RC Low Pass Filter Aktif Diterapkan dalam Projek Dengan Arduino: 4 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:08

Projek Tinkercad »

Penapis lulus rendah adalah litar elektronik yang sangat baik untuk menyaring isyarat parasit dari projek anda. Masalah umum dalam projek dengan Arduino dan sistem dengan sensor yang berfungsi dekat dengan rangkaian kuasa adalah adanya isyarat "parasit".

Mereka boleh disebabkan oleh getaran atau medan magnet di kawasan yang sama dengan sensor.

Isyarat ini, yang kebanyakannya mempunyai frekuensi tinggi, menyebabkan gangguan pada waktu membaca dan, akibatnya, pembacaan yang salah berlaku dalam sistem automasi. Contoh biasa ialah permulaan mesin yang memerlukan arus permulaan yang tinggi.

Ini akan menyebabkan penghasilan bunyi frekuensi tinggi dalam beberapa elemen yang disambungkan ke rangkaian elektrik, termasuk sensor.

Untuk mengelakkan bunyi ini mempengaruhi sistem, penapis digunakan antara elemen sensor dan sistem yang membacanya.

Apakah penapis pasif dan aktif?

Bekalan

• 2 Perintang;
• 2 kapasitor seramik
• 2 kapasitor elektrolitik;
• Penguat Operasi LM358
• Terminal kuasa atau bateri 9V;

Langkah 1: Apakah Penapis Pasif dan Aktif?

Penapis adalah rangkaian yang dapat "membersihkan" isyarat, memisahkan isyarat yang tidak diingini, untuk mengelakkan membaca nilai yang tidak sesuai dengan kenyataan.

Penapis boleh terdiri daripada dua jenis: pasif dan aktif.

Penyaring Pasif Penyaring boleh menjadi pasif, yang paling sederhana, kerana hanya terdiri daripada perintang dan kapasitor.

Penapis Aktif

Penapis aktif, selain perintang dan kapasitor, menggunakan amp-op untuk meningkatkan penapisan, dan penapis digital, yang digunakan dalam pemproses dan mikrokontroler.

Oleh itu, dalam artikel ini, anda akan belajar:

Fahami bagaimana penapis lulus rendah berfungsi;

Konfigurasikan perkakasan penapis lulus rendah dengan frekuensi pemotongan 100 Hz menggunakan penguat operasi LM358;

Hitung nilai komponen pasif litar;

Pasang penapis lulus rendah NextPCB.

Di bawah ini, kami membentangkan proses mengembangkan penapis lulus rendah aktif untuk litar kami dengan Arduino.

Langkah 2: Pembangunan Litar RC Penapis Lulus Rendah Aktif

Dalam projek ini, penapis lulus rendah aktif akan dikembangkan dengan NEXTPCB - Printed Circuit Board, iaitu, ia membolehkan kita melewati frekuensi rendah. Julat frekuensi yang akan dipilih bergantung pada operasi litar.

Untuk artikel ini kita akan menggunakan penapis lulus rendah aktif, kerana ia digunakan untuk frekuensi di bawah 1MHz, dan, di samping itu, penguatan isyarat dapat dilakukan, sebagai penguat operasi akan digunakan dalam litar ini.

Oleh itu, berdasarkan projek ini, fokus utama adalah pada pengembangan litar penapis lorong rendah aktif dan litar bekalan simetrisnya. Rajah 1 menggambarkan perkakasan litar ini.

Litar RC penapis lulus rendah yang dibina di TinkerCAD boleh diakses di pautan berikut:

Seperti disebutkan, kami menggunakan Arduino dalam proyek ini untuk mendapatkan isyarat dari sensor. Oleh itu, litar RC penapis lulus rendah pada rajah di atas kita mempunyai 3 bahagian penting:

• Penjana isyarat,
• Penapis aktif dan;
• Arduino untuk mengumpulkan data sensor.

Penjana isyarat bertanggungjawab untuk mensimulasikan fungsi sensor dan menghantar isyarat ke Arduino. Isyarat ini kemudian disaring melalui low filter filter RC dan, seterusnya, isyarat yang disaring dibaca dan diproses oleh Arduino.

Oleh itu, untuk melakukan pemasangan RC saringan low pass, kita memerlukan komponen elektronik berikut:

• 2 Perintang;
• 2 kapasitor seramik
• 2 kapasitor elektrolitik;
• Penguat Operasi LM358
• Terminal kuasa atau bateri 9V

Seterusnya, kami mengemukakan pengiraan nilai perintang dan kapasitor litar. Pengiraan komponen ini berdasarkan pada frekuensi pemotongan penuras rendah penapis aktif.

Pengiraan Resistor dan Kapasitor

Untuk litar yang dicadangkan, kami akan menggunakan frekuensi pemotongan penuras lulus rendah 100Hz. Dengan cara ini, litar akan membenarkan frekuensi melepasi di bawah 100Hz dan di atas 100Hz, isyarat akan menurun secara eksponensial.

Oleh itu, untuk pengiraan kapasitor, kita mempunyai: Pada mulanya, cukup untuk menentukan nilai C1, dalam hal ini nilai komersial 1 hingga 100nF dapat ditentukan.

Seterusnya, kami melakukan pengiraan kapasitor C2 mengikut persamaan di bawah.

Kemudian gunakan formula di bawah untuk mengira nilai R1 dan R2. Rumus boleh digunakan untuk memproyeksikan nilai dua perintang. Seterusnya, lihat pengiraan yang dilakukan.

Di mana f * C adalah frekuensi pemotongan saringan lulus rendah, iaitu, di atas frekuensi itu, perolehan isyarat ini akan berkurang. Nilai f * C untuk sistem ini ialah 100 Hz.

Oleh itu, kami mempunyai nilai perintang berikut untuk R1 dan R2.

Dari nilai yang diperoleh untuk perintang dan kapasitor projek, kita mesti mengembangkan rangkaian bekalan kuasa untuk penapis aktif. Untuk jenis penapis ini, kita perlu menggunakan bekalan kuasa tidak simetri dan, seterusnya, kita akan membentangkan rangkaian bekalan.

Langkah 3: Bekalan Kuasa

Kuasa yang diperlukan untuk litar ini adalah bekalan kuasa simetri. Sekiranya anda tidak mempunyai bekalan kuasa simetri, pasangkan litar menggunakan kapasitor yang dikuasakan oleh bekalan kuasa sederhana.

Walau bagaimanapun, nilai voltan bekalan kuasa mestilah lebih besar daripada 10V, kerana nilai sumber simetri akan dibahagi dengan 2.

Rajah di atas menunjukkan litar bekalan kuasa.

Litar ini sudah ada dalam rajah elektronik pada Rajah 1, kerana sumber bukan simetri biasa digunakan.

Setelah merancang litar penapis aktif dan litar bekalannya, kami mengembangkan modul penapis elektronik untuk digunakan dalam projek anda dengan Arduino atau dalam projek lain yang memerlukan penapis untuk tujuan ini.

Seterusnya, kami akan membentangkan struktur skema elektronik dan reka bentuk papan elektronik yang dibangunkan.

Papan litar bercetak dari Active Low Pass Filter RC

Langkah 4: Papan Litar Bercetak RC Penapis Lulus Rendah Aktif

Untuk membuat papan litar bercetak elektronik - NEXTPCB, skema elektronik litar dikembangkan. Skema elektronik dari Active Low Pass Filter RC ditunjukkan dalam Rajah 3.

Kemudian, skema tersebut dieksport ke Perancangan PCB perisian Altium dan papan berikut dirancang, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.

Tiga pin digunakan untuk membekalkan litar dan isyarat input dan dua pin pada output. Dua pin digunakan untuk output isyarat yang ditapis dan GND litar.

Setelah merancang susun atur PCB, reka bentuk 3D papan litar bercetak dihasilkan dan ditunjukkan dalam Rajah 5.

Dari projek PCB, anda boleh menggunakan modul ini dan menerapkannya ke projek anda dengan Arduino. Dengan cara ini, isyarat parasit tertentu akan dibatalkan dan projek anda akan berfungsi tanpa risiko ralat semasa membaca isyarat.

Kesimpulannya

Litar RC saringan lulus rendah aktif ini dapat digunakan secara meluas untuk menyaring kekuatan Arduino, menyaring isyarat komunikasi bersiri, seperti pada frekuensi radio, yang biasanya mempunyai banyak isyarat yang biasanya menyebabkan gangguan dalam komunikasi bersiri, dengan syarat nilai frekuensi pemotongan diubah.

Petua selepas memasang litar ini adalah membuat hubungan lebih dekat ke Arduino, kerana bahagian gangguan yang baik adalah jarak antara sensor dan mikrokontroler, dan dalam kebanyakan kes, mikrokontroler tidak dapat sangat dekat, kerana lokasi sensor boleh membahayakan Arduino.

Di samping itu, untuk mempunyai isyarat yang lebih berterusan, ubah frekuensi pemotongan lulus rendah ke frekuensi yang lebih rendah, ini akan mengubah nilai perintang dan kapasitor. Ia juga mempunyai kelebihan mencipta keuntungan dalam isyarat, jika isyarat rendah.

Maklumat penting

Semua fail boleh diakses dalam pautan berikut: Fail Papan Litar Bercetak

Anda boleh mendapatkan 10 PCB sendiri dan hanya membayar barang untuk pembelian pertama di NextPCB. Nikmati dan gunakan projek ini dengan Projek dan sensor Arduino anda.