ตัวกรองความถี่ต่ำ: ทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับวงจรนี้

ขดลวดและออปแอมป์ช่วยให้คุณสร้างวงจรที่น่าสนใจเช่นที่มีชื่อเสียง ตัวกรองความถี่. ตัวกรองเหล่านี้มีแอพพลิเคชั่นมากมายในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ เช่นเดียวกับกรณีของตัวกรองความถี่ต่ำตัวกรองความถี่สูงเป็นต้น เป็นสิ่งที่น่าสนใจอย่างยิ่งสำหรับแอปพลิเคชั่นเสียงบางประเภทความสามารถในการกรองเสียงหรือเสียงที่รุนแรงมากหรือน้อยตามความถี่ ดังนั้นจึงมีประโยชน์มาก

หากคุณต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ กรองผ่านต่ำและตัวกรองอื่น ๆ และจะช่วยคุณในโครงการของคุณด้วย Arduino หรือ DIY ได้อย่างไรฉันขอแนะนำให้คุณอ่านต่อ ...

ตัวกรองไฟฟ้า

ตามชื่อของมันตัวกรองคือวงจรที่ประกอบด้วยชุดของขดลวดและตัวเก็บประจุและแม้แต่แอมพลิฟายเออร์ที่ใช้งานได้บางตัวเพื่อจุดประสงค์ในการ ปล่อยให้ความถี่บางส่วนผ่านไปเท่านั้น. นั่นคือจากสเปกตรัมทั้งหมดของความถี่ที่มีอยู่พวกมันจะกรองส่วนหนึ่งหรือหลายส่วนเพื่อป้องกันไม่ให้ผ่านไป

ถ้าสำหรับ ejemplo เรากำลังพูดถึงสเปกตรัมที่มนุษย์สามารถได้ยินได้ซึ่งเปลี่ยนไปจาก 20 Hz ถึง 20 Khz โดยมีฟิลเตอร์ที่คุณสามารถกำจัดค่าต่ำสุดหรือสูงสุดเพื่อให้เสียงแหลม / เบสผ่านได้มากหรือน้อยเท่านั้น เป็นสิ่งที่ระบบบันทึกเสียงหรือการทำสำเนาเสียงจำนวนมากใช้เช่นไมโครโฟนลำโพง ฯลฯ

ชนิด

ตาม ประเภทตัวกรองหรือมากกว่านั้นขึ้นอยู่กับความถี่ที่ปิดกั้นหรือความถี่ที่พวกเขาปล่อยให้มีวงจรประเภทต่าง ๆ ได้แก่ :

• กรองผ่านต่ำ: พวกมันถูกเรียกอย่างนั้นเพราะเป็นตัวกรองที่ปล่อยให้ความถี่ต่ำสุดผ่านและระงับหรือลดความถี่ที่ผ่านไป ประกอบด้วยขดลวดหนึ่งตัวขึ้นไป (อยู่ในชุดที่มีแหล่งจ่ายไฟและโหลด) และตัวเก็บประจุแบบแบ่งหนึ่งหรือสองตัวพร้อมแหล่งจ่ายไฟและโหลด โปรดจำไว้ว่าโหลดเป็นที่เข้าใจว่าเป็นอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อกับตัวกรองและรวบรวมเอาท์พุทของตัวกรอง ... ภายในตัวกรองเหล่านี้ยังมีตัวแปรเช่น L, T และ π.
• ตัวกรองความถี่สูง: ตัวกรองความถี่สูงจะตรงกันข้ามกับความถี่ต่ำในกรณีนี้สิ่งที่จะกรองหรือ จำกัด คือการส่งผ่านความถี่ต่ำโดยปล่อยให้ความถี่ที่สูงขึ้นผ่านไป ในองค์ประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่ประกอบขึ้นมีการลงทุน นั่นคือที่นี่ตัวเก็บประจุจะเป็นตัวเก็บประจุในอนุกรมที่มีแหล่งจ่ายไฟและโหลดในขณะที่ขดลวดจะถูกปัด นอกจากนี้ยังมีประเภทย่อยเช่นเดียวกับในกรณีของตัวกรองความถี่ต่ำ
• แบนด์พาสฟิลเตอร์: ฟิลเตอร์ประเภทนี้ใช้แถบความถี่การส่งผ่านสองช่วงความถี่ นั่นคือพวกมันทำหน้าที่เป็นทั้งตัวกรองความถี่ต่ำและตัวกรองความถี่สูงซึ่งตรงข้ามกับทางเดินของความถี่ต่ำสุดและสูงสุดในเวลาเดียวกัน กล่าวอีกนัยหนึ่งก็คืออนุญาตให้ความถี่กลางผ่านเท่านั้น
• ตัวกรองวงดนตรี: มันตรงข้ามกับความถี่ก่อนหน้าทุกประการสิ่งที่ทำคือกรองการส่งผ่านของความถี่กลางและปล่อยให้ผ่านความถี่ต่ำสุดและสูงสุดเท่านั้น

จำไว้ การเหนี่ยวนำ พวกเขาปล่อยผ่านความถี่ต่ำและต่อต้านการผ่านของความถี่สูง แทน, ตัวเก็บประจุ พวกเขาปล่อยผ่านความถี่สูงและต่อต้านการผ่านของความถี่ต่ำ

ฉันต้องการเพิ่มตัวกรองนั้นในระดับที่ใช้งานได้จริง พวกเขาไม่สมบูรณ์แบบและพวกเขาสามารถปล่อยผ่านความถี่ต่ำหรือสูงที่คุณควรปิดกั้นได้เสมอ อย่างไรก็ตามพวกเขาทำงานได้ค่อนข้างดีสำหรับการใช้งานส่วนใหญ่

และในที่สุดฉันก็อยากจะชี้แจงอีกเรื่องหนึ่งและนั่นคือคุณเคยได้ยินเกี่ยวกับไฟล์ ตัวกรอง EMA และ DEMA. ตัวกรอง EMA (Exponential Moving Average) อนุญาตให้ใช้ตัวกรองประเภทนี้ได้ง่ายๆในอุปกรณ์ฝังตัว สำหรับ DEMA (Double Exponential Moving Average) พวกเขามีการตอบสนองที่เร็วกว่า EMA โดยยังคงรักษาระดับเสียงรบกวนที่คุณต้องการหลีกเลี่ยงได้ดี

ปัจจัยอัลฟ่า

El ปัจจัยอัลฟาซึ่งคุณจะเห็นว่าปรากฏในรหัส Arduino IDE ในส่วนถัดไปคือพารามิเตอร์ที่กำหนดเงื่อนไขการทำงานของตัวกรองเลขชี้กำลัง มันเกี่ยวข้องกับความถี่คัตออฟ:

• Alpha = 1: ที่ให้สัญญาณไปยังเอาต์พุตที่ไม่มีการกรอง
• Alpha = 0: ค่าตัวกรองจะเป็น 0 เสมอ
• Alpha = x: ค่าอื่น ๆ สามารถรับการเปลี่ยนแปลงอื่น ๆ ได้ในตัวกรอง EMA หากคุณลด Alpha factor คุณจะทำให้สัญญาณความถี่ที่ได้รับมีความนุ่มนวลมากขึ้นและเวลาตอบสนองของระบบก็จะเพิ่มขึ้นด้วย (ใช้เวลาในการคงที่นานขึ้น)

ฟิลเตอร์และ Arduino

คุณควรทราบว่าไม่จำเป็นต้องสร้างวงจร ตัวกรองความถี่สูงหรือตัวกรองความถี่ต่ำ เพื่อเชื่อมต่อกับบอร์ด Arduino ของคุณและใช้งานได้ แม้ว่าคุณจะสามารถทดลองและสร้างฟิลเตอร์ง่ายๆประเภทนี้ได้ แต่คุณยังสามารถทดสอบว่า EMA จะทำงานอย่างไรกับบอร์ด Arduino และรหัสง่ายๆสำหรับ Arduino IDE เป็นสิ่งเดียวที่คุณต้องดูว่ามีหน้าที่ในการกรองความถี่บางส่วนอย่างไร (ในกรณีนี้เป็นการจำลองการกระทำและจำนวนเต็ม / ลอยบางส่วนจะถูกกรองเพียงอย่างเดียว จำลองสิ่งที่ฉันจะทำ กรองจริง)

นี่คือตัวอย่างโค้ดบางส่วนที่คุณสามารถใช้ฝึกฝนได้

ตัวอย่างของตัวกรองดิจิตอลอย่างง่ายในประเภท Arduino ผ่านต่ำ:

float   lowpass_prev_out[LOWPASS_ANALOG_PIN_AMT], 
         lowpass_cur_out[LOWPASS_ANALOG_PIN_AMT];
int        lowpass_input[LOWPASS_ANALOG_PIN_AMT];
 
 
int adcsample_and_lowpass(int pin, int sample_rate, int samples, float alpha, char use_previous) {
  // pin:            Pin analógico de Arduino usado
  // sample_rate:    El ratio adecuado
  // samples:        Samples
  // alpha:          El factor Alpha para el filtro paso bajo
  // use_previous:   Si es true se sigue ajustando hasta el valor más reciente. 
 
  float one_minus_alpha = 1.0-alpha;
  int micro_delay=max(100, (1000000/sample_rate) - 160);  
  if (!use_previous) { 
    lowpass_input[pin] = analogRead(pin);
    lowpass_prev_out[pin]=lowpass_input[pin]; 
  }
  int i;
  for (i=samples;i>0;i--) {
    delayMicroseconds(micro_delay);
    lowpass_input[pin] = analogRead(pin);
    lowpass_cur_out[pin] = alpha*lowpass_input[pin] + one_minus_alpha*lowpass_prev_out[pin];
    lowpass_prev_out[pin]=lowpass_cur_out[pin];
  }
  return lowpass_cur_out[pin];
}
 
int resulting_value;
 
void setup() {
   Serial.begin(9600);
   resulting_value = adcsample_and_lowpass(0, 1000, 300, 0.015, false); 
}
 
void loop() {
   resulting_value = adcsample_and_lowpass(0, 1000, 150, 0.015, true);  
   Serial.println(resulting_value);

ตัวอย่างโค้ดสำหรับประเภท Arduino ผ่านสูง:

int sensorPin = 0;    //pin usado para el ADC
int sensorValue = 0;  //Inicia sensor variable equivalente a EMA Y
float EMA_a = 0.3;    //Inicialización del EMA Alpha
int EMA_S = 0;        //Iniciación del EMA s
int highpass = 0;
 
void setup(){
  Serial.begin(115200);              
  EMA_S = analogRead(sensorPin);     
}
 
void loop(){
  sensorValue = analogRead(sensorPin);              //Lee el valor del sensor ADC
  EMA_S = (EMA_a*sensorValue) + ((1-EMA_a)*EMA_S);  //Ejecuta el filtro EMA
  highpass = sensorValue - EMA_S;                   //Calcula la seña alta
 
  Serial.println(highpass);
   
  delay(20);                                //Espera 20ms
}

ตัวอย่างรหัส Arduino วงดนตรีผ่าน:

int sensorPin = 0;        //Pin para el ADC
int sensorValue = 0;      //Inicia la variable del sensor, equivale a EMA Y
 
float EMA_a_low = 0.3;    //Inicia EMA Alpha
float EMA_a_high = 0.5;
 
int EMA_S_low = 0;        //Inicia EMA S
int EMA_S_high = 0;
 
int highpass = 0;
int bandpass = 0;
 
void setup(){
  Serial.begin(115200);                   
   
  EMA_S_low = analogRead(sensorPin);      
  EMA_S_high = analogRead(sensorPin);
}
 
void loop(){
  sensorValue = analogRead(sensorPin);    //Lee el valor del sensor ADC
   
  EMA_S_low = (EMA_a_low*sensorValue) + ((1-EMA_a_low)*EMA_S_low);  //Ejecuta EMA
  EMA_S_high = (EMA_a_high*sensorValue) + ((1-EMA_a_high)*EMA_S_high);
   
  highpass = sensorValue - EMA_S_low;     
  bandpass = EMA_S_high - EMA_S_low;     
 
  Serial.print(highpass);
  Serial.print(" ");
  Serial.println(bandpass);
   
  delay(20);                              
}

ตัวอย่างรหัส Arduino สำหรับวงดนตรี:

int sensorPin = 0;          //Pin usado para el ADC
int sensorValue = 0;        //Inicio para EMA Y
 
float EMA_a_low = 0.05;     //Inicio de EMA alpha 
float EMA_a_high = 0.4;
 
int EMA_S_low = 0;          //Inicia EMA S
int EMA_S_high = 0;
 
int highpass = 0;
int bandpass = 0;
int bandstop = 0;
 
void setup(){
  Serial.begin(115200);                     
   
  EMA_S_low = analogRead(sensorPin);        
  EMA_S_high = analogRead(sensorPin);
}
 
void loop(){
  sensorValue = analogRead(sensorPin);      //Lee el valor del sensor ADC
   
  EMA_S_low = (EMA_a_low*sensorValue) + ((1-EMA_a_low)*EMA_S_low);          //Ejecuta EMA
  EMA_S_high = (EMA_a_high*sensorValue) + ((1-EMA_a_high)*EMA_S_high);
   
  bandpass = EMA_S_high - EMA_S_low;       
 
  bandstop = sensorValue - bandpass;        
 
  Serial.print(sensorValue);
  Serial.print(" ");
  Serial.print(EMA_S_low);
  Serial.print(" ");
  Serial.println(bandstop);
   
  delay(20);                                
}

ฉันแนะนำให้คุณแก้ไขและทดลองใช้รหัสเหล่านี้ ผลลัพธ์ที่คุณสามารถทำได้ ดูแบบกราฟิกมาก ขอบคุณ Serial Plotter ของ Arduino IDE …โปรดจำไว้ว่าหากคุณมีคำถามเกี่ยวกับการเขียนโปรแกรม Arduino หรือวิธีใช้ IDE คุณสามารถดาวน์โหลด หลักสูตร HwLibre ฟรีในรูปแบบ PDF.