Aktiewe laagpasfilter RC toegepas in projekte met Arduino: 4 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:24

Tinkercad -projekte »

Die laagdeurlaatfilter is uitstekende elektroniese stroombane om parasitiese seine van u projekte uit te filter. 'N Algemene probleem in projekte met Arduino en stelsels met sensors wat naby kragkringe werk, is die teenwoordigheid van' parasitiese 'seine.

Dit kan veroorsaak word deur vibrasie of magnetiese velde in dieselfde gebied as die sensor.

Hierdie seine, wat meestal van hoë frekwensie is, veroorsaak versteuring tydens die lees, en gevolglik kom daar foutiewe metings in die outomatiseringstelsel voor. 'N Algemene voorbeeld is die aanvang van 'n masjien wat 'n hoë aanvanklike stroom benodig.

Dit veroorsaak dat hoëfrekwensie-geraas ontstaan in verskeie elemente wat aan die elektriese netwerk gekoppel is, insluitend sensors.

Om te verhoed dat hierdie geluide die stelsel beïnvloed, word filters gebruik tussen die sensorelement en die stelsel wat dit lees.

Wat is passiewe en aktiewe filters?

Voorrade

• 2 Weerstande;
• 2 keramiek kondensators
• 2 Elektrolitiese kapasitors;
• Operasionele versterker LM358
• Kragterminale of 9V battery;

Stap 1: Wat is passiewe en aktiewe filters?

Filters is stroombane wat 'n sein kan "skoonmaak", ongewenste seine kan skei om te verhoed dat leeswaardes wat nie by die werklikheid pas nie.

Filters kan van twee tipes wees: passief en aktief.

Passiewe filters Filters kan passief wees, wat die eenvoudigste is, aangesien dit slegs uit resistors en kapasitors bestaan.

Aktiewe filters

Aktiewe filters, benewens weerstande en kapasitors, gebruik amp-ops om filter te verbeter, en digitale filters, wat in verwerkers en mikrobeheerders gebruik word.

Daarom leer u in hierdie artikel:

Verstaan hoe lae deurgefilter werk;

Stel die hardeware van die laagdeurlaatfilter op met 'n afsnyfrekwensie van 100 Hz met 'n operasionele versterker LM358;

Die waardes van die passiewe komponente van die stroombaan te bereken;

Monteer 'n laepasfilter NextPCB.

Hieronder bied ons die proses aan om die aktiewe laagdoorlaatfilter vir ons stroombane met Arduino te ontwikkel.

Stap 2: Ontwikkeling van die Active Low Pass Filter RC Circuit

In hierdie projek sal 'n aktiewe laagdeurlaatfilter ontwikkel word met NEXTPCB - Printed Circuit Board, dit wil sê, dit stel ons in staat om lae frekwensies te slaag. Die gekose frekwensiebereik hang af van die werking van die stroombaan.

Vir hierdie artikel gebruik ons 'n aktiewe laagdoorlaatfilter, aangesien dit gebruik word vir frekwensies onder 1MHz, en daarbenewens kan seinversterking gedoen word, aangesien 'n operasionele versterker in hierdie kring gebruik sal word.

Op grond van hierdie projek sal die sentrale fokus dus wees op die ontwikkeling van die aktiewe laagdeurlaatfilterbaan en die simmetriese toevoerkring. Figuur 1 illustreer die hardeware van hierdie stroombaan.

Die laagpasfilter RC-kring wat in TinkerCAD gebou is, kan verkry word op die volgende skakel:

Soos genoem, het ons Arduino in hierdie projek gebruik om die sein van 'n sensor te verkry. Dus, die laagdeurlaatfilter RC -kring in die bostaande figuur het drie belangrike dele:

• Die seinopwekker,
• Die aktiewe filter en;
• Arduino vir die versameling van sensor data.

Die seinopwekker is verantwoordelik vir die nabootsing van die werking van 'n sensor en die oordrag van die sein na die Arduino. Hierdie sein word dan deur die laagdeurlaatfilter RC gefiltreer, en daarna word die gefiltreerde sein deur Arduino gelees en verwerk.

Om die lae pasfilter RC te monteer, benodig ons die volgende elektroniese komponente:

• 2 Weerstande;
• 2 keramiek kondensators
• 2 Elektrolitiese kapasitors;
• Operasionele versterker LM358
• Kragterminale of 9V battery

Vervolgens bied ons die berekening van die waardes van die weerstande en kapasitors van die stroombaan aan. Die berekening van hierdie komponente is gebaseer op die laag deurlaatfilter se afsnyprekwensie van die aktiewe filter.

Weerstand- en kondensatorberekeninge

Vir die voorgestelde stroombaan gebruik ons 'n laag deurlaatfilter afsnyfrekwensie van 100Hz. Op hierdie manier laat die kring toe dat frekwensies onder 100Hz en bo 100Hz verbygaan, die sein sal eksponensieel afneem.

Daarom het ons vir die berekening van kapasitors: Aanvanklik is dit genoeg om 'n waarde van C1 te definieer, in welke geval 'n kommersiële waarde van 1 tot 100nF gedefinieer kan word.

Vervolgens het ons die berekening van kapasitor C2 volgens die vergelyking hieronder uitgevoer.

Gebruik dan die formule hieronder om die waarde van R1 en R2 te bereken. Die formule kan gebruik word om die waarde van die twee weerstande te projekteer. Sien vervolgens die berekening wat uitgevoer is.

Waar f*C die laagdoorlaatfilter se afsnyprekwensie is, dit wil sê bo die frekwensie, sal die wins van hierdie sein afneem. Die f*C -waarde vir hierdie stelsel is 100 Hz.

Daarom het ons die volgende weerstandswaarde vir R1 en R2.

Uit die waardes verkry vir die weerstande en kapasitor van die projek, moet ons dan die kragtoevoerstroombaan vir die aktiewe filter ontwikkel. Vir hierdie tipe filter moet ons asimmetriese kragtoevoer gebruik, en dan sal ons die toevoerbaan voorstel.

Stap 3: Die kragtoevoer

Die vereiste krag vir hierdie stroombaan is 'n simmetriese kragtoevoer. As u nie 'n simmetriese kragbron het nie, moet u 'n stroombaan saamstel met behulp van kondensators wat deur 'n eenvoudige kragtoevoer aangedryf word.

Die spanningswaarde van die kragtoevoer moet egter groter as 10V wees, aangesien die waarde van die simmetriese bron gedeel word deur 2.

Figuur hierbo toon die stroombaan se stroombaan aan.

Hierdie stroombaan is reeds in die elektroniese diagram in figuur 1, aangesien 'n algemene nie-simmetriese bron gebruik word.

Na die ontwerp van die aktiewe filterkring en sy toevoerbaan, het ons 'n elektroniese filtermodule ontwikkel wat gebruik kan word in u projekte met Arduino of in ander projekte wat 'n filter vir hierdie doel benodig.

Vervolgens bied ons die struktuur van die elektroniese skema en die ontwerp van die ontwikkelde elektroniese bord aan.

Die printplaat van die Active Low Pass Filter RC

Stap 4: Die printplaat van die Active Low Pass Filter RC

Om die elektroniese printplaat - NEXTPCB te maak, is die elektroniese skema van die stroombaan ontwikkel. Die elektroniese skema van die Active Low Pass Filter RC word in Figuur 3 getoon.

Daarna is die skema uitgevoer na die PCB -ontwerp van die Altium -sagteware en die volgende bord is ontwerp, soos getoon in figuur 4.

Drie penne is gebruik om die kring- en insetsein en twee penne aan die uitgang te verskaf. Die twee penne word gebruik vir die uitset van die gefiltreerde sein en die GND van die stroombaan.

Na die ontwerp van die uitleg van die PCB, is die 3D -ontwerp van die printplaat gegenereer en in figuur 5 aangebied.

Vanuit die PCB -projek kan u hierdie module gebruik en dit op u projek toepas met Arduino. Op hierdie manier word sekere parasitiese seine gekanselleer en sal u projek werk sonder dat daar foute in die seinlesing is.

Afsluiting

Hierdie aktiewe laagdoorlaatfilter RC -kring kan wyd gebruik word om die krag van die Arduino te filter, die seine van seriële kommunikasie te filter, soos in radiofrekwensie, wat gewoonlik baie seine het wat gewoonlik interferensie in die seriële kommunikasie veroorsaak, mits die waarde van die afsnyfrekwensie word verander.

'N Wenk na die samestelling van hierdie stroombaan is om die verbinding nader aan die Arduino te maak, aangesien 'n goeie deel van die interferensie in die afstand tussen die sensor en die mikrobeheerder is, en in die meeste gevalle kan die mikrobeheerder nie baie naby wees nie, omdat die ligging van die sensor kan skadelik wees vir die Arduino.

Verder, om 'n meer deurlopende sein te hê, verander die afsnyprekwensie van die laagdoorlaatfilter na 'n laer frekwensie, dit verander die waardes van die weerstande en kapasitors. Dit het ook die voordele daarvan om 'n toename in die sein te skep, as die sein laag is.

Belangrike informasie

Alle lêers kan verkry word op die volgende skakel: lêers van die printplaat

U kan u eie 10 PCB's kry en slegs die vrag by die eerste aankoop op die NextPCB betaal. Geniet en gebruik hierdie projek saam met u Arduino -projekte en sensors.