Aktív aluláteresztő szűrő RC, amelyet az Arduino projektekben alkalmaznak: 4 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

Tinkercad projektek »

Az aluláteresztő szűrő kiváló elektronikus áramkör, amely kiszűri a parazitajeleket a projektjeiből. Gyakori probléma az Arduino -val és az áramkörök közelében működő érzékelőkkel rendelkező projektekben a „parazita” jelek jelenléte.

Ezeket az érzékelővel azonos területen lévő rezgés vagy mágneses mező okozhatja.

Ezek a jelek, amelyek többnyire nagyfrekvenciásak, zavart okoznak az olvasás során, és következésképpen hibás leolvasások fordulnak elő az automatizálási rendszerben. Gyakori példa egy nagy indítóáramot igénylő gép beindítása.

Ez nagyfrekvenciás zaj keletkezését okozza az elektromos hálózathoz csatlakoztatott számos elemben, beleértve az érzékelőket is.

Annak elkerülése érdekében, hogy ezek a zajok befolyásolják a rendszert, szűrőket használnak az érzékelőelem és az azt olvasó rendszer között.

Mi a passzív és az aktív szűrő?

Kellékek

• 2 ellenállás;
• 2 kerámia kondenzátor
• 2 elektrolit kondenzátorok;
• Műveleti erősítő LM358
• Tápkivezetések vagy 9 V -os elem;

1. lépés: Mik azok a passzív és aktív szűrők?

A szűrők olyan áramkörök, amelyek képesek „tisztítani” egy jelet, elkülöníteni a nem kívánt jeleket, elkerülve a valóságnak nem megfelelő értékek olvasását.

A szűrők kétféle lehetnek: passzív és aktív.

Passzív szűrők A szűrők passzívak lehetnek, amelyek a legegyszerűbbek, mivel csak ellenállásokból és kondenzátorokból állnak.

Aktív szűrők

Az aktív szűrők az ellenállásokon és a kondenzátorokon kívül erősítőket használnak a szűrés javítására, és a digitális szűrőket, amelyeket a processzorokban és a mikrokontrollerekben használnak.

Ezért ebben a cikkben megtudhatja:

Ismerje meg az aluláteresztő szűrő működését;

Az LM358 operációs erősítő segítségével konfigurálja az aluláteresztő szűrő hardverét 100 Hz -es határfrekvenciával;

Számítsa ki az áramkör passzív komponenseinek értékeit;

Szereljen össze egy NextPCB aluláteresztő szűrőt.

Az alábbiakban bemutatjuk az aktív aluláteresztő szűrő kifejlesztésének folyamatát az Arduino áramköreinkhez.

2. lépés: Az aktív aluláteresztő szűrő RC áramkörének fejlesztése

Ebben a projektben egy aktív aluláteresztő szűrőt fejlesztenek ki a NEXTPCB nyomtatott áramköri táblával, vagyis lehetővé teszi számunkra az alacsony frekvenciák áthaladását. A választandó frekvenciatartomány az áramkör működésétől függ.

Ebben a cikkben aktív aluláteresztő szűrőt fogunk használni, mivel ezeket 1MHz alatti frekvenciákra használják, és ezen túlmenően jelerősítés is elvégezhető, mivel ebben az áramkörben operációs erősítőt használnak.

Ezért e projekt alapján a középpontban az aktív aluláteresztő szűrő áramkör és annak szimmetrikus tápköre fejlesztése áll. Az 1. ábra ennek az áramkörnek a hardverét szemlélteti.

A TinkerCAD-ben felépített aluláteresztő szűrő RC áramkör a következő linken érhető el:

Mint említettük, ebben a projektben az Arduino -t használtuk annak érdekében, hogy érzékeljük a jelet egy érzékelőből. Így a fenti ábrán látható aluláteresztő szűrő RC áramkörének három fontos része van:

• A jelgenerátor,
• Az aktív szűrő és;
• Arduino az érzékelőadatok gyűjtésére.

A jelgenerátor felelős az érzékelő működésének szimulálásáért és a jel továbbításáért az Arduino -hoz. Ezt a jelet ezután átszűrjük az RC aluláteresztő szűrőn, majd ezt követően a szűrt jelet az Arduino olvassa és dolgozza fel.

Így az RC aluláteresztő szűrő összeszereléséhez a következő elektronikus alkatrészekre lesz szükségünk:

• 2 ellenállás;
• 2 kerámia kondenzátor
• 2 elektrolit kondenzátorok;
• Műveleti erősítő LM358
• Tápkivezetések vagy 9 V -os akkumulátor

Ezután bemutatjuk az áramkör ellenállásának és kondenzátorának értékeit. Ezen összetevők kiszámítása az aktív szűrő aluláteresztő szűrőjének levágási frekvenciáján alapul.

Ellenállás és kondenzátor számítások

A javasolt áramkörhöz aluláteresztő szűrő 100 Hz -es kikapcsolási frekvenciáját fogjuk használni. Ily módon az áramkör lehetővé teszi a frekvenciák 100 Hz alatti és 100 Hz feletti áthaladását, a jel exponenciálisan csökken.

Ezért a kondenzátorok kiszámításához rendelkezünk: Kezdetben elegendő egy C1 érték meghatározása, amely esetben 1-100 nF kereskedelmi értéket lehet meghatározni.

Ezután elvégeztük a C2 kondenzátor kiszámítását az alábbi egyenlet szerint.

Ezután használja az alábbi képletet az R1 és R2 értékének kiszámításához. A képlet felhasználható a két ellenállás értékének kivetítésére. Ezután nézze meg az elvégzett számítást.

Ahol f*C az aluláteresztő szűrő kikapcsolási frekvenciája, azaz e frekvencia felett, ennek a jelnek a nyeresége csökken. Ennek a rendszernek az f*C értéke 100 Hz lesz.

Ezért az alábbi ellenállásértékkel rendelkezünk R1 és R2 esetén.

A projekt ellenállásaira és kondenzátorára kapott értékekből ki kell alakítanunk az aktív szűrő tápegységét. Az ilyen típusú szűrőknél aszimmetrikus tápegységet kell használnunk, majd bemutatjuk a tápáramkört.

3. lépés: A tápegység

Ennek az áramkörnek a szükséges teljesítménye egy szimmetrikus tápegység. Ha nincs szimmetrikus tápegysége, szereljen össze egy áramkört egy egyszerű tápegységről táplált kondenzátorok segítségével.

A tápegység feszültségértékének azonban 10 V -nál nagyobbnak kell lennie, mivel a szimmetrikus forrás értéke el lesz osztva 2 -vel.

A fenti ábra a tápegység áramkörét mutatja.

Ez az áramkör már szerepel az 1. ábra elektronikus diagramján, mivel közös, nem szimmetrikus forrást használnak.

Az aktív szűrőkör és a tápáramkör megtervezése után kifejlesztettünk egy elektronikus szűrőmodult, amelyet az Arduino projektjeiben vagy más olyan projektekben használnak, amelyekhez szűrőre van szükség.

Ezután bemutatjuk az elektronikus rendszer felépítését és a kifejlesztett elektronikus kártya kialakítását.

Az aktív aluláteresztő szűrő RC nyomtatott áramköre

4. lépés: Az aktív aluláteresztő szűrő RC nyomtatott áramköri táblája

Az elektronikus nyomtatott áramköri lap - NEXTPCB - elkészítése érdekében kifejlesztették az áramkör elektronikus vázlatát. Az aktív aluláteresztő szűrő RC elektronikus vázlata a 3. ábrán látható.

Ezután a sémát exportálták az Altium szoftver NYÁK -tervezésébe, és megtervezték a következő táblát, amint az a 4. ábrán látható.

Három érintkezőt használtak az áramkör és a bemeneti jel ellátására, és két tűt a kimeneten. A két érintkező a szűrt jel és az áramkör GND kimenetére szolgál.

A NYÁK elrendezésének megtervezése után létrejött a nyomtatott áramköri lap 3D -s kialakítása, és az 5. ábrán látható.

A NYÁK projektből ezt a modult használhatja, és alkalmazhatja a projektre az Arduino segítségével. Ily módon bizonyos parazita jelek törlődnek, és a projekt a jelolvasás hibáinak kockázata nélkül működik.

Következtetés

Ez az aktív aluláteresztő szűrő RC áramkör széles körben használható az Arduino teljesítményének szűrésére, a soros kommunikáció jeleinek szűrésére, például a rádiófrekvenciára, amely általában sok olyan jelet tartalmaz, amelyek általában interferenciát okoznak a soros kommunikációban, feltéve, hogy a a határfrekvencia megváltozik.

Egy tipp az áramkör összeszerelése után, hogy közelebb kell hozni a kapcsolatot az Arduino -hoz, mivel az interferencia jó része az érzékelő és a mikrokontroller közötti távolságban van, és a legtöbb esetben a mikrokontroller nem lehet nagyon közel, mert a az érzékelő káros lehet az Arduino számára.

Ezenkívül a folyamatos jel érdekében csak az aluláteresztő szűrő kikapcsolási frekvenciáját kell alacsonyabb frekvenciára változtatni, ez megváltoztatja az ellenállások és a kondenzátorok értékeit. Ennek az az előnye is, hogy erősítést hoz létre a jelben, ha a jel gyenge.

Fontos információ

Az összes fájl a következő linken érhető el: A nyomtatott áramkör táblái

Megszerezheti saját 10 NYÁK -ját, és csak a szállítási díjat fizeti meg a NextPCB első vásárlásakor. Élvezze és használja ezt a projektet Arduino projektjeivel és érzékelőivel.