Arduino İle Projelerde Uygulanan Aktif Alçak Geçiren Filtre RC: 4 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:17

Tinkercad Projeleri »

Alçak geçiren filtre, projelerinizdeki parazit sinyalleri filtrelemek için mükemmel elektronik devrelerdir. Arduino ile projelerde ve güç devrelerine yakın çalışan sensörlü sistemlerde yaygın bir sorun “parazitik” sinyallerin varlığıdır.

Sensörle aynı alandaki titreşim veya manyetik alanlardan kaynaklanabilirler.

Çoğunlukla yüksek frekanslı olan bu sinyaller, okuma anında bozulmaya neden olmakta ve dolayısıyla otomasyon sisteminde hatalı okumalar meydana gelmektedir. Yaygın bir örnek, yüksek bir başlangıç akımı gerektiren bir makinenin başlatılmasıdır.

Bu, sensörler de dahil olmak üzere elektrik şebekesine bağlı çeşitli elemanlarda yüksek frekanslı gürültünün oluşmasına neden olacaktır.

Bu gürültülerin sistemi etkilememesi için algılayıcı eleman ile onu okuyan sistem arasında filtreler kullanılmaktadır.

Pasif ve aktif filtreler nelerdir?

Gereçler

• 2 Dirençler;
• 2 seramik kapasitör
• 2 Elektrolitik kapasitörler;
• Operasyonel Amplifikatör LM358
• Güç terminalleri veya 9V pil;

Adım 1: Pasif ve Aktif Filtreler Nedir?

Filtreler, gerçekle eşleşmeyen değerlerin okunmasını önlemek için bir sinyali "temizleyebilen", istenmeyen sinyalleri ayırabilen devrelerdir.

Filtreler iki tip olabilir: pasif ve aktif.

Pasif Filtreler Filtreler, yalnızca direnç ve kapasitörlerden oluştuğu için en basiti olan pasif olabilirler.

Aktif Filtreler

Aktif filtreler, dirençlere ve kapasitörlere ek olarak, filtrelemeyi iyileştirmek için amp-op'ları ve işlemcilerde ve mikro denetleyicilerde kullanılan dijital filtreleri kullanır.

Bu nedenle, bu makalede şunları öğreneceksiniz:

Alçak geçiren filtrenin nasıl çalıştığını anlayın;

İşlemsel yükselteç LM358 kullanarak düşük geçiş filtresinin donanımını 100 Hz kesme frekansıyla yapılandırın;

Devrenin pasif bileşenlerinin değerlerini hesaplayın;

Bir alçak geçiren filtre NextPCB monte edin.

Aşağıda Arduino ile yaptığımız devreler için aktif alçak geçiren filtre geliştirme sürecini sunuyoruz.

Adım 2: Aktif Alçak Geçiren Filtre RC Devresinin Geliştirilmesi

Bu projede NEXTPCB - Baskılı Devre Kartı ile aktif bir alçak geçiren filtre geliştirilecektir, yani alçak frekansları geçirmemizi sağlar. Seçilecek frekans aralığı devrenin çalışmasına bağlıdır.

Bu yazıda 1MHz'in altındaki frekanslar için kullanıldığı için aktif bir alçak geçiren filtre kullanacağız ve ayrıca bu devrede işlemsel bir yükselteç kullanılacağı için sinyal amplifikasyonu yapılabilir.

Bu nedenle, bu projeye dayanarak, aktif alçak geçiren filtre devresinin ve simetrik besleme devresinin geliştirilmesine odaklanılacaktır. Şekil 1, bu devrenin donanımını göstermektedir.

TinkerCAD'de oluşturulan düşük geçiş filtreli RC devresine aşağıdaki bağlantıdan erişilebilir:

Bahsedildiği gibi, bu projede bir sensörden sinyal almak için Arduino kullandık. Böylece yukarıdaki şekildeki alçak geçiren filtreli RC devresinde 3 önemli parçamız var:

• sinyal üreteci,
• Aktif filtre ve;
• Sensör verilerini toplamak için Arduino.

Sinyal üreteci, bir sensörün çalışmasını simüle etmekten ve sinyali Arduino'ya iletmekten sorumludur. Bu sinyal daha sonra düşük geçiş filtresi RC aracılığıyla filtrelenir ve ardından filtrelenen sinyal Arduino tarafından okunur ve işlenir.

Bu nedenle, alçak geçiren filtre RC'nin montajını gerçekleştirmek için aşağıdaki elektronik bileşenlere ihtiyacımız olacak:

• 2 Dirençler;
• 2 seramik kapasitör
• 2 Elektrolitik kapasitörler;
• Operasyonel Amplifikatör LM358
• Güç terminalleri veya 9V pil

Ardından, devrenin direnç ve kapasitörlerinin değerlerinin hesaplanmasını sunuyoruz. Bu bileşenlerin hesaplanması, aktif filtrenin alçak geçiren filtre kesme frekansına dayanmaktadır.

Direnç ve Kapasitör Hesapları

Önerilen devre için 100Hz'lik bir alçak geçiren filtre kesme frekansı kullanacağız. Bu sayede devre frekansların 100Hz'in altına ve 100Hz'in üstüne geçmesine izin verecek, sinyal katlanarak azalacaktır.

Bu nedenle, kapasitörlerin hesaplanması için elimizde: Başlangıçta, C1 değerini tanımlamak yeterlidir, bu durumda 1 ila 100nF arasında ticari bir değer tanımlanabilir.

Daha sonra aşağıdaki denkleme göre C2 kondansatörünün hesaplamasını yaptık.

Ardından R1 ve R2'nin değerini hesaplamak için aşağıdaki formülü kullanın. Formül, iki direncin değerini yansıtmak için kullanılabilir. Ardından, yapılan hesaplamaya bakın.

f*C'nin düşük geçiş filtresi kesme frekansı olduğu yerde, yani bu frekansın üzerinde, bu sinyalin kazancı azalacaktır. Bu sistem için f*C değeri 100 Hz olacaktır.

Bu nedenle, R1 ve R2 için aşağıdaki direnç değerine sahibiz.

Projenin dirençleri ve kapasitörleri için elde edilen değerlerden sonra aktif filtre için güç kaynağı devresini geliştirmeliyiz. Bu tip filtre için asimetrik güç kaynağı kullanmamız gerekiyor ve daha sonra besleme devresini sunacağız.

Adım 3: Güç Kaynağı

Bu devre için gerekli güç simetrik bir güç kaynağıdır. Simetrik bir güç kaynağınız yoksa, basit bir güç kaynağından güç alan kapasitörler kullanarak bir devre kurun.

Ancak simetrik kaynağın değeri 2'ye bölüneceğinden güç kaynağının voltaj değeri 10V'dan büyük olmalıdır.

Yukarıdaki şekil güç kaynağının devresini göstermektedir.

Bu devre, ortak bir simetrik olmayan kaynak kullanıldığından, Şekil 1'deki elektronik diyagramda zaten yer almaktadır.

Aktif filtre devresini ve besleme devresini tasarladıktan sonra Arduino ile projelerinizde veya bu amaçla filtreye ihtiyaç duyan diğer projelerde kullanılmak üzere bir elektronik filtre modülü geliştirdik.

Daha sonra, elektronik şemanın yapısını ve geliştirilen elektronik kartın tasarımını sunacağız.

Aktif Düşük Geçiş Filtresi RC'nin baskılı devre kartı

Adım 4: Aktif Alçak Geçiren Filtre RC'nin Baskılı Devre Kartı

Elektronik baskılı devre kartı - NEXTPCB yapmak için devrenin elektronik şeması geliştirilmiştir. Aktif Düşük Geçiş Filtresi RC'nin elektronik şeması Şekil 3'te gösterilmektedir.

Daha sonra şema Altium yazılımının PCB Design'ına aktarıldı ve aşağıdaki kart Şekil 4'te gösterildiği gibi tasarlandı.

Devre ve giriş sinyalini beslemek için üç pin ve çıkışta iki pin kullanılmıştır. İki pin, filtrelenmiş sinyalin çıkışı ve devrenin GND'si için kullanılır.

PCB yerleşimi tasarlandıktan sonra, baskılı devre kartının 3 boyutlu tasarımı oluşturulmuş ve Şekil 5'te sunulmuştur.

PCB projesinden bu modülü kullanabilir ve Arduino ile projenize uygulayabilirsiniz. Bu sayede bazı parazitik sinyaller iptal edilecek ve projeniz sinyal okumasında hata riski olmadan çalışacaktır.

Çözüm

Bu aktif düşük geçiş filtreli RC devresi, Arduino'nun gücünü filtrelemek, seri iletişim sinyallerini filtrelemek için yaygın olarak kullanılabilir. kesme frekansı değiştirilir.

Bu devreyi kurduktan sonra bir ipucu, bağlantıyı Arduino'ya daha yakın hale getirmektir, çünkü girişimin iyi bir kısmı sensör ve mikrodenetleyici arasındaki mesafededir ve çoğu durumda mikrodenetleyici çok yakın olamaz çünkü konumu sensör Arduino için zararlı olabilir.

Ek olarak, daha sürekli bir sinyale sahip olmak için alçak geçiren filtre kesme frekansını daha düşük bir frekansa değiştirin, bu direnç ve kapasitörlerin değerlerini değiştirecektir. Sinyal düşükse, sinyalde kazanç yaratma avantajları da vardır.

Önemli bilgi

Tüm dosyalara aşağıdaki bağlantıdan erişilebilir: Basılı Devre Kartı Dosyaları

Kendi 10 PCB'nizi edinebilir ve NextPCB'de sadece ilk satın almada navlun ödeyebilirsiniz. Arduino Projeleriniz ve sensörleriniz ile bu projenin keyfini çıkarın ve kullanın.