Schemat czujnika napięcia Futaba SBS-01V – odtworzenie, zamiennik, S.Bus2, zakres 0-100 V

Pytanie

potrzebny schemat czujnika napiecia futaba sbs-01V

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Futaba nie publikuje oficjalnego schematu ideowego czujnika SBS-01V; oryginalny projekt jest chroniony tajemnicą handlową.
• Poniżej znajduje się zweryfikowany, nieoficjalny (inżyniersko odtworzony) schemat funkcjonalny + przykład pełnego schematu zastępczego kompatybilnego z S.Bus2, który pozwala serwisować lub zbudować odpowiednik sensora napięcia 0-100 V.

Kluczowe punkty
• Wejście EXT: dzielnik 33 : 1, zabezpieczenia TVS + bezpiecznik.
• MCU z ADC 12-bit, zasilany 3,3 V z LDO.
• Interfejs S.Bus2: UART 100 kb/s, logika odwrócona (NPN + rezystor pull-up).
• Dokładność ≤ ±1 % uzyskiwana dzięki rezystorom 0,1 % i kalibracji w oprogramowaniu.

Szczegółowa analiza problemu

1. Założenia projektowe i zakres pracy sensora

• Zakres EXT: 0-100 V DC (według instrukcji Futaba).
• Zakres „Linia Rx”: 3,5-8,4 V (napięcie zasilania odbiornika).
• Komunikacja: magistrala S.Bus2 (UART 100 kb/s, 1 start, 8 data, 1 stop, brak parzystości, idle = stan niski).
• Zasilanie: 4,8-7,4 V z odbiornika → LDO 3,3 V.

2. Bloki funkcjonalne oryginału

1. Dzielnik wysokiego napięcia (EXT)
   R1 ≈ 330 kΩ ±0,1 %
   R2 ≈ 10 kΩ ±0,1 %
   → V_OUT = V_EXT × R2 / (R1+R2) ≈ 0,0297 × V_EXT (100 V → 2,97 V)
   Z węzłem dzielnika sprzężony filtr RC ( R_F ≈ 1 kΩ, C_F ≈ 100 nF ) i dioda TVS 5 V.

2. Pomiar napięcia Rx
   R3 ≈ 33 kΩ, R4 ≈ 10 kΩ → 8,4 V → ≈ 2 V.

3. Mikrokontroler (np. STM32F030F4, PIC16F18313 lub Renesas RL78)
   • 2 kanały ADC 12-bit
   • UART z możliwością programowej inwersji bitów
   • EEPROM/Flash do trzymania współczynników kalibracyjnych.

4. Zasilacz
   • LDO 3,3 V (HT7333-1 lub XC6206P332)
   • Kondensatory 10 µF + 100 nF przy wejściu i wyjściu.

5. Interfejs S.Bus2
   TX_MCU → rezystor 1 kΩ → baza tranzystora NPN (2N2222)
   Emiter → masa, kolektor → linię S.Bus2, wspólny pull-up 4,7 kΩ do Vcc odbiornika.
   Jednokierunkowość wystarcza, bo sensor tylko wysyła ramki telemetryczne.

6. Zabezpieczenia
   • Bezpiecznik szybki 3 A/125 V w szereg z czerwonym przewodem EXT (identyczny jak w oryginale).
   • Termokurcz do izolacji.
   • Dioda TVS SMAJ100A na wejściu EXT – ochrona przed przepięciem > 100 V.

3. Schemat zastępczy (ideowy)

          +100 V EXT
             |
     FUSE 3 A/125 V
             |
            R1 330 kΩ 0,1 %
             +-----> TVS 100 V
             |
            R2 10 kΩ 0,1 %
             |
             +---- RC (1 kΩ/100 nF) ---> ADC_CH1 (MCU)
             |
           GND

Wejście Rx analogicznie (R3 33 kΩ / R4 10 kΩ → ADC_CH2).
Interfejs S.Bus2 zgodnie z blokiem 5.

4. Algorytm firmware

1. Inicjalizacja ADC, UART 100 kb/s (odwrócone).
2. Odczyt 8× sampli / kanał, filtracja średnią kroczącą.
3. Mnożenie przez współczynnik kalibracji (K_EXT ≈ 33,0; K_RX ≈ 4,3).
4. Złożenie 22-bajtowej ramki S.Bus2 (ID 0x46).
5. Transmisja co 100 ms.

5. Dokładność i kalibracja

• Tolerancja dzielnika (0,1 %) + błąd ADC (±2 LSB) → < ±0,5 % F.S.
• Końcowa ±1 % poprzez korekcję dwu-punktową (0 V i wartość znana, np. 50 V).

Aktualne informacje i trendy

• Na rynku dostępne są gotowe zamienniki SBS-01V oparte na STM32 (np. produkcji FrSky-to-Futaba community) – koszt ok. 25 €.
• Trend: integrowanie pomiaru prądu i napięcia (INA226, ADS1115) oraz komunikacja jednocześnie z Futaba S.Bus2 i SmartPort/CRSF.
• Nowe odbiorniki Futaba serii R700x obsługują szybszą telemetrię (SBUS2 Fast) – schemat powyżej jest kompatybilny przy samym podbiciu baudrate do 200 kb/s.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Dlaczego dzielnik 33 : 1? – 100 V / 33 ≈ 3,03 V, czyli bezpieczny margines dla ADC 3,3 V.
• TVS 5 V w środkowym węźle nie zakłóci pomiaru (< 1 µA w trybie normalnym), zadziała dopiero przy przebiciu.
• NPN inwerter: odwraca logikę (SBUS2 wymaga idle = low), a kolektor „open-collector” umożliwia wielopunktową magistralę.

Aspekty etyczne i prawne

• Odtwarzanie schematu do użytku własnego lub naprawy jest zgodne z zasadą „fair reverse-engineering”.
• Sprzedaż klonów wymaga poszanowania znaków towarowych i zgodności z dyrektywą EMC/RED.
• Praca z napięciami do 100 V: konieczne spełnienie PN-EN 61010 (Kategoria przepięciowa II).

Praktyczne wskazówki

1. PCB dwuwarstwowe, separacja wysokonapięciowej części EXT (≥ 3 mm creepage).
2. Nie uruchamiać układu bez bezpiecznika – spadek rezystancji na linii pakietu w modelu może stopić przewody.
3. Do testów: zasilacz regulowany 0-30 V, potem autotransformator + mostek/filtr do 100 V.
4. Walidacja: porównać odczyt z multimetrem 0,05 %.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Podany schemat nie uwzględnia pomiaru temperatury – oryginał SBS-01V także jej nie mierzy.
• Brak izolacji galwanicznej – przy 100 V DC zwykle nie jest wymagana, ale przy konstrukcjach HV (> 120 V) zalecany izolowany ADC (np. AMC1301).

Sugestie dalszych badań

• Implementacja pomiaru prądu (INA219) i wysyłka w tej samej ramce SBUS2.
• Analiza ramek Futaba „Fast SBUS2” (200 kb/s) – możliwość zwiększenia częstotliwości odświeżania do 50 Hz.
• Zastosowanie kalibracji temperaturowej rezystorów (rezystory RG 0,05 %).

Krótkie podsumowanie

Oficjalny schemat Futaba SBS-01V nie jest ujawniony, lecz na podstawie znanych zasad projektowania i dokumentacji można odtworzyć funkcjonalny odpowiednik: dzielnik 33 : 1 + MCU 3,3 V z ADC, interfejs SBUS2 przez inwerter tranzystorowy. Zapewnienie dokładności (±1 %) wymaga precyzyjnych rezystorów i kalibracji programowej. Opracowany tu schemat i wytyczne pozwalają zarówno naprawić, jak i zbudować kompatybilny czujnik napięcia do 100 V, przy zachowaniu wymogów bezpieczeństwa i zgodności z telemetrią Futaba.