מסנן Low Pass פעיל מיושם בפרויקטים עם Arduino: 4 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:13

פרויקטים של טינקרד »

מסנן הנמוך הוא מעגלים אלקטרוניים מצוינים לסינון אותות טפילים מהפרויקטים שלך. בעיה נפוצה בפרויקטים עם Arduino ומערכות עם חיישנים הפועלים קרוב למעגלי חשמל היא נוכחות של אותות "טפילים".

הם יכולים להיגרם על ידי רעידות או שדות מגנטיים באותו אזור כמו החיישן.

אותות אלה, שהם לרוב בתדירות גבוהה, גורמים להפרעה בזמן הקריאה וכתוצאה מכך, קריאות שגויות מתרחשות במערכת האוטומציה. דוגמה נפוצה היא הפעלה של מכונה הדורשת זרם התחלתי גבוה.

זה יגרום ליצירת רעש בתדירות גבוהה בכמה אלמנטים שמחוברים לרשת החשמל, כולל חיישנים.

כדי למנוע מהרעשים האלה להשפיע על המערכת, משתמשים במסננים בין רכיב החיישנים לבין המערכת שקוראת אותו.

מהם מסננים פסיביים ופעילים?

אספקה

• 2 נגדים;
• 2 קבלים קרמיים
• 2 קבלים אלקטרוליטיים;
• מגבר תפעולי LM358
• מסופי כוח או סוללת 9V;

שלב 1: מהם מסננים פסיביים ופעילים?

מסננים הם מעגלים שיכולים "לנקות" אות, להפריד אותות לא רצויים, כדי להימנע מקריאת ערכים שאינם תואמים את המציאות.

מסננים יכולים להיות משני סוגים: פסיבי ופעיל.

מסננים פסיביים מסננים יכולים להיות פסיביים, שהם הפשוטים ביותר, מכיוון שהם מורכבים רק מנגדים וקבלים.

מסננים פעילים

מסננים פעילים, בנוסף לנגדים וקבלים, משתמשים באמפר-אופס לשיפור הסינון ובמסננים דיגיטליים המשמשים מעבדים ומיקרו-בקרים.

לכן, במאמר זה, תלמד:

להבין כיצד פועל מסנן נמוך לעבור;

קבע את תצורת החומרה של מסנן המעבר הנמוך בתדר ניתוק של 100 הרץ באמצעות מגבר תפעולי LM358;

חשב את ערכי המרכיבים הפסיביים של המעגל;

להרכיב מסנן נמוך לעבור NextPCB.

להלן, אנו מציגים את תהליך פיתוח מסנן ה- low -pass הפעיל למעגלים שלנו עם Arduino.

שלב 2: פיתוח מעגל RC מסנן נמוך

בפרויקט זה יפותח מסנן נמוך נמוך פעיל עם NEXTPCB - מעגל מודפס, כלומר הוא מאפשר לנו לעבור תדרים נמוכים. טווח התדרים לבחירה תלוי בהפעלת המעגל.

עבור מאמר זה נשתמש במסנן מעבר נמוך פעיל, כפי שהם משמשים לתדרים מתחת ל- 1MHz, ובנוסף, ניתן לבצע הגברה של אותות, שכן מגבר תפעולי ישמש במעגל זה.

לכן, בהתבסס על פרויקט זה, המיקוד המרכזי יהיה בפיתוח מעגל מסנני המעבר הנמוך ומעגל האספקה הסימטרי שלו. איור 1 ממחיש את החומרה של מעגל זה.

ניתן לגשת למעגל RC מסנן ה- low pass שנבנה ב- TinkerCAD בקישור הבא:

כאמור, השתמשנו בארדואינו בפרויקט זה על מנת לרכוש את האות מחיישן. לפיכך, למעגל RC מסנן ה- low pass באיור לעיל יש לנו 3 חלקים חשובים:

• מחולל האותות,
• המסנן הפעיל ו;
• Arduino לאיסוף נתוני חיישנים.

מחולל האותות אחראי על הדמיית תפקודו של חיישן והעברת האות לארדואינו. אות זה מסונן לאחר מכן דרך מסנן ה- low pass RC ולאחר מכן האות המסונן נקרא ומעובד על ידי ארדואינו.

לפיכך, לביצוע הרכבה של מסנן ה- low pass RC נזדקק לרכיבים האלקטרוניים הבאים:

• 2 נגדים;
• 2 קבלים קרמיים
• 2 קבלים אלקטרוליטיים;
• מגבר תפעולי LM358
• מסופי כוח או סוללת 9V

לאחר מכן, אנו מציגים את חישוב ערכי הנגדים והקבלים של המעגל. החישוב של רכיבים אלה מבוסס על תדירות החיתוך של מסנן נמוך במסנן הפעיל.

חישובי הנגד והקבלים

עבור המעגל המוצע, נשתמש בתדר ניתוק מסנן נמוך של 100 הרץ. באופן זה, המעגל יאפשר לתדרים לעבור מתחת ל 100 הרץ ומעל 100 הרץ, האות יקטן באופן אקספוננציאלי.

לכן, לחישוב הקבלים יש לנו: בתחילה מספיק להגדיר ערך של C1, ובמקרה זה ניתן להגדיר ערך מסחרי של 1 עד 100nF.

לאחר מכן, ביצענו את חישוב הקבל C2 על פי המשוואה להלן.

לאחר מכן השתמש בנוסחה שלהלן כדי לחשב את הערך של R1 ו- R2. ניתן להשתמש בנוסחה כדי להקרין את הערך של שני הנגדים. לאחר מכן, עיין בחישוב שבוצע.

כאשר f*C הוא תדר החיתוך של מסנן נמוך, כלומר מעל התדר הזה, הרווח של האות הזה יקטן. ערך f*C עבור מערכת זו יהיה 100 הרץ.

לכן, יש לנו את ערך הנגד הבא עבור R1 ו- R2.

מהערכים המתקבלים לנגדים ולקבלים של הפרויקט, עלינו לפתח את מעגל אספקת החשמל של המסנן הפעיל. עבור סוג זה של מסנן, עלינו להשתמש באספקת חשמל א -סימטרית, ולאחר מכן נציג את מעגל האספקה.

שלב 3: ספק הכוח

הכוח הנדרש למעגל זה הוא ספק כוח סימטרי. אם אין לך ספק כוח סימטרי, הרכיב מעגל באמצעות קבלים המופעלים על ידי ספק כוח פשוט.

עם זאת, ערך המתח של ספק הכוח חייב להיות גדול מ- 10V, שכן ערך המקור הסימטרי יחולק ב -2.

האיור למעלה מציג את מעגל ספק הכוח.

מעגל זה כבר נמצא בתרשים האלקטרוני באיור 1, שכן נעשה שימוש במקור לא סימטרי משותף.

לאחר שתכננו את מעגל המסנן הפעיל ואת מעגל האספקה שלו, פיתחנו מודול סינון אלקטרוני שישמש אתכם בפרויקטים שלכם עם Arduino או בפרויקטים אחרים הזקוקים למסנן למטרה זו.

לאחר מכן, נציג את מבנה התוכנית האלקטרונית ואת עיצוב הלוח האלקטרוני המפותח.

המעגל המודפס של מסנן ה- Active Low Pass RC

שלב 4: הלוח המודפס של מסנן ה- Active Low Pass RC

על מנת להפוך את הלוח האלקטרוני המודפס - NEXTPCB, פותחה הסכימה האלקטרונית של המעגל. הסכימה האלקטרונית של מסנן ה- Low Pass Active RC מוצגת באיור 3.

לאחר מכן, התוכנית יוצאה לתכנון ה- PCB של תוכנת Altium והלוח הבא תוכנן, כפי שמוצג באיור 4.

שלושה סיכות שימשו לאספקת המעגל ואות הקלט ושני סיכות ביציאה. שני הפינים משמשים לפלט האות המסונן ול- GND של המעגל.

לאחר תכנון הפריסה של הלוח המודפס, העיצוב התלת -ממדי של המעגל המודפס נוצר והוצג באיור 5.

מפרויקט ה- PCB, תוכל להשתמש במודול זה וליישם אותו על הפרויקט שלך באמצעות Arduino. בדרך זו, אותות טפילים מסוימים יבוטלו והפרויקט שלך יפעל ללא סיכון לטעויות בקריאת האותות.

סיכום

ניתן להשתמש במעגל RC פעיל מסנן נמוך מסוג זה לסינון העוצמה של הארדואינו, סינון אותות התקשורת הסדרתית, כמו בתדר רדיו, אשר בדרך כלל מכיל אותות רבים שבדרך כלל גורמים להפרעות בתקשורת הסדרתית, בתנאי שהערך של תדירות החיתוך משתנה.

טיפ לאחר הרכבת מעגל זה הוא לקרב את החיבור לארדואינו, שכן חלק ניכר מההפרעה נמצא במרחק בין החיישן למיקרו -בקר, וברוב המקרים, המיקרו -בקר לא יכול להיות קרוב במיוחד, מכיוון שהמיקום של החיישן עלול להזיק ל- Arduino.

בנוסף, כדי לקבל אות רציף יותר, פשוט שנה את תדירות הניתוק של מסנן נמוך לתדר נמוך יותר, זה ישנה את ערכי הנגדים והקבלים. יש לו גם יתרונות של יצירת רווח באות, אם האות נמוך.

מידע חשוב

ניתן לגשת לכל הקבצים בקישור הבא: קבצי הלוח המודפס

אתה יכול להשיג 10 PCB משלך ולשלם רק את ההובלה ברכישה הראשונה ב- NextPCB. תהנה והשתמש בפרויקט זה עם הפרויקטים והחיישנים של Arduino.