Port analogowy odbiorników FrSky jest bardzo użyteczną, a jednocześnie chyba nieco niedocenianą opcją jaką oferują odbiorniki FrSky. Do tej pory nie wszystkie odbiorniki były wyposażone w port analogowy. Jednak wszystkie odbiorniki nowej serii FrSky Archer będą w taki port wyposażone, warto zatem nieco bliżej przyjrzeć się jego możliwościom.

Wszystkie telemetryczne odbiorniki FrSky mają co najmniej jeden, wewnętrzny port analogowy, zwykle wykrywany w systemie telemetrii OpenTX jako RxBt. Wskazuje on własne napięcie zasilania odbiornika, co jest bardzo przydatne w szczególności w przypadku bezpośredniego zasilania odbiornika i serwomechanizmów z akumulatora 2S (bez pośrednictwa BEC).

Niektóre odbiorniki (prawie wszystkie serii Archer) wyposażone są w zewnętrzny poty analogowy, zwykle oznaczony jako A2 lub A_IN.

Port ten służy do pomiaru napięcia w zakresie 0-3.3V. Pozornie jest to mało użyteczny zakres, ale wystarczy zastosować prosty dzielnik napięcia, aby dosyć dokładnie mierzyć dowolne napięcie w modelu, nawet napięcie dużego akumulatora 12S.

Niektóre odbiorniki serii Archer (np. R10 Pro) posiadają port analogowy, który może bezpośrednio mierzyć napięcie w zakresie aż 0-36V. W takim przypadku – jeśli mierzone napięcie zawiera się w tym zakresie – nie ma potrzeby i nie powinno się używać dzielnika napięcia. Jeśli mierzone przez takie odbiorniki napięcie jest wyższe niż 36V należy zastosować dzielnik zmniejszający napięcie do nieco poniżej 36V.

UWAGA: tylko niektóre odbiorniki Archer mogą bezpośrednio mierzyć napięcie do 36V, dlatego trzeba to każdorazowo sprawdzić w specyfikacji odbiornika.

Dzielnik napięcia (czujnik) można wykonać samemu lub kupić gotowy. FrSky oferuje uniwersalny dzielnik napięcia dla akumulatorów LiPo do 5S – FrSky FBVS-01 czujnik napięcia.

Niezależnie od tego, czy taki czujnik kupimy gotowy, czy wykonamy samemu, podłącza się go tak samo. Minus czujnika (dzielnika) do pinu GND, a plus do pinu A2 odbiornika.

Najprostszy dzielnik napięcia buduje się z dwóch rezystorów. Wartości tych rezystorów należy dobrać tak, by napięcia na pinie A2 (względem GND) nigdy nie przekroczyło 3.3V. Jednocześnie prąd przepływający przez port A2 powinien być minimalny, zatem lepiej użyć nieco większych wartości rezystorów (w przykładach będziemy używali rezystancji rzędu kΩ).

Schemat połączeń

• V_in to napięcie wejściowe, np. głównego pakietu akumulatorów w modelu
• V_out to napięcie podawane na port analogowy A2 (nie może przekroczyć 3.3V)
• R1, R2 to rezystory tworzące dzielnik napięcia

Na schemacie widoczny jest opcjonalny kondensator C. Nie jest on jednak konieczny, filtrację chwilowych spadków napięć można zaimplementować w OpenTX. Gdyby w odczytach napięcia z dzielnika pojawiały się zakłócenia, taki kondensator może pomóc je wyeliminować.

Jeśli chcemy kondensator podłączyć, to ceramiczny 50-100nF będzie odpowiedni.

Dobór rezystorów

Napięcie wyjściowe V_out obliczamy ze wzoru:

V_out = V_in * R2 / (R1 + R2)

Teraz pozostaje już tylko dobrać odpowiednie wartości rezystorów. Rezystory produkowane są w tak zwanych szeregach, w których dostępne są ich konkretne, dostępne w handlu wartości.

Warto dobrać wartości rezystorów tak, by zostawić jakiś margines bezpieczeństwa, tj. aby napięcie V_out było w okolicy 3.1-3.2V (nieco niżej niż 3.3V). Jednocześnie nie ma co zbytnio obniżać napięcia, gdyż wtedy tracimy na rozdzielczości pomiaru.

Poniżej zamieszczamy przykładowe wartości rezystorów dla pakietów ogniw LiPo, korzystając z rezystorów popularnego szeregu E24:

Typowe rezystory mają dokładność 5%. Sprawdzą się one w naszym zastosowaniu (zakładamy margines błędu, a wykonany czujnik trzeba będzie skalibrować), choć jeszcze lepiej sprawdziłyby się rezystory 2% lub nawet 1%. Są one droższe, ale cały czas mówimy o kwotach wyrażanych w groszach. Moc rezystorów nie ma znaczenia. Im mniejsze gabarytowo, tym lepsze (będziemy je lutować bezpośrednio na przewodzie, bez żadnej płytki drukowanej).

Praktyczny przykład wykonania czujnika

Tak wyglądają polutowane i testowo podłączone rezystory. Na wejściu mamy w pełni naładowaną baterię 3S (omyłkowo nastawiono 12.4V, powinno być 12.6V), a na wyjściu – prawie zgodnie z obliczeniami – 3.06V (gdyby napięcie wejściowe było ustawione na 12.6V, to napięcie wyjścia byłoby bliższe teoretycznie wyliczonemu 3.12V).

UWAGA: Absolutnie maksymalne napięcie V_out to 3.3V

Lutowanie można by wykonać nieco bliżej rezystorów. Tutaj dla celów poglądowych zachowaliśmy większe odstępy:

Po sprawdzeniu poprawności działania, izolujemy plus od strony V_in (przy lutowaniu podobnym do naszego nie ma konieczności izolowania przewodu dodatniego od strony V_out, gdyż po złożeniu i tak nie ma się on jak zewrzeć do GND):

Składamy rezystory razem, tak by zmieścić całość w koszulkę termokurczliwą:

Efekt końcowy

Tak wygląda gotowy czujnik (w naszym przykładzie zbudowany dla akumulatora LiPo 3S), zamieniający napięcie wejściowe z zakresu 0-12.6V, na proporcjonalnie obniżone napięcie w zakresie 0-3.06V.

Konfiguracja i kalibracja w OpenTX

Po podłączeniu do odbiornika, czujnik należy wykryć w systemie telemetrii OpenTX. Ponieważ jest to czujnik analogowy, należy go także skalibrować, tak by pokazywał dokładne wartości, odpowiadające rzeczywistemu napięciu na wejściu dzielnika.

Telemetria OpenTX 2.1 to szczegółowy artykuł opisujący między innymi procesy wykrywania i kalibracji czujników.

W artykule OpenTX - konfiguracja helikoptera nitro (i nie tylko) opisaliśmy w jaki sposób skonfigurować czujnik analogowy w taki sposób, aby nie reagował na chwilowe spadki napięcia, które niekoniecznie oznaczają faktyczny, stały spadek napięcia akumulatora poniżej zadanego progu.

Mały, wielki port

Port analogowy jest prosty w użyciu. Daje jednak spore możliwości budowy własnych czujników. W niniejszym artykule zbudowaliśmy najprostszy czujnik napięcia, ale osoby z zacięciem elektronicznym z łatwością zbudują inne czujniki, np. czujnik natężenia prądu, różne czujniki mechaniczne, etc.

Wszystko co można zamienić na napięcie 0-3.3V może być podłączone i rozpoznawane w telemetrii OpenTX poprzez port analogowy odbiornika.

W artykule Porty nie tylko FrSky opisujemy inne typy portów stosowane w modelarstwie (PWM, CPPM, SBUS, etc.).

Czujniki napięcia Smart Port

Nie jest to bezpośrednio związane z niniejszym artykułem, ale warto wspomnieć, że do mierzenie napięcia pakietów LiPo / LiIon lepiej nadają się dedykowane czujniki Smart Port – FrSky FLVSS oraz MLVSS. Nie tylko są one dokładniejsze, ale mierzą napięcie oddzielnie dla każdego ogniwa pakietu, umożliwiając ustawienie alarmu np. dla ogniwa o najniższym napięciu. Jest to bardzo użyteczna funkcja pozwalająca na wczesne wykrycie wadliwego pakietu akumulatorów.