Filtre passe-bas actif RC appliqué dans les projets avec Arduino : 4 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

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Le filtre passe-bas est d'excellents circuits électroniques pour filtrer les signaux parasites de vos projets. Un problème courant dans les projets avec Arduino et les systèmes avec des capteurs fonctionnant à proximité des circuits d'alimentation est la présence de signaux «parasites».

Ils peuvent être causés par des vibrations ou des champs magnétiques dans la même zone que le capteur.

Ces signaux, qui sont pour la plupart à haute fréquence, provoquent des perturbations au moment de la lecture et, par conséquent, des lectures erronées se produisent dans le système d'automatisation. Un exemple courant est le démarrage d'une machine qui nécessite un courant initial élevé.

Cela entraînera la génération de bruit haute fréquence dans plusieurs éléments connectés au réseau électrique, y compris les capteurs.

Pour éviter que ces bruits n'affectent le système, des filtres sont utilisés entre l'élément capteur et le système qui le lit.

Que sont les filtres passifs et actifs ?

Fournitures

• 2 résistances;
• 2 condensateurs céramiques
• 2 condensateurs électrolytiques;
• Amplificateur opérationnel LM358
• Bornes d'alimentation ou pile 9V;

Étape 1: Que sont les filtres passifs et actifs ?

Les filtres sont des circuits qui peuvent « nettoyer » un signal, séparer les signaux indésirables, pour éviter de lire des valeurs qui ne correspondent pas à la réalité.

Les filtres peuvent être de deux types: passifs et actifs.

Filtres passifs Les filtres peuvent être passifs, ce qui est le plus simple, car ils ne sont constitués que de résistances et de condensateurs.

Filtres actifs

Les filtres actifs, en plus des résistances et des condensateurs, utilisent des amplificateurs pour améliorer le filtrage et des filtres numériques, qui sont utilisés dans les processeurs et les microcontrôleurs.

Ainsi, dans cet article, vous apprendrez:

Comprendre le fonctionnement du filtre passe-bas;

Configurer le matériel du filtre passe-bas avec une fréquence de coupure de 100 Hz à l'aide d'un amplificateur opérationnel LM358;

Calculer les valeurs des composants passifs du circuit;

Assemblez un filtre passe-bas NextPCB.

Ci-dessous, nous présentons le processus de développement du filtre passe-bas actif pour nos circuits avec Arduino.

Étape 2: Développement du circuit RC du filtre passe-bas actif

Dans ce projet, un filtre passe-bas actif sera développé avec NEXTPCB - Printed Circuit Board, c'est-à-dire qu'il nous permet de passer les basses fréquences. La gamme de fréquence à choisir dépend du fonctionnement du circuit.

Pour cet article, nous utiliserons un filtre passe-bas actif, car ils sont utilisés pour les fréquences inférieures à 1 MHz, et, en plus, une amplification du signal peut être effectuée, car un amplificateur opérationnel sera utilisé dans ce circuit.

Par conséquent, sur la base de ce projet, l'accent sera mis sur le développement du circuit de filtre passe-bas actif et de son circuit d'alimentation symétrique. La figure 1 illustre le matériel de ce circuit.

Le circuit RC du filtre passe-bas construit dans TinkerCAD est accessible sur le lien suivant:

Comme mentionné, nous avons utilisé Arduino dans ce projet afin d'acquérir le signal d'un capteur. Ainsi, le circuit RC du filtre passe-bas dans la figure ci-dessus, nous avons 3 parties importantes:

• Le générateur de signaux,
• Le filtre actif et;
• Arduino pour collecter les données des capteurs.

Le générateur de signal est chargé de simuler le fonctionnement d'un capteur et de transmettre le signal à l'Arduino. Ce signal est ensuite filtré à travers le filtre passe-bas RC et, par la suite, le signal filtré est lu et traité par Arduino.

Ainsi, pour réaliser le montage du filtre passe-bas RC nous aurons besoin des composants électroniques suivants:

• 2 résistances;
• 2 condensateurs céramiques
• 2 condensateurs électrolytiques;
• Amplificateur opérationnel LM358
• Bornes d'alimentation ou pile 9V

Ensuite, nous présentons le calcul des valeurs des résistances et des condensateurs du circuit. Le calcul de ces composantes est basé sur la fréquence de coupure du filtre passe-bas du filtre actif.

Calculs de résistance et de condensateur

Pour le circuit proposé, nous utiliserons une fréquence de coupure du filtre passe-bas de 100Hz. De cette façon, le circuit permettra aux fréquences de passer en dessous de 100Hz et au dessus de 100Hz, le signal va décroître de façon exponentielle.

Donc, pour le calcul des condensateurs, on a: Dans un premier temps, il suffit de définir une valeur de C1, auquel cas une valeur commerciale de 1 à 100nF peut être définie.

Ensuite, nous avons effectué le calcul du condensateur C2 selon l'équation ci-dessous.

Ensuite, utilisez la formule ci-dessous pour calculer la valeur de R1 et R2. La formule peut être utilisée pour projeter la valeur des deux résistances. Ensuite, voyez le calcul effectué.

Où f*C est la fréquence de coupure du filtre passe-bas, c'est-à-dire qu'au-dessus de cette fréquence, le gain de ce signal va diminuer. La valeur f*C pour ce système sera de 100 Hz.

Par conséquent, nous avons la valeur de résistance suivante pour R1 et R2.

A partir des valeurs obtenues pour les résistances et le condensateur du projet, il faut alors développer le circuit d'alimentation du filtre actif. Pour ce type de filtre, nous devons utiliser une alimentation asymétrique et, ensuite, nous présenterons le circuit d'alimentation.

Étape 3: L'alimentation

La puissance requise pour ce circuit est une alimentation symétrique. Si vous ne disposez pas d'une alimentation symétrique, montez un circuit à l'aide de condensateurs alimentés par une alimentation simple.

Cependant, la valeur de tension de l'alimentation doit être supérieure à 10V, car la valeur de la source symétrique sera divisée par 2.

La figure ci-dessus montre le circuit de l'alimentation.

Ce circuit figure déjà dans le schéma électronique de la figure 1, puisqu'une source commune non symétrique est utilisée.

Après avoir conçu le circuit de filtrage actif et son circuit d'alimentation, nous avons développé un module de filtrage électronique à utiliser dans vos projets avec Arduino ou dans d'autres projets nécessitant un filtre à cet effet.

Ensuite, nous présenterons la structure du schéma électronique et la conception de la carte électronique développée.

Le circuit imprimé du filtre passe-bas actif RC

Étape 4: La carte de circuit imprimé du filtre passe-bas actif RC

Afin de fabriquer la carte de circuit imprimé électronique - NEXTPCB, le schéma électronique du circuit a été développé. Le schéma électronique du filtre passe-bas actif RC est illustré à la figure 3.

Ensuite, le schéma a été exporté vers le PCB Design du logiciel Altium et la carte suivante a été conçue, comme le montre la figure 4.

Trois broches ont été utilisées pour alimenter le circuit et le signal d'entrée et deux broches à la sortie. Les deux broches sont utilisées pour la sortie du signal filtré et le GND du circuit.

Après avoir conçu la disposition du PCB, la conception 3D de la carte de circuit imprimé a été générée et présentée sur la figure 5.

Depuis le projet PCB, vous pouvez utiliser ce module et l'appliquer à votre projet avec Arduino. De cette façon, certains signaux parasites seront annulés et votre projet fonctionnera sans risque d'erreurs dans la lecture du signal.

Conclusion

Ce circuit RC de filtre passe-bas actif peut être largement utilisé pour filtrer la puissance de l'Arduino, en filtrant les signaux de communication série, comme en radiofréquence, qui a généralement de nombreux signaux qui provoquent généralement des interférences dans la communication série, à condition que la valeur de la fréquence de coupure est modifiée.

Une astuce après avoir assemblé ce circuit est de rapprocher la connexion de l'Arduino, car une bonne partie des interférences se situent dans la distance entre le capteur et le microcontrôleur, et dans la plupart des cas, le microcontrôleur ne peut pas être très proche, car l'emplacement de le capteur peut être dangereux pour l'Arduino.

De plus, pour avoir un signal plus continu, il suffit de changer la fréquence de coupure du filtre passe-bas sur une fréquence plus basse, cela changera les valeurs des résistances et des condensateurs. Il a également pour avantage de créer un gain dans le signal, si le signal est faible.

Une information important

Tous les fichiers sont accessibles dans le lien suivant: Fichiers de la carte de circuit imprimé

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