Filtro passa basso attivo RC applicato nei progetti con Arduino: 4 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Progetti Tinkercad »

Il filtro passa basso è un eccellente circuito elettronico per filtrare i segnali parassiti dai tuoi progetti. Un problema comune nei progetti con Arduino e nei sistemi con sensori che lavorano vicino ai circuiti di potenza è la presenza di segnali "parassiti".

Possono essere causati da vibrazioni o campi magnetici nella stessa area del sensore.

Questi segnali, per lo più ad alta frequenza, provocano disturbi al momento della lettura e, di conseguenza, letture errate si verificano nel sistema di automazione. Un esempio comune è l'avviamento di una macchina che richiede un'elevata corrente iniziale.

Ciò causerà la generazione di rumore ad alta frequenza in diversi elementi collegati alla rete elettrica, inclusi i sensori.

Per evitare che questi rumori influenzino il sistema, vengono utilizzati filtri tra l'elemento sensore e il sistema che lo legge.

Cosa sono i filtri passivi e attivi?

Forniture

• 2 resistori;
• 2 condensatori ceramici
• 2 Condensatori elettrolitici;
• Amplificatore operazionale LM358
• Terminali di alimentazione o batteria da 9V;

Passaggio 1: cosa sono i filtri passivi e attivi?

I filtri sono circuiti in grado di “pulire” un segnale, separare segnali indesiderati, per evitare di leggere valori che non corrispondono alla realtà.

I filtri possono essere di due tipi: passivi e attivi.

Filtri passiviI filtri possono essere passivi, che sono i più semplici, poiché sono costituiti solo da resistori e condensatori.

Filtri attivi

I filtri attivi, oltre a resistori e condensatori, utilizzano amplificatori per migliorare il filtraggio e filtri digitali, utilizzati nei processori e nei microcontrollori.

Pertanto, in questo articolo, imparerai:

Capire come funziona il filtro passa basso;

Configurare l'hardware del filtro passa basso con una frequenza di taglio di 100 Hz utilizzando un amplificatore operazionale LM358;

Calcolare i valori dei componenti passivi del circuito;

Assemblare un filtro passa basso NextPCB.

Di seguito, presentiamo il processo di sviluppo del filtro passa basso attivo per i nostri circuiti con Arduino.

Passaggio 2: sviluppo del circuito RC con filtro passa basso attivo

In questo progetto verrà sviluppato un filtro passa basso attivo con NEXTPCB - Printed Circuit Board, cioè ci permette di passare le basse frequenze. La gamma di frequenza da scegliere dipende dal funzionamento del circuito.

Per questo articolo utilizzeremo un filtro passa basso attivo, poiché vengono utilizzati per frequenze inferiori a 1 MHz e, inoltre, è possibile eseguire l'amplificazione del segnale, poiché in questo circuito verrà utilizzato un amplificatore operazionale.

Pertanto, sulla base di questo progetto, l'obiettivo centrale sarà lo sviluppo del circuito del filtro passa basso attivo e del suo circuito di alimentazione simmetrico. La Figura 1 illustra l'hardware di questo circuito.

Il circuito RC del filtro passa basso costruito in TinkerCAD è accessibile al seguente link:

Come accennato, in questo progetto abbiamo utilizzato Arduino per acquisire il segnale da un sensore. Pertanto, il circuito RC del filtro passa basso nella figura sopra abbiamo 3 parti importanti:

• Il generatore di segnale,
• Il filtro attivo e;
• Arduino per la raccolta dei dati dei sensori.

Il generatore di segnale è responsabile della simulazione del funzionamento di un sensore e della trasmissione del segnale all'Arduino. Questo segnale viene poi filtrato attraverso il filtro passa basso RC e, successivamente, il segnale filtrato viene letto ed elaborato da Arduino.

Pertanto, per eseguire il montaggio del filtro passa basso RC avremo bisogno dei seguenti componenti elettronici:

• 2 resistori;
• 2 condensatori ceramici
• 2 Condensatori elettrolitici;
• Amplificatore operazionale LM358
• Terminali di alimentazione o batteria da 9V

Successivamente, presentiamo il calcolo dei valori dei resistori e dei condensatori del circuito. Il calcolo di questi componenti si basa sulla frequenza di taglio del filtro passa basso del filtro attivo.

Calcoli di resistori e condensatori

Per il circuito proposto, utilizzeremo una frequenza di taglio del filtro passa basso di 100Hz. In questo modo il circuito permetterà alle frequenze di passare sotto i 100Hz e sopra i 100Hz, il segnale diminuirà esponenzialmente.

Pertanto, per il calcolo dei condensatori, abbiamo: Inizialmente è sufficiente definire un valore di C1, nel qual caso si può definire un valore commerciale da 1 a 100nF.

Successivamente, abbiamo eseguito il calcolo del condensatore C2 secondo l'equazione seguente.

Quindi utilizzare la formula seguente per calcolare il valore di R1 e R2. La formula può essere utilizzata per proiettare il valore dei due resistori. Successivamente, vedere il calcolo eseguito.

Dove f*C è la frequenza di taglio del filtro passa basso, cioè, al di sopra di tale frequenza, il guadagno di questo segnale diminuirà. Il valore f*C per questo sistema sarà 100 Hz.

Pertanto, abbiamo il seguente valore di resistenza per R1 e R2.

Dai valori ottenuti per le resistenze e il condensatore di progetto, dobbiamo poi sviluppare il circuito di alimentazione per il filtro attivo. Per questo tipo di filtro è necessario utilizzare un'alimentazione asimmetrica e, successivamente, presenteremo il circuito di alimentazione.

Passaggio 3: l'alimentatore

La potenza richiesta per questo circuito è un alimentatore simmetrico. Se non si dispone di un alimentatore simmetrico, assemblare un circuito utilizzando condensatori alimentati da un semplice alimentatore.

Tuttavia, il valore della tensione dell'alimentatore deve essere maggiore di 10V, poiché il valore della sorgente simmetrica sarà diviso per 2.

La figura sopra mostra il circuito dell'alimentatore.

Questo circuito è già nello schema elettronico di Figura 1, poiché viene utilizzata una sorgente comune non simmetrica.

Dopo aver progettato il circuito del filtro attivo e il suo circuito di alimentazione, abbiamo sviluppato un modulo di filtro elettronico da utilizzare nei tuoi progetti con Arduino o in altri progetti che necessitano di un filtro per questo scopo.

Successivamente, presenteremo la struttura dello schema elettronico e il design della scheda elettronica sviluppata.

Il circuito stampato del filtro passa basso attivo RC

Passaggio 4: il circuito stampato del filtro passa basso attivo RC

Per realizzare il circuito stampato elettronico - NEXTPCB, è stato sviluppato lo schema elettronico del circuito. Lo schema elettronico del filtro passa basso attivo RC è mostrato nella Figura 3.

Quindi, lo schema è stato esportato nel PCB Design del software Altium ed è stata progettata la seguente scheda, come mostrato nella Figura 4.

Sono stati utilizzati tre pin per fornire il circuito e il segnale di ingresso e due pin in uscita. I due pin sono utilizzati per l'uscita del segnale filtrato e il GND del circuito.

Dopo aver progettato il layout del PCB, il progetto 3D del circuito stampato è stato generato e presentato in Figura 5.

Dal progetto PCB, puoi utilizzare questo modulo e applicarlo al tuo progetto con Arduino. In questo modo, alcuni segnali parassiti verranno cancellati e il tuo progetto funzionerà senza rischi di errori nella lettura del segnale.

Conclusione

Questo circuito RC con filtro passa basso attivo può essere ampiamente utilizzato per filtrare la potenza dell'Arduino, filtrando i segnali della comunicazione seriale, come nella radiofrequenza, che di solito ha molti segnali che di solito causano interferenze nella comunicazione seriale, a condizione che il valore di la frequenza di taglio viene modificata.

Un consiglio dopo aver assemblato questo circuito è quello di rendere la connessione più vicina all'Arduino, poiché buona parte dell'interferenza è nella distanza tra il sensore e il microcontrollore e, nella maggior parte dei casi, il microcontrollore non può essere molto vicino, perché la posizione di il sensore può essere dannoso per Arduino.

Inoltre, per avere un segnale più continuo, basta cambiare la frequenza di taglio del filtro passa basso ad una frequenza più bassa, questo cambierà i valori delle resistenze e dei condensatori. Ha anche i suoi vantaggi di creare un guadagno nel segnale, se il segnale è basso.

Informazioni importanti

Tutti i file sono accessibili al seguente link: Files del Circuito Stampato

Puoi ottenere i tuoi 10 PCB e pagare solo il trasporto al primo acquisto sul NextPCB. Divertiti e usa questo progetto con i tuoi progetti e sensori Arduino.