सक्रिय कम पास फ़िल्टर आरसी Arduino के साथ परियोजनाओं में लागू: 4 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:20

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कम पास फ़िल्टर आपकी परियोजनाओं से परजीवी संकेतों को फ़िल्टर करने के लिए उत्कृष्ट इलेक्ट्रॉनिक सर्किट है। Arduino के साथ परियोजनाओं और पावर सर्किट के करीब काम करने वाले सेंसर वाले सिस्टम में एक आम समस्या "परजीवी" संकेतों की उपस्थिति है।

वे सेंसर के समान क्षेत्र में कंपन या चुंबकीय क्षेत्र के कारण हो सकते हैं।

ये सिग्नल, जो ज्यादातर उच्च आवृत्ति के होते हैं, पढ़ने के समय गड़बड़ी पैदा करते हैं और परिणामस्वरूप, ऑटोमेशन सिस्टम में गलत रीडिंग होती है। एक सामान्य उदाहरण एक मशीन की शुरुआत है जिसके लिए उच्च प्रारंभिक धारा की आवश्यकता होती है।

यह सेंसर सहित विद्युत नेटवर्क से जुड़े कई तत्वों में उच्च-आवृत्ति शोर उत्पन्न करेगा।

इन शोरों को सिस्टम को प्रभावित करने से रोकने के लिए, सेंसर तत्व और इसे पढ़ने वाले सिस्टम के बीच फिल्टर का उपयोग किया जाता है।

निष्क्रिय और सक्रिय फिल्टर क्या हैं?

आपूर्ति

• 2 प्रतिरोधी;
• 2 सिरेमिक कैपेसिटर
• 2 इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर;
• ऑपरेशनल एम्पलीफायर LM358
• पावर टर्मिनल या 9वी बैटरी;

चरण 1: निष्क्रिय और सक्रिय फ़िल्टर क्या हैं?

फिल्टर ऐसे सर्किट होते हैं जो एक सिग्नल को "साफ" कर सकते हैं, अवांछित संकेतों को अलग कर सकते हैं, ताकि उन मूल्यों को पढ़ने से बचा जा सके जो वास्तविकता से मेल नहीं खाते हैं।

फिल्टर दो प्रकार के हो सकते हैं: निष्क्रिय और सक्रिय।

पैसिव फिल्टर फिल्टर निष्क्रिय हो सकते हैं, जो सबसे सरल हैं, क्योंकि उनमें केवल प्रतिरोधक और कैपेसिटर होते हैं।

सक्रिय फिल्टर

सक्रिय फिल्टर, प्रतिरोधों और कैपेसिटर के अलावा, फ़िल्टरिंग में सुधार के लिए amp-ops का उपयोग करते हैं, और डिजिटल फिल्टर, जो प्रोसेसर और माइक्रोकंट्रोलर में उपयोग किए जाते हैं।

इसलिए, इस लेख में आप सीखेंगे:

समझें कि लो पास फिल्टर कैसे काम करता है;

एक परिचालन एम्पलीफायर LM358 का उपयोग करके 100 हर्ट्ज की कटऑफ आवृत्ति के साथ कम पास फिल्टर के हार्डवेयर को कॉन्फ़िगर करें;

सर्किट के निष्क्रिय घटकों के मूल्यों की गणना करें;

एक कम पास फिल्टर नेक्स्टपीसीबी को इकट्ठा करें।

नीचे, हम Arduino के साथ हमारे सर्किट के लिए सक्रिय कम पास फ़िल्टर विकसित करने की प्रक्रिया प्रस्तुत करते हैं।

चरण 2: सक्रिय कम पास फ़िल्टर आरसी सर्किट का विकास

इस परियोजना में NEXTPCB - प्रिंटेड सर्किट बोर्ड के साथ एक सक्रिय लो पास फिल्टर विकसित किया जाएगा, यानी यह हमें कम आवृत्तियों को पारित करने की अनुमति देता है। चुनी जाने वाली आवृत्ति रेंज सर्किट के संचालन पर निर्भर करती है।

इस लेख के लिए हम एक सक्रिय कम पास फिल्टर का उपयोग करेंगे, क्योंकि उनका उपयोग 1 मेगाहर्ट्ज से कम आवृत्तियों के लिए किया जाता है, और इसके अलावा, सिग्नल प्रवर्धन किया जा सकता है, क्योंकि इस सर्किट में एक परिचालन एम्पलीफायर का उपयोग किया जाएगा।

इसलिए, इस परियोजना के आधार पर, केंद्रीय फोकस सक्रिय कम पास फिल्टर सर्किट और इसके सममित आपूर्ति सर्किट के विकास पर होगा। चित्र 1 इस सर्किट के हार्डवेयर को दिखाता है।

TinkerCAD में निर्मित लो पास फिल्टर RC सर्किट को निम्न लिंक पर पहुँचा जा सकता है:

जैसा कि उल्लेख किया गया है, हमने सेंसर से सिग्नल प्राप्त करने के लिए इस परियोजना में Arduino का उपयोग किया था। इस प्रकार, ऊपर की आकृति में कम पास फिल्टर आरसी सर्किट में हमारे पास 3 महत्वपूर्ण भाग हैं:

• सिग्नल जनरेटर,
• सक्रिय फिल्टर और;
• सेंसर डेटा एकत्र करने के लिए Arduino।

सिग्नल जनरेटर एक सेंसर के कामकाज का अनुकरण करने और सिग्नल को Arduino तक पहुंचाने के लिए जिम्मेदार है। इस सिग्नल को फिर लो पास फिल्टर RC के माध्यम से फ़िल्टर किया जाता है और बाद में, फ़िल्टर किए गए सिग्नल को Arduino द्वारा पढ़ा और संसाधित किया जाता है।

इस प्रकार, कम पास फिल्टर आरसी की असेंबली करने के लिए हमें निम्नलिखित इलेक्ट्रॉनिक घटकों की आवश्यकता होगी:

• 2 प्रतिरोधी;
• 2 सिरेमिक कैपेसिटर
• 2 इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर;
• ऑपरेशनल एम्पलीफायर LM358
• पावर टर्मिनल या 9वी बैटरी

अगला, हम सर्किट के प्रतिरोधों और कैपेसिटर के मूल्यों की गणना प्रस्तुत करते हैं। इन घटकों की गणना सक्रिय फिल्टर की कम पास फिल्टर कटऑफ आवृत्ति पर आधारित है।

रोकनेवाला और संधारित्र गणना

प्रस्तावित सर्किट के लिए, हम 100Hz की कम पास फिल्टर कटऑफ आवृत्ति का उपयोग करेंगे। इस तरह, सर्किट आवृत्तियों को 100 हर्ट्ज से नीचे और 100 हर्ट्ज से ऊपर पारित करने की अनुमति देगा, संकेत तेजी से घट जाएगा।

इसलिए, कैपेसिटर की गणना के लिए, हमारे पास है: प्रारंभ में, यह C1 के मान को परिभाषित करने के लिए पर्याप्त है, इस स्थिति में 1 से 100nF के व्यावसायिक मूल्य को परिभाषित किया जा सकता है।

अगला, हमने नीचे दिए गए समीकरण के अनुसार कैपेसिटर C2 की गणना की।

फिर R1 और R2 के मान की गणना करने के लिए नीचे दिए गए सूत्र का उपयोग करें। सूत्र का उपयोग दो प्रतिरोधों के मान को प्रोजेक्ट करने के लिए किया जा सकता है। अगला, प्रदर्शन की गई गणना देखें।

जहां f*C लो पास फिल्टर कटऑफ फ्रीक्वेंसी है, यानी उस फ्रीक्वेंसी से ऊपर, इस सिग्नल का गेन कम हो जाएगा। इस प्रणाली के लिए f*C मान १०० हर्ट्ज़ होगा।

इसलिए, हमारे पास R1 और R2 के लिए निम्नलिखित प्रतिरोधक मान हैं।

परियोजना के प्रतिरोधों और संधारित्र के लिए प्राप्त मूल्यों से, हमें तब सक्रिय फिल्टर के लिए बिजली आपूर्ति सर्किट विकसित करना होगा। इस प्रकार के फिल्टर के लिए, हमें असममित बिजली आपूर्ति का उपयोग करने की आवश्यकता है और इसके बाद, हम आपूर्ति सर्किट पेश करेंगे।

चरण 3: बिजली की आपूर्ति

इस सर्किट के लिए आवश्यक शक्ति एक सममित बिजली की आपूर्ति है। यदि आपके पास एक सममित बिजली की आपूर्ति नहीं है, तो एक साधारण बिजली आपूर्ति द्वारा संचालित कैपेसिटर का उपयोग करके एक सर्किट को इकट्ठा करें।

हालांकि, बिजली की आपूर्ति का वोल्टेज मान 10V से अधिक होना चाहिए, क्योंकि सममित स्रोत के मूल्य को 2 से विभाजित किया जाएगा।

चित्राबाव बिजली आपूर्ति के सर्किट को दर्शाता है।

यह सर्किट पहले से ही चित्र 1 में इलेक्ट्रॉनिक आरेख में है, क्योंकि एक सामान्य गैर-सममित स्रोत का उपयोग किया जाता है।

सक्रिय फिल्टर सर्किट और उसके आपूर्ति सर्किट को डिजाइन करने के बाद, हमने Arduino या अन्य परियोजनाओं में आपकी परियोजनाओं में उपयोग करने के लिए एक इलेक्ट्रॉनिक फ़िल्टर मॉड्यूल विकसित किया है जिसे इस उद्देश्य के लिए फ़िल्टर की आवश्यकता होती है।

इसके बाद, हम इलेक्ट्रॉनिक योजना की संरचना और विकसित इलेक्ट्रॉनिक बोर्ड के डिजाइन को प्रस्तुत करेंगे।

सक्रिय कम पास फ़िल्टर आरसी का मुद्रित सर्किट बोर्ड

चरण 4: सक्रिय कम पास फ़िल्टर आरसी का मुद्रित सर्किट बोर्ड

इलेक्ट्रॉनिक प्रिंटेड सर्किट बोर्ड - NEXTPCB बनाने के लिए, सर्किट का इलेक्ट्रॉनिक योजनाबद्ध विकसित किया गया था। एक्टिव लो पास फ़िल्टर RC का इलेक्ट्रॉनिक योजनाबद्ध चित्र 3 में दिखाया गया है।

फिर, योजना को Altium सॉफ़्टवेयर के PCB डिज़ाइन में निर्यात किया गया और निम्न बोर्ड डिज़ाइन किया गया, जैसा कि चित्र 4 में दिखाया गया है।

सर्किट और इनपुट सिग्नल की आपूर्ति के लिए तीन पिन और आउटपुट पर दो पिन का उपयोग किया गया था। फ़िल्टर्ड सिग्नल के आउटपुट और सर्किट के GND के लिए दो पिन का उपयोग किया जाता है।

पीसीबी के लेआउट को डिजाइन करने के बाद, मुद्रित सर्किट बोर्ड का 3डी डिजाइन तैयार किया गया और चित्र 5 में प्रस्तुत किया गया।

PCB प्रोजेक्ट से, आप इस मॉड्यूल का उपयोग कर सकते हैं और इसे Arduino के साथ अपने प्रोजेक्ट में लागू कर सकते हैं। इस तरह, कुछ परजीवी संकेतों को रद्द कर दिया जाएगा और आपकी परियोजना सिग्नल पढ़ने में त्रुटियों के जोखिम के बिना काम करेगी।

निष्कर्ष

यह सक्रिय कम पास फिल्टर आरसी सर्किट व्यापक रूप से Arduino की शक्ति को फ़िल्टर करने के लिए उपयोग किया जा सकता है, धारावाहिक संचार के संकेतों को फ़िल्टर कर सकता है, जैसे कि रेडियो आवृत्ति में, जिसमें आमतौर पर कई संकेत होते हैं जो आमतौर पर धारावाहिक संचार में हस्तक्षेप का कारण बनते हैं, बशर्ते कि मूल्य का कटऑफ आवृत्ति बदल जाती है।

इस सर्किट को असेंबल करने के बाद एक टिप अरुडिनो के करीब कनेक्शन बनाने के लिए है, क्योंकि हस्तक्षेप का एक अच्छा हिस्सा सेंसर और माइक्रोकंट्रोलर के बीच की दूरी में है, और ज्यादातर मामलों में, माइक्रोकंट्रोलर बहुत करीब नहीं हो सकता है, क्योंकि का स्थान सेंसर Arduino के लिए हानिकारक हो सकता है।

इसके अलावा, अधिक निरंतर संकेत प्राप्त करने के लिए, बस कम पास फिल्टर कटऑफ आवृत्ति को कम आवृत्ति में बदलें, इससे प्रतिरोधों और कैपेसिटर के मान बदल जाएंगे। सिग्नल कम होने पर सिग्नल में लाभ पैदा करने के भी इसके फायदे हैं।

महत्वपूर्ण जानकारी

सभी फाइलों को निम्नलिखित लिंक में एक्सेस किया जा सकता है: मुद्रित सर्किट बोर्ड की फाइलें

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