RC فیلتر کم گذر فعال در پروژه های دارای آردوینو: 4 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:53

پروژه های Tinkercad »

فیلتر کم گذر ، مدارهای الکترونیکی عالی برای فیلتر کردن سیگنال های انگلی از پروژه های شما است. یک مشکل رایج در پروژه های آردوینو و سیستم هایی با سنسورهایی که نزدیک به مدارهای قدرت کار می کنند ، وجود سیگنال های "انگلی" است.

آنها می توانند در اثر ارتعاش یا میدان مغناطیسی در همان منطقه سنسور ایجاد شوند.

این سیگنال ها که بیشتر فرکانس بالایی دارند ، هنگام خواندن باعث ایجاد اختلال می شوند و در نتیجه ، خواندن های اشتباه در سیستم اتوماسیون رخ می دهد. یک مثال رایج ، راه اندازی دستگاهی است که به جریان اولیه اولیه نیاز دارد.

این امر باعث ایجاد نویز با فرکانس بالا در چندین عنصر متصل به شبکه الکتریکی از جمله سنسورها می شود.

برای جلوگیری از تأثیر این صداها بر روی سیستم ، از فیلترهایی بین عنصر حسگر و سیستمی که آن را می خواند استفاده می شود.

فیلترهای منفعل و فعال چیست؟

تدارکات

• 2 مقاومت ؛
• 2 خازن سرامیکی
• 2 خازن الکترولیتی ؛
• تقویت کننده عملیاتی LM358
• پایانه های برق یا باتری 9 ولت ؛

مرحله 1: فیلترهای منفعل و فعال چیست؟

فیلترها مدارهایی هستند که می توانند یک سیگنال را "تمیز" کنند ، سیگنال های ناخواسته را جدا کنند تا از خواندن مقادیری که با واقعیت مطابقت ندارند جلوگیری شود.

فیلترها می توانند دو نوع باشند: منفعل و فعال.

فیلترهای منفعل فیلترها می توانند منفعل باشند ، که ساده ترین آنها هستند ، زیرا فقط از مقاومت ها و خازن ها تشکیل شده اند.

فیلترهای فعال

فیلترهای فعال ، علاوه بر مقاومت ها و خازن ها ، از amp-ops برای بهبود فیلترینگ و فیلترهای دیجیتالی که در پردازنده ها و میکروکنترلرها استفاده می شود ، استفاده می کنند.

بنابراین ، در این مقاله ، خواهید آموخت:

نحوه عملکرد فیلتر کم گذر را درک کنید.

پیکربندی سخت افزار فیلتر کم گذر با فرکانس قطع 100 هرتز با استفاده از تقویت کننده عملیاتی LM358 ؛

محاسبه مقادیر اجزای غیرفعال مدار ؛

فیلتر کم گذر NextPCB را مونتاژ کنید.

در زیر ، فرایند توسعه فیلتر کم گذر فعال برای مدارهای ما با آردوینو را ارائه می دهیم.

مرحله 2: توسعه مدار RC فیلتر کم گذر فعال

در این پروژه یک فیلتر کم گذر فعال با NEXTPCB - برد مدار چاپی ایجاد می شود ، یعنی به ما اجازه می دهد فرکانس های پایین را عبور دهیم. محدوده فرکانسی که باید انتخاب شود بستگی به عملکرد مدار دارد.

برای این مقاله از یک فیلتر کم گذر فعال استفاده می کنیم ، زیرا برای فرکانسهای زیر 1 مگاهرتز استفاده می شود ، و علاوه بر این ، تقویت سیگنال را می توان انجام داد ، زیرا یک تقویت کننده عملیاتی در این مدار استفاده می شود.

بنابراین ، بر اساس این پروژه ، تمرکز اصلی بر توسعه مدار فیلتر پایین گذر فعال و مدار تغذیه متقارن آن خواهد بود. شکل 1 سخت افزار این مدار را نشان می دهد.

مدار RC فیلتر پایین گذر ساخته شده در TinkerCAD را می توان در پیوند زیر مشاهده کرد:

همانطور که گفته شد ، ما در این پروژه از آردوینو برای بدست آوردن سیگنال از سنسور استفاده کردیم. بنابراین ، مدار RC فیلتر پایین گذر در شکل بالا 3 قسمت مهم داریم:

• مولد سیگنال ،
• فیلتر فعال و ؛
• آردوینو برای جمع آوری داده های حسگر

مولد سیگنال مسئول شبیه سازی عملکرد سنسور و انتقال سیگنال به آردوینو است. سپس این سیگنال از طریق فیلتر کم گذر RC فیلتر می شود و متعاقباً سیگنال فیلتر شده توسط آردوینو خوانده و پردازش می شود.

بنابراین ، برای انجام مونتاژ فیلتر کم گذر RC به قطعات الکترونیکی زیر نیاز داریم:

• 2 مقاومت ؛
• 2 خازن سرامیکی
• 2 خازن الکترولیتی ؛
• تقویت کننده عملیاتی LM358
• پایانه های برق یا باتری 9 ولت

در مرحله بعد ، ما محاسبه مقادیر مقاومتها و خازنهای مدار را ارائه می دهیم. محاسبه این اجزا بر اساس فرکانس قطع فیلتر کم گذر فیلتر فعال است.

محاسبات مقاومت و خازن

برای مدار پیشنهادی ، ما از فرکانس قطع فیلتر کم گذر 100 هرتز استفاده می کنیم. به این ترتیب ، مدار اجازه می دهد فرکانس ها از زیر 100Hz و بالاتر از 100Hz عبور کنند ، سیگنال به صورت تصاعدی کاهش می یابد.

بنابراین ، برای محاسبه خازن ها داریم: در ابتدا ، کافی است مقدار C1 را تعریف کنیم ، در این صورت می توان مقدار تجاری 1 تا 100nF را تعریف کرد.

در مرحله بعد ، ما محاسبه خازن C2 را با توجه به رابطه زیر انجام دادیم.

سپس از فرمول زیر برای محاسبه مقدار R1 و R2 استفاده کنید. از فرمول می توان برای نشان دادن مقدار دو مقاومت استفاده کرد. در مرحله بعد ، محاسبه انجام شده را مشاهده کنید.

جایی که f*C فرکانس قطع فیلتر کم گذر است ، یعنی بالاتر از آن فرکانس ، سود این سیگنال کاهش می یابد. مقدار f*C برای این سیستم 100 هرتز خواهد بود.

بنابراین ، مقدار مقاومت زیر را برای R1 و R2 داریم.

از مقادیر بدست آمده برای مقاومت و خازن پروژه ، باید مدار تغذیه فیلتر فعال را توسعه دهیم. برای این نوع فیلترها ، ما باید از منبع تغذیه نامتقارن استفاده کنیم و در مرحله بعد ، مدار تغذیه را ارائه می دهیم.

مرحله 3: منبع تغذیه

قدرت مورد نیاز این مدار منبع تغذیه متقارن است. اگر منبع تغذیه متقارن ندارید ، مدار را با استفاده از خازن هایی که از منبع تغذیه ساده تغذیه می کنند ، جمع کنید.

با این حال ، مقدار ولتاژ منبع تغذیه باید بیش از 10V باشد ، زیرا مقدار منبع متقارن بر 2 تقسیم می شود.

شکل بالا مدار منبع تغذیه را نشان می دهد.

این مدار در شکل 1 در نمودار الکترونیکی موجود است ، زیرا از یک منبع غیر متقارن معمولی استفاده شده است.

پس از طراحی مدار فیلتر فعال و مدار تغذیه آن ، ما یک ماژول فیلتر الکترونیکی ایجاد کردیم تا در پروژه های شما با آردوینو یا سایر پروژه هایی که برای این منظور به فیلتر نیاز دارند استفاده شود.

در مرحله بعد ، ساختار طرح الکترونیکی و طراحی برد الکترونیکی توسعه یافته را ارائه می دهیم.

برد مدار چاپی Active Low Pass Filter RC

مرحله 4: برد مدار چاپی ACT Low Pass Filter RC

به منظور ساخت برد مدار چاپی الکترونیکی - NEXTPCB ، شماتیک الکترونیکی مدار توسعه داده شد. شماتیک الکترونیکی Active Low Pass Filter RC در شکل 3 نشان داده شده است.

سپس ، این طرح به PCB Design نرم افزار Altium صادر شد و برد زیر طراحی شد ، همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است.

از سه پایه برای تأمین سیگنال مدار و ورودی و دو پایه در خروجی استفاده شد. دو پین برای خروجی سیگنال فیلتر شده و GND مدار استفاده می شود.

پس از طراحی طرح PCB ، طرح سه بعدی برد مدار چاپی ایجاد و در شکل 5 ارائه شده است.

از پروژه PCB ، می توانید از این ماژول استفاده کرده و آن را با Arduino در پروژه خود اعمال کنید. به این ترتیب ، برخی از سیگنال های انگلی لغو می شوند و پروژه شما بدون خطر خطا در خواندن سیگنال کار می کند.

نتیجه

این مدار RC فیلتر پایین گذر فعال می تواند به طور گسترده ای برای فیلتر کردن قدرت آردوینو ، فیلتر کردن سیگنالهای ارتباط سریال ، مانند فرکانس رادیویی ، که معمولاً دارای سیگنالهای زیادی است که معمولاً باعث ایجاد تداخل در ارتباط سریال می شوند ، مشروط بر اینکه مقدار فرکانس قطع تغییر می کند

نکته ای پس از مونتاژ این مدار این است که اتصال را به آردوینو نزدیک کنید ، زیرا بخش خوبی از تداخل در فاصله بین سنسور و میکروکنترلر است و در بیشتر موارد ، میکروکنترلر نمی تواند بسیار نزدیک باشد ، زیرا محل قرارگیری سنسور می تواند برای آردوینو مضر باشد.

علاوه بر این ، برای داشتن سیگنال پیوسته تر ، کافی است فرکانس قطع فیلتر کم گذر را به فرکانس پایین تر تغییر دهید ، این امر مقاومت و خازن ها را تغییر می دهد. همچنین در صورت کم بودن سیگنال ، مزایای خود را در ایجاد افزایش در سیگنال دارد.

اطلاعات مهم

همه فایلها در پیوند زیر قابل دسترسی است: فایلهای برد مدار چاپی

شما می توانید 10 PCB خود را تهیه کرده و فقط در اولین خرید در NextPCB هزینه حمل را پرداخت کنید. از این پروژه با پروژه ها و حسگرهای آردوینو لذت ببرید و از آن استفاده کنید.