Радиоуправление и протоколы (ELRS, Crossfire)

Кратко

Радиоуправление — канал, по которому пилот передаёт БПЛА команды со стиков аппаратуры: передатчик в руках, приёмник на борту. Современный линк радиоуправления двунаправленный: «вниз» летят каналы управления, «вверх» — телеметрия о состоянии аппарата и самого канала связи. Две самые заметные системы в открытой экосистеме — проприетарная TBS Crossfire и открытая ExpressLRS (ELRS).

Для чего используется

Ручное пилотирование. Стики аппаратуры — крен, тангаж, рысканье, газ; без надёжного радиолинка невозможен ни FPV-полёт, ни страховка автоматики.
Переключение режимов. Дополнительные каналы вешают на тумблеры: смена полётного режима, арм/дизарм, включение failsafe-действий.
Телеметрия по обратному каналу. Напряжение батареи, качество линка и другие данные возвращаются на пульт без отдельного телеметрийного радио.
Канал MAVLink. ExpressLRS умеет передавать двунаправленный MAVLink по тому же линку — для миссий и наземной станции.

Как работает

Аппаратура кодирует положения стиков в цифровые пакеты и передаёт их по радио. Приёмник на борту декодирует пакеты и отдаёт каналы полётному контроллеру. Здесь работают два разных протокола, и их полезно не путать:

радиопротокол — как передатчик и приёмник общаются в эфире (это и есть ExpressLRS или Crossfire);
протокол приёмник → контроллер — как приёмник отдаёт данные полётному контроллеру по проводу.

Вторую роль в обеих системах играет CRSF (Crossfire Protocol) — протокол Team BlackSheep, ставший общим языком: по одному UART-соединению (по спецификации 416666 бод, в прошивках исторически 420000 — «примерно 420 тысяч») в обе стороны идут и 16 каналов управления (по 11 бит на канал), и телеметрия. Кадр CRSF устроен просто: адрес устройства, длина, тип, полезная нагрузка, контрольная сумма; максимум 64 байта. Это выгодно отличается от связки «SBUS для управления плюс отдельный канал телеметрии»: SBUS — однонаправленный протокол, телеметрию обратно не несёт.

Дальность и устойчивость линка определяются диапазоном, модуляцией и мощностью: дальнобойные системы работают в диапазоне ~900 МГц (Crossfire, ELRS 900), а максимальные частоты обновления каналов ExpressLRS достигаются на 2,4 ГГц.

Основные компоненты

Аппаратура (передатчик) — пульт со стиками; на открытой прошивке EdgeTX (проект развивает кодовую базу OpenTX — «the cutting edge of OpenTX») работают пульты RadioMaster, Jumper, BetaFPV и других производителей; EdgeTX интегрируется с инструментами ExpressLRS.
Радиомодуль — встроенный или внешний (например, модули RadioMaster Ranger, Bandit, Nomad для ELRS).
Приёмник — плата на борту; наноприёмники ELRS весят от 0,46 г.
Полётный контроллер — принимает CRSF по UART; в ArduPilot приёмник подключается перекрёстно (RX↔TX), протокол порта SERIALx_PROTOCOL = 23, без телеметрии возможно подключение по SBUS к порту RCIN.

Примеры

ExpressLRS — открытый радиолинк, развиваемый сообществом: диапазоны 900 МГц и 2,4 ГГц (радиочипы Semtech SX127x и SX128x с процессором Espressif или STM32), режимы модуляции LoRa, FLRC и FSK, частота пакетов до 1000 Гц. Экосистема — более 50 производителей железа.
TBS Crossfire — дальнобойная система диапазона ~900 МГц (Европа 860–885 МГц, Америка 902–927 МГц): мощность от 10 мВт до 2 Вт, скачкообразная перестройка частоты (FHSS), чувствительность приёмника до −130 дБм, частота обновления каналов 150 Гц, выходы PPM/SBUS/CRSF на 8 или 12 каналов. Численную дальность производитель принципиально не заявляет.
RadioMaster — производитель аппаратур (TX16S, Boxer, Zorro, Pocket) и ELRS-модулей и приёмников; активно поддерживает открытую экосистему.
ELRS-линк в связке с ArduPilot можно перевести из CRSF в режим MAVLink.

Связанные темы

Источники

ExpressLRS — открытый радиолинк: диапазоны, модуляции, packet rate, экосистема.
TBS Crossfire — характеристики Crossfire: частоты, мощность, FHSS, каналы.
Спецификация CRSF — формат кадра, скорости UART, 16 каналов по 11 бит.
EdgeTX — открытая прошивка аппаратур, совместимое железо.
RadioMaster — аппаратуры и ELRS-модули.
ArduPilot: Crossfire and ELRS RC Systems — подключение приёмника к автопилоту.