Κατασκευή αναλυτή BODE με χρήση ARDUINO

Abstract

Η πτυχιακή δημιουργήθηκε στα πλαίσια του οδηγού σπουδών του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών (οδηγός σπουδών Ηλεκτρολόγων Μηχανικών Τ.Ε.) του Πανεπιστημίου Δυτικής Μακεδονίας. Στόχος ήταν η δημιουργία μιας κατασκευής που να έχει τη δυνατότητα να μελετά την απόκριση συχνότητας ηλεκτρικών φίλτρων. Στην μελέτη αυτή περιλαμβάνονται μετρήσεις που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή διαγραμμάτων Bode, ώστε να υπάρχει η δυνατότητα να μελετηθούν τα φίλτρα μέσω των διαγραμμάτων Bode. Ωστόσο η κατασκευή, για την υλοποίηση των σκοπών αυτών θα πρέπει να έχει τη δυνατότητα ανίχνευσης της συχνότητας, δυο διαφορετικών τάσεων -η μια εισόδου και η άλλη εξόδου στο φίλτρο που θα μελετηθεί- και της διαφοράς φάσης. Η κατασκευή αυτή ακριβώς για το λόγο ότι είναι εκπαιδευτική θα έπρεπε πάνω από όλα να είναι κατανοητή στην χρήση του και με χαμηλό κόστος υλοποίησης από υλικά που υπάρχουν στην αγορά έτσι ώστε να παρακάμπτει τη χρήση παλμογράφου που είναι ένα όργανο μέτρησης μη διαθέσιμο στους φοιτητές εκτός εργαστηριακών χώρων. Εμβαθύνοντας περαιτέρω στην πτυχιακή εργασία, στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια μικρή εισαγωγή με μερικές λεπτομέρειες για το αντικείμενο της εργασίας. Στη συνέχεια του δευτέρου κεφαλαίου αναλύονται οι μικροελεγκτές και η πλακέτα που χρησιμοποιήθηκε για την ανίχνευση των τιμών που προαναφέρθηκαν. Στο τρίτο κεφάλαιο, παρουσιάζεται η θεωρητική ανάλυση στο πεδίο της συχνότητας, που χρησιμοποιούνται τα διαγράμματα bode και γίνεται η μαθηματική ανάλυση του φίλτρου που έχει επιλεχθεί προς μελέτη. Στο τέταρτο κεφάλαιο αναλύονται ξεχωριστά τα κυκλώματα και οι πλακέτες που χρησιμοποιήθηκαν για την καταγραφή των τιμών. Συνεχίζοντας, το πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζει τις τιμές που έχουν συλλεχθεί από τους τρεις διαφορετικούς τρόπους μελέτης του φίλτρου, ενώ περαιτέρω, το έκτο κεφάλαιο συνοψίζει τα συμπεράσματα και τις μελλοντικές επεκτάσεις για βελτίωση της κατασκευής.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

This bachelor's thesis was created as part of the curriculum of the Department of Electrical and Computer Engineering (Electrical Engineering, Technological Educational Institute program) at the University of Western Macedonia. Its objective was to develop a device capable of studying the frequency response of electrical filters. The study includes measurements that can be used to create Bode plots, allowing for the analysis of filters through Bode diagrams. However, in order to achieve these goals, the device must be capable of detecting the frequency, measuring two different voltages - one at the input and the other at the output of the filter under study - and the phase difference. This construction, being educational in nature, should be designed to be understandable and cost-effective, using materials readily available in the market, to avoid the need for an oscilloscope, which is not readily accessible to students outside of laboratory environments. Delving further into the thesis, the first chapter provides a brief introduction with some details about the subject of the work. In the following second chapter, microcontrollers and the board used for detecting the values mentioned earlier are analyzed. In the third chapter, the theoretical analysis in the frequency domain is presented, where Bode diagrams are employed, and the mathematical analysis of the selected filter for study is performed. In the fourth chapter, the circuits and boards used for recording the values are separately discussed. Moving on, the fifth chapter presents the values collected through three different methods of studying the filter, while the sixth chapter summarizes the conclusions and future extensions for improving the construction.