تم تطبيق مرشح الترددات المنخفضة النشط RC في المشاريع باستخدام Arduino: 4 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:37

مشاريع تينكركاد »

مرشح الترددات المنخفضة عبارة عن دوائر إلكترونية ممتازة لتصفية الإشارات الطفيلية من مشاريعك. من المشاكل الشائعة في المشاريع مع Arduino والأنظمة ذات المستشعرات التي تعمل بالقرب من دوائر الطاقة وجود إشارات "طفيلية".

يمكن أن يكون سببها الاهتزاز أو المجالات المغناطيسية في نفس منطقة المستشعر.

هذه الإشارات ، التي تكون في الغالب عالية التردد ، تسبب اضطرابًا في وقت القراءة ، وبالتالي تحدث قراءات خاطئة في نظام التشغيل الآلي. مثال شائع هو بدء تشغيل آلة تتطلب تيارًا أوليًا عاليًا.

سيؤدي ذلك إلى توليد ضوضاء عالية التردد في العديد من العناصر المتصلة بالشبكة الكهربائية ، بما في ذلك أجهزة الاستشعار.

لمنع هذه الضوضاء من التأثير على النظام ، يتم استخدام المرشحات بين عنصر المستشعر والنظام الذي يقرأه.

ما هي عوامل التصفية السلبية والنشطة؟

اللوازم

• 2 مقاومات
• عدد 2 مكثف سيراميك
• 2 المكثفات الالكتروليتية.
• مكبر الصوت التشغيلي LM358
• محطات الطاقة أو بطارية 9 فولت ؛

الخطوة 1: ما هي عوامل التصفية السلبية والنشطة؟

المرشحات عبارة عن دوائر يمكنها "تنظيف" الإشارة ، وفصل الإشارات غير المرغوب فيها ، لتجنب قراءة القيم التي لا تطابق الواقع.

يمكن أن تكون المرشحات من نوعين: سلبي ونشط.

يمكن أن تكون المرشحات سلبية ، وهي أبسطها ، لأنها تتكون فقط من مقاومات ومكثفات.

عوامل التصفية النشطة

تستخدم المرشحات النشطة ، بالإضافة إلى المقاومات والمكثفات ، amp-ops لتحسين التصفية ، والمرشحات الرقمية ، والتي تُستخدم في المعالجات وأجهزة التحكم الدقيقة.

لذلك ، في هذه المقالة سوف تتعلم:

فهم كيفية عمل مرشح الترددات المنخفضة ؛

قم بتكوين أجهزة مرشح التمرير المنخفض بتردد قطع يبلغ 100 هرتز باستخدام مكبر تشغيلي LM358 ؛

احسب قيم المكونات السلبية للدائرة ؛

قم بتجميع مرشح تمرير منخفض NextPCB.

أدناه ، نقدم عملية تطوير مرشح تمرير منخفض نشط لداراتنا باستخدام Arduino.

الخطوة 2: تطوير دائرة RC لمرشح الترددات المنخفضة النشطة

في هذا المشروع ، سيتم تطوير مرشح تمرير منخفض نشط باستخدام NEXTPCB - لوحة الدوائر المطبوعة ، أي أنها تسمح لنا بتمرير الترددات المنخفضة. يعتمد نطاق التردد الذي سيتم اختياره على تشغيل الدائرة.

في هذه المقالة ، سنستخدم مرشح تمرير منخفض نشط ، حيث يتم استخدامه للترددات التي تقل عن 1 ميجاهرتز ، بالإضافة إلى إمكانية تضخيم الإشارة ، حيث سيتم استخدام مضخم تشغيلي في هذه الدائرة.

لذلك ، بناءً على هذا المشروع ، سيكون التركيز المركزي على تطوير دائرة مرشح التمرير المنخفض النشطة ودائرة الإمداد المتماثلة. يوضح الشكل 1 أجهزة هذه الدائرة.

يمكن الوصول إلى دائرة RC لمرشح التمرير المنخفض التي تم إنشاؤها في TinkerCAD على الرابط التالي: https://www.tinkercad.com/things/0H8Wq5NJLm0-filt …

كما ذكرنا ، استخدمنا Arduino في هذا المشروع من أجل الحصول على إشارة من جهاز استشعار. وبالتالي ، فإن دائرة RC لمرشح التمرير المنخفض في الشكل أعلاه لدينا 3 أجزاء مهمة:

• مولد الإشارة ،
• المرشح النشط و ؛
• Arduino لجمع بيانات المستشعرات.

يعد مولد الإشارة مسؤولاً عن محاكاة عمل المستشعر ونقل الإشارة إلى Arduino. يتم بعد ذلك ترشيح هذه الإشارة من خلال مرشح التمرير المنخفض RC ، وبعد ذلك ، تتم قراءة الإشارة المصفاة ومعالجتها بواسطة Arduino.

وبالتالي ، لأداء تجميع مرشح التمرير المنخفض RC ، سنحتاج إلى المكونات الإلكترونية التالية:

• 2 مقاومات
• عدد 2 مكثف سيراميك
• 2 المكثفات الالكتروليتية.
• مكبر الصوت التشغيلي LM358
• محطات الطاقة أو بطارية 9V

بعد ذلك ، نقدم حساب قيم المقاومات والمكثفات في الدائرة. يعتمد حساب هذه المكونات على تردد قطع مرشح التمرير المنخفض للمرشح النشط.

حسابات المقاوم والمكثفات

بالنسبة للدائرة المقترحة ، سوف نستخدم تردد قطع مرشح تمرير منخفض يبلغ 100 هرتز. بهذه الطريقة ، ستسمح الدائرة بترددات أقل من 100 هرتز وأعلى من 100 هرتز ، وستنخفض الإشارة بشكل كبير.

لذلك ، لحساب المكثفات ، لدينا: في البداية ، يكفي تحديد قيمة C1 ، وفي هذه الحالة يمكن تحديد قيمة تجارية من 1 إلى 100nF.

بعد ذلك ، أجرينا حساب المكثف C2 وفقًا للمعادلة أدناه.

ثم استخدم الصيغة أدناه لحساب قيمة R1 و R2. يمكن استخدام الصيغة لإبراز قيمة المقاومين. بعد ذلك ، راجع العملية الحسابية التي تم إجراؤها.

حيث f * C هو تردد قطع مرشح التمرير المنخفض ، أي فوق هذا التردد ، سينخفض كسب هذه الإشارة. ستكون قيمة f * C لهذا النظام 100 هرتز.

لذلك ، لدينا قيمة المقاوم التالية لـ R1 و R2.

من القيم التي تم الحصول عليها للمقاومات والمكثف للمشروع ، يجب علينا بعد ذلك تطوير دائرة إمداد الطاقة للمرشح النشط. بالنسبة لهذا النوع من المرشحات ، نحتاج إلى استخدام مصدر طاقة غير متماثل ، وبعد ذلك ، سنقدم دائرة الإمداد.

الخطوة 3: مزود الطاقة

الطاقة المطلوبة لهذه الدائرة هي مصدر طاقة متماثل. إذا لم يكن لديك مصدر طاقة متماثل ، فقم بتجميع دائرة باستخدام مكثفات تعمل بمصدر طاقة بسيط.

ومع ذلك ، يجب أن تكون قيمة الجهد الكهربائي لمصدر الطاقة أكبر من 10 فولت ، حيث سيتم تقسيم قيمة المصدر المتماثل على 2.

يوضح الشكل أعلاه دائرة مصدر الطاقة.

هذه الدائرة موجودة بالفعل في الرسم البياني الإلكتروني في الشكل 1 ، حيث يتم استخدام مصدر شائع غير متماثل.

بعد تصميم دائرة التصفية النشطة ودائرة التوريد الخاصة بها ، قمنا بتطوير وحدة تصفية إلكترونية لاستخدامها في مشاريعك مع Arduino أو في مشاريع أخرى تحتاج إلى مرشح لهذا الغرض.

بعد ذلك ، سوف نقدم هيكل المخطط الإلكتروني وتصميم اللوحة الإلكترونية المطورة.

لوحة الدوائر المطبوعة لمرشح الترددات المنخفضة النشط RC

الخطوة 4: لوحة الدوائر المطبوعة لمرشح الترددات المنخفضة النشط RC

من أجل صنع لوحة الدوائر الإلكترونية المطبوعة - NEXTPCB ، تم تطوير المخطط الإلكتروني للدائرة. يظهر التخطيط الإلكتروني لمرشح الترددات المنخفضة النشط RC في الشكل 3.

بعد ذلك ، تم تصدير المخطط إلى تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور لبرنامج Altium وتم تصميم اللوحة التالية ، كما هو موضح في الشكل 4.

تم استخدام ثلاثة دبابيس لتزويد الدائرة وإشارة الإدخال ودبوسين عند الخرج. يتم استخدام الدبابيس لإخراج الإشارة المفلترة و GND للدائرة.

بعد تصميم تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، تم إنشاء تصميم ثلاثي الأبعاد للوحة الدوائر المطبوعة وعرضها في الشكل 5.

من مشروع PCB ، يمكنك استخدام هذه الوحدة وتطبيقها على مشروعك باستخدام Arduino. بهذه الطريقة ، سيتم إلغاء بعض الإشارات الطفيلية وسيعمل مشروعك دون التعرض لخطر الأخطاء في قراءة الإشارة.

استنتاج

يمكن استخدام دائرة RC لمرشح التمرير المنخفض النشط على نطاق واسع لتصفية طاقة Arduino ، وتصفية إشارات الاتصال التسلسلي ، كما هو الحال في تردد الراديو ، والذي يحتوي عادةً على العديد من الإشارات التي تسبب عادةً تداخلًا في الاتصال التسلسلي ، بشرط أن تكون قيمة تم تغيير تردد القطع.

نصيحة بعد تجميع هذه الدائرة هي جعل الاتصال أقرب إلى Arduino ، حيث أن جزءًا جيدًا من التداخل يكون في المسافة بين المستشعر والميكروكونترولر ، وفي معظم الحالات ، لا يمكن أن يكون الميكروكونترولر قريبًا جدًا ، لأن موقع يمكن أن يكون المستشعر ضارًا بـ Arduino.

بالإضافة إلى ذلك ، للحصول على إشارة أكثر استمرارًا ، ما عليك سوى تغيير تردد قطع مرشح التمرير المنخفض إلى تردد أقل ، سيؤدي ذلك إلى تغيير قيم المقاومات والمكثفات. كما أن لها مزاياها في خلق مكاسب في الإشارة ، إذا كانت الإشارة منخفضة.

معلومات مهمة

يمكن الوصول إلى جميع الملفات من خلال الرابط التالي: ملفات لوحة الدوائر المطبوعة

يمكنك الحصول على 10 PCB الخاصة بك ودفع رسوم الشحن فقط في أول عملية شراء على NextPCB. استمتع واستخدم هذا المشروع مع مشاريع Arduino وأجهزة الاستشعار الخاصة بك.