Aktivt lavpassfilter RC anvendt i prosjekter med Arduino: 4 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:21

Tinkercad -prosjekter »

Lavpassfilteret er gode elektroniske kretser for å filtrere ut parasittiske signaler fra prosjektene dine. Et vanlig problem i prosjekter med Arduino og systemer med sensorer som jobber nær strømkretser er tilstedeværelsen av "parasittiske" signaler.

De kan være forårsaket av vibrasjoner eller magnetfelt i samme område som sensoren.

Disse signalene, som for det meste er av høy frekvens, forårsaker forstyrrelser på tidspunktet for avlesning, og følgelig forekommer det feilaktige avlesninger i automatiseringssystemet. Et vanlig eksempel er oppstart av en maskin som krever høy startstrøm.

Dette vil forårsake generering av høyfrekvent støy i flere elementer som er koblet til det elektriske nettverket, inkludert sensorer.

For å forhindre at disse lydene påvirker systemet, brukes filtre mellom sensorelementet og systemet som leser det.

Hva er passive og aktive filtre?

Rekvisita

• 2 motstander;
• 2 keramiske kondensatorer
• 2 elektrolytiske kondensatorer;
• Driftsforsterker LM358
• Strømterminaler eller 9V batteri;

Trinn 1: Hva er passive og aktive filtre?

Filtre er kretser som kan "rense" et signal, skille uønskede signaler, for å unngå å lese verdier som ikke samsvarer med virkeligheten.

Filtre kan være av to typer: passiv og aktiv.

Passive filtre Filtre kan være passive, som er de enkleste, ettersom de bare består av motstander og kondensatorer.

Aktive filtre

Aktive filtre, i tillegg til motstander og kondensatorer, bruker amp-ops for å forbedre filtrering, og digitale filtre, som brukes i prosessorer og mikrokontrollere.

Derfor vil du i denne artikkelen lære:

Forstå hvordan lavpasfilter fungerer;

Konfigurer maskinvaren til lavpassfilteret med en cutoff -frekvens på 100 Hz ved bruk av en operasjonsforsterker LM358;

Beregn verdiene til de passive komponentene i kretsen;

Sett sammen et lavpasfilter NextPCB.

Nedenfor presenterer vi prosessen med å utvikle det aktive lavpassfilteret for våre kretser med Arduino.

Trinn 2: Utvikling av Active Low Pass Filter RC Circuit

I dette prosjektet vil det bli utviklet et aktivt lavpassfilter med NEXTPCB - Printed Circuit Board, det vil si at det lar oss passere lavfrekvenser. Frekvensområdet som skal velges avhenger av kretsens drift.

For denne artikkelen vil vi bruke et aktivt lavpassfilter, ettersom de brukes for frekvenser under 1MHz, og i tillegg kan signalforsterkning utføres, ettersom en operasjonsforsterker vil bli brukt i denne kretsen.

Derfor, basert på dette prosjektet, vil det sentrale fokuset være på utviklingen av den aktive lavpassfilterkretsen og dens symmetriske forsyningskrets. Figur 1 illustrerer maskinvaren til denne kretsen.

Lavpassfilter RC-kretsen konstruert i TinkerCAD kan nås på følgende lenke:

Som nevnt brukte vi Arduino i dette prosjektet for å hente signalet fra en sensor. Dermed har lavpassfilter RC -kretsen i figuren ovenfor tre viktige deler:

• Signalgeneratoren,
• Det aktive filteret og;
• Arduino for å samle sensordata.

Signalgeneratoren er ansvarlig for å simulere funksjonen til en sensor og overføre signalet til Arduino. Dette signalet filtreres deretter gjennom lavpassfilteret RC, og deretter blir det filtrerte signalet lest og behandlet av Arduino.

For å utføre monteringen av lavpassfilteret RC trenger vi derfor følgende elektroniske komponenter:

• 2 motstander;
• 2 keramiske kondensatorer
• 2 elektrolytiske kondensatorer;
• Driftsforsterker LM358
• Strømterminaler eller 9V batteri

Deretter presenterer vi beregningen av verdiene til motstandene og kondensatorene i kretsen. Beregningen av disse komponentene er basert på lavpassfilterets cutoff -frekvens for det aktive filteret.

Motstands- og kondensatorberegninger

For den foreslåtte kretsen vil vi bruke en lavpassfilterfrekvens på 100Hz. På denne måten vil kretsen tillate frekvenser å passere under 100Hz og over 100Hz, signalet vil avta eksponentielt.

Derfor har vi for beregning av kondensatorer: I utgangspunktet er det nok å definere en verdi på C1, i så fall kan en kommersiell verdi på 1 til 100nF defineres.

Deretter utførte vi beregningen av kondensator C2 i henhold til ligningen nedenfor.

Bruk deretter formelen nedenfor for å beregne verdien av R1 og R2. Formelen kan brukes til å projisere verdien av de to motstandene. Se deretter den utførte beregningen.

Hvor f*C er lavpassfilterets cutoff -frekvens, det vil si over denne frekvensen, vil gevinsten til dette signalet avta. F*C -verdien for dette systemet vil være 100 Hz.

Derfor har vi følgende motstandsverdi for R1 og R2.

Fra verdiene oppnådd for motstandene og kondensatoren til prosjektet, må vi deretter utvikle strømforsyningskretsen for det aktive filteret. For denne typen filter må vi bruke asymmetrisk strømforsyning, og deretter vil vi presentere forsyningskretsen.

Trinn 3: Strømforsyningen

Nødvendig effekt for denne kretsen er en symmetrisk strømforsyning. Hvis du ikke har en symmetrisk strømforsyning, kan du sette sammen en krets ved hjelp av kondensatorer som drives av en enkel strømforsyning.

Imidlertid må spenningsverdien til strømforsyningen være større enn 10V, da verdien til den symmetriske kilden vil bli delt med 2.

Figuren ovenfor viser kretsen til strømforsyningen.

Denne kretsen er allerede i det elektroniske diagrammet i figur 1, siden en vanlig ikke-symmetrisk kilde brukes.

Etter å ha designet den aktive filterkretsen og forsyningskretsen, utviklet vi en elektronisk filtermodul som skal brukes i dine prosjekter med Arduino eller i andre prosjekter som trenger et filter for dette formålet.

Deretter vil vi presentere strukturen til det elektroniske opplegget og utformingen av det utviklede elektroniske kortet.

Kretskortet til Active Low Pass Filter RC

Trinn 4: kretskortet til Active Low Pass Filter RC

For å lage det elektroniske kretskortet - NEXTPCB, ble det elektroniske skjemaet for kretsen utviklet. Den elektroniske skjematikken til Active Low Pass Filter RC er vist i figur 3.

Deretter ble ordningen eksportert til PCB Design av Altium -programvaren, og følgende bord ble designet, som vist i figur 4.

Tre pinner ble brukt til å levere krets- og inngangssignalet og to pinner ved utgangen. De to pinnene brukes til utgang fra det filtrerte signalet og kretsens GND.

Etter å ha designet utformingen av kretskortet, ble 3D -designet til kretskortet generert og presentert i figur 5.

Fra PCB -prosjektet kan du bruke denne modulen og bruke den på prosjektet ditt med Arduino. På denne måten vil visse parasittiske signaler bli kansellert og prosjektet ditt vil fungere uten risiko for feil i signalavlesningen.

Konklusjon

Denne aktive lavpasfilter RC -kretsen kan brukes mye for å filtrere kraften til Arduino, filtrere signalene fra seriell kommunikasjon, som i radiofrekvens, som vanligvis har mange signaler som vanligvis forårsaker forstyrrelser i seriell kommunikasjon, forutsatt at verdien av grensefrekvensen endres.

Et tips etter montering av denne kretsen er å gjøre forbindelsen nærmere Arduino, ettersom en god del av interferensen er i avstanden mellom sensoren og mikrokontrolleren, og i de fleste tilfeller kan mikrokontrolleren ikke være veldig nær, fordi plasseringen av sensoren kan være skadelig for Arduino.

I tillegg, for å ha et mer kontinuerlig signal, bare endre lavpassfilterets cutoff -frekvens til en lavere frekvens, dette vil endre verdiene til motstandene og kondensatorene. Det har også sine fordeler med å skape en gevinst i signalet, hvis signalet er lavt.

Viktig informasjon

Alle filer kan nås i følgende lenke: Filer fra kretskortet

Du kan få dine egne 10 PCB -er og bare betale frakten ved første kjøp på NextPCB. Nyt og bruk dette prosjektet med dine Arduino -prosjekter og sensorer.