidaan määrittää 1-100 nF.

Seuraavaksi laskimme kondensaattorin C2 alla olevan yhtälön mukaisesti.

Laske sitten R1- ja R2 -arvot alla olevan kaavan avulla. Kaavaa voidaan käyttää kahden vastuksen arvon heijastamiseen. Katso seuraavaksi suoritettu laskenta.

Missä f*C on alipäästösuodattimen rajataajuus, eli tämän taajuuden yläpuolella, tämän signaalin vahvistus pienenee. Tämän järjestelmän f*C -arvo on 100 Hz.

Siksi meillä on seuraava vastuksen arvo R1: lle ja R2: lle.

Projektin vastuksille ja kondensaattoreille saaduista arvoista meidän on sitten kehitettävä virtalähdepiiri aktiiviselle suodattimelle. Tämän tyyppiselle suodattimelle meidän on käytettävä epäsymmetristä virtalähdettä ja seuraavaksi esittelemme syöttöpiirin.

Vaihe 3: Virtalähde

Tämän piirin tarvittava teho on symmetrinen virtalähde. Jos sinulla ei ole symmetristä virtalähdettä, koota piiri käyttämällä kondensaattoreita, jotka saavat virtansa yksinkertaisesta virtalähteestä.

Virtalähteen jännitearvon on kuitenkin oltava suurempi kuin 10 V, koska symmetrisen lähteen arvo jaetaan 2: lla.

Yllä oleva kuva esittää virtalähteen piirin.

Tämä piiri on jo elektronisessa kaaviossa kuvassa 1, koska käytetään yleistä ei-symmetristä lähdettä.

Aktiivisen suodatinpiirin ja sen syöttöpiirin suunnittelun jälkeen kehitimme elektronisen suodatinmoduulin käytettäväksi projekteissasi Arduinon kanssa tai muissa projekteissa, jotka tarvitsevat suodattimen tähän tarkoitukseen.

Seuraavaksi esittelemme sähköisen järjestelmän rakenteen ja kehitetyn elektronisen piirilevyn suunnittelun.

Aktiivisen alipäästösuodattimen RC painettu piirilevy

Vaihe 4: Aktiivisen alipäästösuodattimen RC: n piirilevy

Elektronisen painetun piirilevyn - NEXTPCB - valmistamiseksi kehitettiin piirin elektroninen kaavio. Aktiivisen alipäästösuodattimen RC elektroninen kaavio on esitetty kuvassa 3.

Sitten järjestelmä vietiin Altium -ohjelmiston piirilevysuunnitteluun ja seuraava levy suunniteltiin kuvan 4 mukaisesti.

Piirin ja tulosignaalin syöttämiseen käytettiin kolmea nastaa ja lähtöön kaksi nastaa. Kahta nastaa käytetään suodatetun signaalin ja piirin GND: n lähtöön.

Piirilevyn asettelun suunnittelun jälkeen piirilevyn 3D -malli luotiin ja esitettiin kuvassa 5.

PCB -projektista voit käyttää tätä moduulia ja soveltaa sitä projektiin Arduinon kanssa. Tällä tavalla tietyt loissignaalit peruutetaan ja projektisi toimii ilman riskiä virheistä signaalin lukemisessa.

Johtopäätös

Tätä aktiivista alipäästösuodattimen RC -piiriä voidaan käyttää laajasti Arduinon tehon suodattamiseen, sarjaliikenteen signaalien suodattamiseen, kuten radiotaajuudessa, jossa on yleensä monia signaaleja, jotka yleensä aiheuttavat häiriöitä sarjaliikenteessä, edellyttäen, että rajataajuus muuttuu.

Vinkki tämän piirin kokoamisen jälkeen on tehdä yhteys lähemmäksi Arduinoa, koska hyvä osa häiriöistä on anturin ja mikro -ohjaimen välisellä etäisyydellä, ja useimmissa tapauksissa mikro ei voi olla kovin lähellä, koska anturi voi olla haitallista Arduinolle.

Lisäksi, jotta signaali olisi jatkuvampi, vaihda vain alipäästösuodattimen rajataajuus alemmalle taajuudelle, mikä muuttaa vastuksen ja kondensaattorin arvoja. Sillä on myös etunsa luoda signaalin vahvistus, jos signaali on heikko.

Tärkeää tietoa

Kaikki tiedostot ovat käytettävissä seuraavasta linkistä: Painetun piirilevyn tiedostot

Voit hankkia omat 10 piirilevyä ja maksaa vain rahdin ensimmäisen ostoksen yhteydessä NextPCB: stä. Nauti ja käytä tätä projektia Arduino -projektien ja -antureiden kanssa.