Въведение:
LOW-PASS RC филтрите са често използвани в електрониката за премахване на високочестотния шум от аналогови сигнали. С Arduino често работим с аналогово-цифрови преобразуватели (ADC), които могат да бъдат засегнати от шум, особено когато четат аналогови входове. В тази статия ще разгледаме как работят тези филтри и защо са полезни при четене на аналогови сигнали с Arduino.
Този тип филтри се използват при изчитане на аналогови сигнали не само от Arduino но и от олатформи като ESP8266, ESP32 както и от RaspberryPi Pico и PicoIP. Може да видите примери за изичтане на ADC в статиите ни:
- Arduino UNO ADC read
- Изчитане на Аналогова Стойност с ESP8266 и MicroPython
- ESP32 и MicroPython Изчитане на аналогови стойности
Има и софтурни филтри като EMA филтър, който е математичен модел за изглаждане на данни. Той също може да се използва като допълнение с хардуерния RC LOW-PASS филтър за по-добри резултати от изчитането на данните. Повече за EMA филтъра и примери за неговото използване може да прочетете в статиите ни:
- Изглаждане на данни с EMA филтър на ESP32 с MicroPython
- Измерване на AC RMS Ток с ESP32, ACS712 и Опорно Напрежение с TL431
Схема, Формула и обяснение на RC LOW-PASS филтър:
LOW-PASS RC филтърът се състои от резистор (R) и кондензатор (C). Формулата за изчисляване на честотата на срез (fc) е:
- fc: честотата на срез (Hz)
- R: съпротивление (Ω)
- C: капацитет (F)
Тази честота определя точката, при която филтърът започва да намалява амплитудата на сигнала. Честотите под fc преминават без значителна промяна, докато честотите над тази стойност се потискат.
Пример за използване с Arduino ADC:
За да потиснем шума от 50 Hz, генериран от 220V захранващата мрежа, можем да използваме LOW-PASS RC филтър с по-ниска честота на срез. Избирайки R = 180kΩ и C = 100nF, получаваме:
Тази конфигурация ще филтрира всички честоти над около 8.8 Hz, като ефективно потиска 50 Hz шума. Това е особено полезно при четене на аналогови сигнали от сензори с Arduino, осигурявайки по-точни и стабилни ADC показания, особено в среди с електрически смущения.
С какво помага това при изчитането на ADC:
Arduino ADC работи на принципа на семплиране на аналогови сигнали. Без филтър, шумът и пулсациите могат да доведат до неправилни стойности при дигитализиране. LOW-PASS RC филтърът изглажда сигнала, елиминирайки високочестотните компоненти, които могат да изкривят резултатите. Това води до по-точни и стабилни показания от аналоговите сензори.
Заключение:
LOW-PASS RC филтрите са лесни за реализиране и значително подобряват качеството на аналоговите сигнали, които Arduino преобразува в цифрови. Те премахват високочестотния шум и пулсации, което прави тези филтри идеални за проекти, изискващи прецизни измервания. Правилното им използване може да повиши точността на вашите аналогови четения и да осигури по-надеждни резултати.
По-подробна информация за LOW-PASS филтрите може да пточетете в Wikipedia.