დაბალი დაბალი გამავლობის ფილტრი RC გამოიყენება Arduino– ს პროექტებში: 4 ნაბიჯი

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:16

Tinkercad პროექტები »

დაბალი გამავლობის ფილტრი არის შესანიშნავი ელექტრონული სქემა, რომელიც ახდენს თქვენი პროექტებიდან პარაზიტული სიგნალების გაფილტვრას. არდუინოს პროექტებსა და სისტემებში სენსორების მქონე სისტემების საერთო პრობლემა დენის სქემებთან ახლოს არის "პარაზიტული" სიგნალების არსებობა.

ისინი შეიძლება გამოწვეული იყოს ვიბრაციით ან მაგნიტური ველებით იმავე არეში, როგორც სენსორი.

ეს სიგნალები, რომლებიც უმეტესად მაღალი სიხშირისაა, იწვევს დარღვევას კითხვის დროს და, შესაბამისად, მცდარი კითხვები ხდება ავტომატიზაციის სისტემაში. საერთო მაგალითია აპარატის დაწყება, რომელიც მოითხოვს მაღალ საწყის დენს.

ეს გამოიწვევს მაღალი სიხშირის ხმაურის წარმოქმნას რამდენიმე ელემენტში, რომლებიც დაკავშირებულია ელექტრო ქსელთან, მათ შორის სენსორებთან.

ამ ხმაურის სისტემაზე ზემოქმედების თავიდან ასაცილებლად გამოიყენება ფილტრები სენსორის ელემენტსა და სისტემას შორის, რომელიც კითხულობს მას.

რა არის პასიური და აქტიური ფილტრები?

მარაგები

• 2 რეზისტორი;
• 2 კერამიკული კონდენსატორი
• 2 ელექტროლიტური კონდენსატორები;
• ოპერატიული გამაძლიერებელი LM358
• დენის ტერმინალები ან 9 ვ ბატარეა;

ნაბიჯი 1: რა არის პასიური და აქტიური ფილტრები?

ფილტრები არის სქემები, რომლებსაც შეუძლიათ სიგნალის "გაწმენდა", გამოყოფა არასასურველი სიგნალებისგან, რათა თავიდან აიცილონ ის მნიშვნელობები, რომლებიც არ ემთხვევა რეალობას.

ფილტრები შეიძლება იყოს ორი სახის: პასიური და აქტიური.

პასიური ფილტრები ფილტრები შეიძლება იყოს პასიური, რაც უმარტივესია, რადგან ისინი შედგება მხოლოდ რეზისტორებისა და კონდენსატორებისგან.

აქტიური ფილტრები

აქტიური ფილტრები, რეზისტორებისა და კონდენსატორების გარდა, იყენებენ amp-ops ფილტრაციის გასაუმჯობესებლად და ციფრულ ფილტრებს, რომლებიც გამოიყენება პროცესორებსა და მიკროკონტროლერებში.

ამიტომ, ამ სტატიაში თქვენ შეისწავლით:

გაიგეთ როგორ მუშაობს დაბალი გამავლობის ფილტრი;

დაბალგამტარი ფილტრის აპარატურის კონფიგურაცია 100 ჰც სიხშირით, ოპერატიული გამაძლიერებლის LM358 გამოყენებით;

მიკროსქემის პასიური კომპონენტების მნიშვნელობების გამოთვლა;

შეაგროვეთ დაბალი გავლის ფილტრი NextPCB.

ქვემოთ, ჩვენ წარმოვადგენთ პროცესს, რომელიც შემუშავებულია არდუინოსთან ერთად ჩვენი სქემებისთვის.

ნაბიჯი 2: აქტიური დაბალი გამავლობის ფილტრის RC სქემის განვითარება

ამ პროექტში შემუშავდება აქტიური დაბალი გავლის ფილტრი NEXTPCB - Printed Circuit Board- ით, ანუ ის გვაძლევს საშუალებას გავიაროთ დაბალი სიხშირეები. შერჩეული სიხშირის დიაპაზონი დამოკიდებულია წრის მუშაობაზე.

ამ სტატიისათვის ჩვენ გამოვიყენებთ აქტიურ დაბალგამტარ ფილტრს, რადგან ისინი გამოიყენება 1 მჰც -ზე დაბალ სიხშირეებზე, და, გარდა ამისა, სიგნალის გაძლიერება შესაძლებელია, რადგან ამ წრეში გამოყენებული იქნება ოპერატიული გამაძლიერებელი.

ამრიგად, ამ პროექტის საფუძველზე, ცენტრალური ყურადღება გამახვილდება აქტიური დაბალი გავლის ფილტრის მიკროსქემის და მისი სიმეტრიული მიწოდების წრის განვითარებაზე. სურათი 1 ასახავს ამ მიკროსქემის ტექნიკას.

დაბალი გადასასვლელი ფილტრის RC წრე, რომელიც აშენებულია TinkerCAD– ში, შეგიძლიათ მიიღოთ შემდეგ ბმულზე:

როგორც აღვნიშნეთ, ჩვენ ამ პროექტში გამოვიყენეთ არდუინო, რათა მივიღოთ სიგნალი სენსორიდან. ამრიგად, დაბალი გავლის ფილტრის RC სქემა ზემოთ მოცემულ ფიგურაში ჩვენ გვაქვს 3 მნიშვნელოვანი ნაწილი:

• სიგნალის გენერატორი,
• აქტიური ფილტრი და;
• Arduino სენსორული მონაცემების შეგროვებისთვის.

სიგნალის გენერატორი პასუხისმგებელია სენსორის ფუნქციონირების სიმულაციაზე და სიგნალის არდუინოზე გადაცემაზე. ეს სიგნალი შემდეგ გაფილტრულია დაბალი გამავლობის ფილტრის RC საშუალებით და შემდგომში გაფილტრული სიგნალი იკითხება და მუშავდება არდუინოს მიერ.

ამრიგად, დაბალი გამავლობის ფილტრის RC ასამბლეის შესასრულებლად დაგვჭირდება შემდეგი ელექტრონული კომპონენტები:

• 2 რეზისტორი;
• 2 კერამიკული კონდენსატორი
• 2 ელექტროლიტური კონდენსატორები;
• ოპერატიული გამაძლიერებელი LM358
• დენის ტერმინალები ან 9 ვ ბატარეა

შემდეგი, ჩვენ წარმოგიდგენთ წრის რეზისტორების და კონდენსატორების მნიშვნელობების გაანგარიშებას. ამ კომპონენტების გაანგარიშება ემყარება აქტიური ფილტრის დაბალი გამავლობის ფილტრის შეწყვეტის სიხშირეს.

რეზისტორისა და კონდენსატორის გამოთვლები

შემოთავაზებული მიკროსქემისთვის ჩვენ გამოვიყენებთ დაბალი გამავლობის ფილტრის შეწყვეტის სიხშირეს 100 ჰც. ამრიგად, წრე საშუალებას მისცემს სიხშირეებს გაიარონ 100Hz– ზე ქვემოთ და 100Hz– ზე ზემოთ, სიგნალი ექსპონენციალურად შემცირდება.

მაშასადამე, კონდენსატორების გამოსათვლელად გვაქვს: თავდაპირველად, საკმარისია C1 მნიშვნელობის განსაზღვრა, ამ შემთხვევაში შეიძლება განისაზღვროს კომერციული ღირებულება 1 -დან 100nF– მდე.

შემდეგი, ჩვენ შევასრულეთ კონდენსატორის C2 გაანგარიშება ქვემოთ განტოლების მიხედვით.

შემდეგ გამოიყენეთ ქვემოთ მოყვანილი ფორმულა R1 და R2 მნიშვნელობების გამოსათვლელად. ფორმულა შეიძლება გამოყენებულ იქნას ორი რეზისტორის მნიშვნელობის პროგნოზირებისთვის. შემდეგი, იხილეთ შესრულებული გაანგარიშება.

სადაც f*C არის დაბალი გამავლობის ფილტრის შეწყვეტის სიხშირე, ანუ ამ სიხშირეზე მაღლა, ამ სიგნალის მომატება შემცირდება. ამ სისტემის f*C მნიშვნელობა იქნება 100 ჰც.

ამრიგად, ჩვენ გვაქვს შემდეგი რეზისტორის მნიშვნელობა R1 და R2.

პროექტის რეზისტორებისა და კონდენსატორისთვის მიღებული მნიშვნელობებიდან, ჩვენ უნდა განვავითაროთ აქტიური ფილტრის კვების ბლოკი. ამ ტიპის ფილტრისთვის, ჩვენ უნდა გამოვიყენოთ ასიმეტრიული კვების წყარო და, შემდეგ, ჩვენ წარმოვადგენთ მიწოდების წრეს.

ნაბიჯი 3: კვების ბლოკი

ამ წრის საჭირო სიმძლავრე არის სიმეტრიული კვების წყარო. თუ თქვენ არ გაქვთ სიმეტრიული კვების წყარო, შეკრიბეთ წრე კონდენსატორების გამოყენებით, რომლებიც იკვებება მარტივი კვების ბლოკით.

ამასთან, ელექტროენერგიის მიწოდების ძაბვის მნიშვნელობა უნდა იყოს 10 ვ -ზე მეტი, რადგან სიმეტრიული წყაროს მნიშვნელობა გაყოფილი იქნება 2 -ზე.

ზემოთ მოყვანილი სურათი გვიჩვენებს კვების ბლოკს.

ეს სქემა უკვე არის ელექტრონულ დიაგრამაზე 1-ში, ვინაიდან გამოიყენება საერთო არასიმეტრიული წყარო.

აქტიური ფილტრის მიკროსქემისა და მისი მიწოდების სქემის შემუშავების შემდეგ, ჩვენ შევიმუშავეთ ელექტრონული ფილტრის მოდული, რომელიც გამოდგება თქვენს პროექტებში არდუინოსთან ან სხვა პროექტებში, რომლებსაც ამ მიზნით სჭირდებათ ფილტრი.

შემდეგი, ჩვენ წარმოგიდგენთ ელექტრონული სქემის სტრუქტურას და შემუშავებული ელექტრონული დაფის დიზაინს.

დაბალგამტარი ფილტრის აქტიური დაბეჭდილი მიკროსქემის დაფა

ნაბიჯი 4: დაბალგამტარი ფილტრის RC- ს დაბეჭდილი მიკროსქემის დაფა

ელექტრონული ნაბეჭდი მიკროსქემის დაფის შესაქმნელად - NEXTPCB, შემუშავდა მიკროსქემის ელექტრონული სქემა. Active Low Pass Filter RC- ის ელექტრონული სქემა ნაჩვენებია ფიგურა 3 -ში.

შემდეგ, სქემა ექსპორტირებული იქნა Altium პროგრამული უზრუნველყოფის PCB დიზაინში და შემუშავდა შემდეგი დაფა, როგორც ეს ნაჩვენებია ფიგურაში 4.

სამი ქინძისთავები გამოიყენებოდა მიკროსქემის და შეყვანის სიგნალის მიწოდებისთვის და ორი ქინძისთავი გამომავალზე. ორი ქინძისთავები გამოიყენება გაფილტრული სიგნალის გამოსასვლელად და მიკროსქემის GND.

PCB– ის განლაგების შემუშავების შემდეგ, დაბეჭდილი მიკროსქემის დაფის 3D დიზაინი შეიქმნა და წარმოდგენილია ფიგურა 5 – ში.

PCB პროექტიდან შეგიძლიათ გამოიყენოთ ეს მოდული და გამოიყენოთ იგი თქვენს პროექტზე Arduino– ით. ამ გზით, გარკვეული პარაზიტული სიგნალები გაუქმდება და თქვენი პროექტი იმუშავებს სიგნალის კითხვისას შეცდომების რისკის გარეშე.

დასკვნა

ეს აქტიური დაბალგამტარი ფილტრი RC წრე შეიძლება ფართოდ იქნას გამოყენებული Arduino- ს სიმძლავრის გასაფილტრად, სერიული კომუნიკაციის სიგნალების გასაფილტრავად, როგორც რადიოსიხშირეზე, რომელსაც ჩვეულებრივ აქვს მრავალი სიგნალი, რაც ჩვეულებრივ იწვევს სერიულ კომუნიკაციაში ჩარევას, იმ პირობით, რომ შეწყვეტის სიხშირე იცვლება.

რჩევა ამ სქემის შეკრების შემდეგ არის კავშირი არდუინოსთან, რადგან ჩარევის კარგი ნაწილია სენსორსა და მიკროკონტროლერს შორის მანძილზე და უმეტეს შემთხვევაში მიკროკონტროლი არ შეიძლება იყოს ძალიან ახლოს, რადგან მდებარეობა სენსორი შეიძლება იყოს მავნე არდუინოსთვის.

გარდა ამისა, უფრო უწყვეტი სიგნალის მისაღებად, უბრალოდ შეცვალეთ დაბალი გამავლობის ფილტრის გათიშვის სიხშირე ქვედა სიხშირეზე, ეს შეცვლის რეზისტორებისა და კონდენსატორების მნიშვნელობებს. მას ასევე აქვს თავისი უპირატესობა სიგნალში მოგების შესაქმნელად, თუ სიგნალი დაბალია.

Მნიშვნელოვანი ინფორმაცია

ყველა ფაილზე წვდომა შესაძლებელია შემდეგ ბმულზე: ნაბეჭდი მიკროსქემის დაფის ფაილები

თქვენ შეგიძლიათ მიიღოთ თქვენი 10 PCB და გადაიხადოთ მხოლოდ ტვირთი პირველი შეძენისას NextPCB– ზე. ისიამოვნეთ და გამოიყენეთ ეს პროექტი თქვენი Arduino პროექტებითა და სენსორებით.