RC Filter Low Pass Aktif Diterapkan dalam Proyek Dengan Arduino: 4 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:54

Proyek Tinkercad »

Filter lolos rendah adalah sirkuit elektronik yang sangat baik untuk menyaring sinyal parasit dari proyek Anda. Masalah umum dalam proyek dengan Arduino dan sistem dengan sensor yang bekerja dekat dengan sirkuit daya adalah adanya sinyal "parasit".

Mereka dapat disebabkan oleh getaran atau medan magnet di area yang sama dengan sensor.

Sinyal-sinyal ini, yang sebagian besar berfrekuensi tinggi, menyebabkan gangguan pada saat pembacaan dan akibatnya terjadi kesalahan pembacaan pada sistem otomasi. Contoh umum adalah memulai mesin yang membutuhkan arus awal yang tinggi.

Hal ini akan menyebabkan timbulnya noise berfrekuensi tinggi pada beberapa elemen yang terhubung dengan jaringan listrik, termasuk sensor.

Untuk mencegah kebisingan ini mempengaruhi sistem, filter digunakan antara elemen sensor dan sistem yang membacanya.

Apa itu filter pasif dan filter aktif?

Perlengkapan

• 2 Resistor;
• 2 kapasitor keramik
• 2 kapasitor elektrolit;
• Penguat Operasional LM358
• Terminal daya atau baterai 9V;

Langkah 1: Apa itu Filter Pasif dan Aktif?

Filter adalah sirkuit yang dapat "membersihkan" sinyal, memisahkan sinyal yang tidak diinginkan, untuk menghindari pembacaan nilai yang tidak sesuai dengan kenyataan.

Filter dapat terdiri dari dua jenis: pasif dan aktif.

Filter Pasif Filter bisa pasif, yang paling sederhana, karena hanya terdiri dari resistor dan kapasitor.

Filter Aktif

Filter aktif, selain resistor dan kapasitor, menggunakan amp-ops untuk meningkatkan penyaringan, dan filter digital, yang digunakan dalam prosesor dan mikrokontroler.

Oleh karena itu, dalam artikel ini, Anda akan mempelajari:

Pahami cara kerja filter lolos rendah;

Konfigurasikan perangkat keras filter lolos rendah dengan frekuensi cutoff 100 Hz menggunakan penguat operasional LM358;

Hitung nilai komponen pasif rangkaian;

Pasang filter lolos rendah NextPCB.

Di bawah ini, kami menyajikan proses pengembangan filter low pass aktif untuk sirkuit kami dengan Arduino.

Langkah 2: Pengembangan Sirkuit RC Low Pass Filter Aktif

Dalam proyek ini filter low pass aktif akan dikembangkan dengan NEXTPCB - Printed Circuit Board, yang memungkinkan kita melewatkan frekuensi rendah. Rentang frekuensi yang akan dipilih tergantung pada operasi rangkaian.

Untuk artikel ini kita akan menggunakan filter low pass aktif, karena digunakan untuk frekuensi di bawah 1MHz, dan selain itu, penguatan sinyal dapat dilakukan, sebagai penguat operasional akan digunakan di rangkaian ini.

Oleh karena itu, berdasarkan proyek ini, fokus utamanya adalah pada pengembangan rangkaian filter lolos rendah aktif dan rangkaian suplai simetrisnya. Gambar 1 mengilustrasikan perangkat keras dari rangkaian ini.

Rangkaian RC low pass filter yang dibangun di TinkerCAD dapat diakses di tautan berikut:

Seperti yang disebutkan, kami menggunakan Arduino dalam proyek ini untuk memperoleh sinyal dari sensor. Jadi, rangkaian RC low pass filter pada gambar diatas kita memiliki 3 bagian penting:

• Pembangkit sinyal,
• Filter aktif dan;
• Arduino untuk mengumpulkan data sensor.

Generator sinyal bertanggung jawab untuk mensimulasikan fungsi sensor dan mengirimkan sinyal ke Arduino. Sinyal ini kemudian disaring melalui RC low pass filter dan, selanjutnya, sinyal yang disaring dibaca dan diproses oleh Arduino.

Jadi, untuk melakukan perakitan RC low pass filter kita memerlukan komponen elektronik berikut:

• 2 Resistor;
• 2 kapasitor keramik
• 2 kapasitor elektrolit;
• Penguat Operasional LM358
• Terminal daya atau baterai 9V

Selanjutnya, kami menyajikan perhitungan nilai resistor dan kapasitor dari rangkaian. Perhitungan komponen ini didasarkan pada frekuensi cutoff filter lolos rendah dari filter aktif.

Perhitungan Resistor dan Kapasitor

Untuk rangkaian yang diusulkan, kami akan menggunakan frekuensi cutoff filter lolos rendah 100Hz. Dengan cara ini, rangkaian akan memungkinkan frekuensi lewat di bawah 100Hz dan di atas 100Hz, sinyal akan berkurang secara eksponensial.

Oleh karena itu, untuk perhitungan kapasitor, kita memiliki: Awalnya, cukup untuk menentukan nilai C1, dalam hal ini nilai komersial 1 hingga 100nF dapat ditentukan.

Selanjutnya, kami melakukan perhitungan kapasitor C2 sesuai dengan persamaan di bawah ini.

Kemudian gunakan rumus di bawah ini untuk menghitung nilai R1 dan R2. Rumus dapat digunakan untuk memproyeksikan nilai dari dua resistor. Selanjutnya, lihat perhitungan yang dilakukan.

Dimana f*C adalah frekuensi cutoff filter lolos rendah, yaitu, di atas frekuensi itu, penguatan sinyal ini akan berkurang. Nilai f*C untuk sistem ini adalah 100 Hz.

Oleh karena itu, kami memiliki nilai resistor berikut untuk R1 dan R2.

Dari nilai yang diperoleh untuk resistor dan kapasitor proyek, kita kemudian harus mengembangkan rangkaian catu daya untuk filter aktif. Untuk jenis filter ini, kita perlu menggunakan catu daya asimetris dan, selanjutnya, kami akan menyajikan rangkaian catu daya.

Langkah 3: Catu Daya

Daya yang dibutuhkan untuk rangkaian ini adalah catu daya simetris. Jika Anda tidak memiliki catu daya simetris, rakit rangkaian menggunakan kapasitor yang ditenagai oleh catu daya sederhana.

Namun, nilai tegangan catu daya harus lebih besar dari 10V, karena nilai sumber simetris akan dibagi 2.

Gambar di atas menunjukkan rangkaian catu daya.

Sirkuit ini sudah ada dalam diagram elektronik pada Gambar 1, karena sumber non-simetris umum digunakan.

Setelah merancang rangkaian filter aktif dan rangkaian suplainya, kami mengembangkan modul filter elektronik untuk digunakan dalam proyek Anda dengan Arduino atau proyek lain yang memerlukan filter untuk tujuan ini.

Selanjutnya, kami akan menyajikan struktur skema elektronik dan desain papan elektronik yang dikembangkan.

Papan sirkuit tercetak dari Active Low Pass Filter RC

Langkah 4: Papan Sirkuit Cetak dari RC Low Pass Filter Aktif

Untuk membuat papan sirkuit cetak elektronik - NEXTPCB, skema elektronik sirkuit dikembangkan. Skema elektronik RC Active Low Pass Filter ditunjukkan pada Gambar 3.

Kemudian, skema diekspor ke Desain PCB perangkat lunak Altium dan papan berikut dirancang, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.

Tiga pin digunakan untuk mensuplai rangkaian dan sinyal input dan dua pin pada output. Dua pin digunakan untuk output dari sinyal yang difilter dan GND dari rangkaian.

Setelah merancang tata letak PCB, desain 3D papan sirkuit tercetak dihasilkan dan disajikan pada Gambar 5.

Dari proyek PCB, Anda dapat menggunakan modul ini dan menerapkannya ke proyek Anda dengan Arduino. Dengan cara ini, sinyal parasit tertentu akan dibatalkan dan proyek Anda akan bekerja tanpa risiko kesalahan dalam pembacaan sinyal.

Kesimpulan

Rangkaian RC low pass filter aktif ini dapat digunakan secara luas untuk menyaring daya Arduino, menyaring sinyal komunikasi serial, seperti pada frekuensi radio, yang biasanya memiliki banyak sinyal yang biasanya menyebabkan gangguan pada komunikasi serial, asalkan nilai frekuensi cutoff diubah.

Tip setelah merakit rangkaian ini adalah untuk membuat koneksi lebih dekat ke Arduino, karena sebagian besar gangguan terletak pada jarak antara sensor dan mikrokontroler, dan dalam banyak kasus, mikrokontroler tidak bisa terlalu dekat, karena lokasi sensor dapat berbahaya bagi Arduino.

Selain itu, untuk mendapatkan sinyal yang lebih kontinu, cukup ubah frekuensi cutoff filter lolos rendah ke frekuensi yang lebih rendah, ini akan mengubah nilai resistor dan kapasitor. Ini juga memiliki keuntungan dalam menciptakan penguatan sinyal, jika sinyalnya rendah.

Informasi penting

Semua file dapat diakses di tautan berikut: File Printed Circuit Board

Anda dapat memperoleh 10 PCB Anda sendiri dan hanya membayar biaya pengiriman pada pembelian pertama di NextPCB. Nikmati dan gunakan proyek ini dengan Proyek dan sensor Arduino Anda.