Filtru pas activ activ RC aplicat în proiecte cu Arduino: 4 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:42

Proiecte Tinkercad »

Filtrul trece jos este un circuit electronic excelent pentru a filtra semnalele parazite din proiectele dvs. O problemă obișnuită în proiectele cu Arduino și sistemele cu senzori care funcționează aproape de circuitele de alimentare este prezența semnalelor „parazitare”.

Ele pot fi cauzate de vibrații sau câmpuri magnetice din aceeași zonă cu senzorul.

Aceste semnale, care sunt în mare parte de înaltă frecvență, provoacă perturbări în momentul citirii și, în consecință, apar lecturi eronate în sistemul de automatizare. Un exemplu obișnuit este pornirea unei mașini care necesită un curent inițial ridicat.

Acest lucru va determina generarea de zgomot de înaltă frecvență în mai multe elemente care sunt conectate la rețeaua electrică, inclusiv senzori.

Pentru a preveni aceste zgomote să afecteze sistemul, se utilizează filtre între elementul senzor și sistemul care îl citește.

Ce sunt filtrele active și pasive?

Provizii

• 2 rezistențe;
• 2 condensatoare ceramice
• 2 condensatoare electrolitice;
• Amplificator operațional LM358
• Terminale de alimentare sau baterie de 9V;

Pasul 1: Ce sunt filtrele active și pasive?

Filtrele sunt circuite care pot „curăța” un semnal, separa semnale nedorite, pentru a evita citirea valorilor care nu se potrivesc cu realitatea.

Filtrele pot fi de două tipuri: pasiv și activ.

Filtre pasive Filtrele pot fi pasive, care sunt cele mai simple, deoarece constau doar din rezistențe și condensatori.

Filtre active

Filtrele active, pe lângă rezistențe și condensatoare, utilizează amplificatoare pentru a îmbunătăți filtrarea și filtrele digitale, care sunt utilizate în procesoare și microcontrolere.

Prin urmare, în acest articol, veți afla:

Înțelegeți cum funcționează filtrul de trecere joasă;

Configurați hardware-ul filtrului trece jos cu o frecvență de întrerupere de 100 Hz utilizând un amplificator operațional LM358;

Calculați valorile componentelor pasive ale circuitului;

Asamblați un filtru trece jos NextPCB.

Mai jos, vă prezentăm procesul de dezvoltare a filtrului activ de trecere jos pentru circuitele noastre cu Arduino.

Pasul 2: Dezvoltarea circuitului activ cu filtru trece jos activ RC

În acest proiect, va fi dezvoltat un filtru activ de trecere jos cu NEXTPCB - Circuit imprimat, adică ne permite să trecem frecvențe joase. Gama de frecvență care trebuie aleasă depinde de funcționarea circuitului.

Pentru acest articol vom folosi un filtru activ de trecere joasă, deoarece acestea sunt utilizate pentru frecvențe sub 1MHz și, în plus, se poate face amplificarea semnalului, deoarece un amplificator operațional va fi utilizat în acest circuit.

Prin urmare, pe baza acestui proiect, accentul central va fi pe dezvoltarea circuitului activ de filtrare trece-jos și a circuitului său de alimentare simetric. Figura 1 ilustrează hardware-ul acestui circuit.

Circuitul RC cu filtru trece jos construit în TinkerCAD poate fi accesat la următorul link:

După cum am menționat, am folosit Arduino în acest proiect pentru a obține semnalul de la un senzor. Astfel, circuitul RC al filtrului trece jos din figura de mai sus avem 3 părți importante:

• Generatorul de semnal,
• Filtrul activ și;
• Arduino pentru colectarea datelor senzorilor.

Generatorul de semnal este responsabil pentru simularea funcționării unui senzor și transmiterea semnalului către Arduino. Acest semnal este apoi filtrat prin filtrul trece jos RC și, ulterior, semnalul filtrat este citit și procesat de Arduino.

Astfel, pentru a efectua asamblarea filtrului trece jos RC vom avea nevoie de următoarele componente electronice:

• 2 rezistențe;
• 2 condensatoare ceramice
• 2 condensatoare electrolitice;
• Amplificator operațional LM358
• Terminale de alimentare sau baterie de 9V

În continuare, prezentăm calculul valorilor rezistențelor și condensatoarelor circuitului. Calculul acestor componente se bazează pe frecvența de întrerupere a filtrului trece jos al filtrului activ.

Calcule rezistență și condensator

Pentru circuitul propus, vom folosi o frecvență de întrerupere a filtrului trece jos de 100Hz. În acest fel, circuitul va permite frecvențelor să treacă sub 100Hz și peste 100Hz, semnalul va scădea exponențial.

Prin urmare, pentru calcularea condensatorilor, avem: Inițial, este suficient să se definească o valoare C1, caz în care se poate defini o valoare comercială de la 1 la 100nF.

Apoi, am efectuat calculul condensatorului C2 conform ecuației de mai jos.

Apoi utilizați formula de mai jos pentru a calcula valoarea R1 și R2. Formula poate fi utilizată pentru a proiecta valoarea celor două rezistențe. Apoi, vedeți calculul efectuat.

În cazul în care f * C este frecvența de întrerupere a filtrului trece jos, adică peste această frecvență, câștigul acestui semnal va scădea. Valoarea f * C pentru acest sistem va fi de 100 Hz.

Prin urmare, avem următoarea valoare a rezistorului pentru R1 și R2.

Din valorile obținute pentru rezistențele și condensatorul proiectului, trebuie apoi să dezvoltăm circuitul de alimentare pentru filtrul activ. Pentru acest tip de filtru, trebuie să folosim o sursă de alimentare asimetrică și, în continuare, vom prezenta circuitul de alimentare.

Pasul 3: sursa de alimentare

Puterea necesară pentru acest circuit este o sursă de alimentare simetrică. Dacă nu aveți o sursă de alimentare simetrică, montați un circuit folosind condensatori alimentați de o sursă simplă de alimentare.

Cu toate acestea, valoarea tensiunii sursei de alimentare trebuie să fie mai mare de 10V, deoarece valoarea sursei simetrice va fi împărțită la 2.

Figura de mai sus arată circuitul sursei de alimentare.

Acest circuit se află deja în diagrama electronică din Figura 1, deoarece se utilizează o sursă comună nesimetrică.

După proiectarea circuitului de filtrare activ și a circuitului de alimentare al acestuia, am dezvoltat un modul de filtrare electronic pentru a fi utilizat în proiectele dvs. cu Arduino sau în alte proiecte care au nevoie de un filtru în acest scop.

În continuare, vom prezenta structura schemei electronice și proiectarea plăcii electronice dezvoltate.

Placa de circuite imprimate a filtrului Active Low Pass RC

Pasul 4: placa de circuit imprimat a filtrului activ de trecere joasă RC

Pentru a realiza placa de circuite imprimate electronice - NEXTPCB, a fost dezvoltată schema electronică a circuitului. Schema electronică a filtrului activ de trecere joasă RC este prezentată în Figura 3.

Apoi, schema a fost exportată către PCB Design a software-ului Altium și a fost proiectată următoarea placă, așa cum se arată în Figura 4.

Au fost folosiți trei pini pentru a furniza circuitul și semnalul de intrare și doi pini la ieșire. Cei doi pini sunt utilizați pentru ieșirea semnalului filtrat și a GND-ului circuitului.

După proiectarea aspectului PCB-ului, designul 3D al plăcii cu circuite imprimate a fost generat și prezentat în Figura 5.

Din proiectul PCB, puteți utiliza acest modul și îl puteți aplica proiectului dvs. cu Arduino. În acest fel, anumite semnale parazite vor fi anulate și proiectul dvs. va funcționa fără risc de erori în citirea semnalului.

Concluzie

Acest circuit activ cu filtru trece jos poate fi utilizat pe scară largă pentru filtrarea puterii Arduino, filtrarea semnalelor de comunicație serială, ca și în frecvența radio, care are de obicei multe semnale care cauzează de obicei interferențe în comunicația serială, cu condiția ca valoarea frecvența de întrerupere este modificată.

Un sfat după asamblarea acestui circuit este de a face conexiunea mai aproape de Arduino, deoarece o bună parte a interferenței se află în distanța dintre senzor și microcontroler și, în majoritatea cazurilor, microcontrolerul nu poate fi foarte aproape, deoarece locația senzorul poate fi dăunător pentru Arduino.

În plus, pentru a avea un semnal mai continuu, trebuie doar să schimbați frecvența de întrerupere a filtrului de trecere joasă la o frecvență mai mică, acest lucru va schimba valorile rezistențelor și condensatoarelor. De asemenea, are avantajele sale de a crea un câștig în semnal, dacă semnalul este scăzut.

Informații importante

Toate fișierele pot fi accesate în următorul link: Fișiere ale plăcii de circuite imprimate

Puteți obține propriile 10 PCB-uri și puteți plăti doar transportul la prima achiziție de pe NextPCB. Bucurați-vă și utilizați acest proiect împreună cu senzorii și proiectele dvs. Arduino.