Protokoły Transmisji w Zabawach RC i Dronach – Od PWM do ELRS

1. Wstęp

W zdalnie sterowanych (RC) zabawkach i dronach kluczowe jest to, jak dane z pilota docierają do urządzenia. Ta komunikacja odbywa się za pomocą różnych protokołów transmisji, które określają sposób przesyłania danych między nadajnikiem (pilotem) a odbiornikiem (modułem w dronie/zabawce). Każdy protokół ma swoje cechy, takie jak szybkość, dokładność, odporność na zakłócenia oraz zasięg działania.

W tym tutorialu przyjrzymy się podstawowym protokołom, ich działaniu oraz odbiornikom, które umożliwiają korzystanie z tych technologii.

2. Co to jest protokół transmisji?

Protokół transmisji to reguły, według których nadajnik i odbiornik przesyłają i odbierają dane. W świecie RC i dronów protokoły te przesyłają informacje o:

• pozycji drążków na pilocie (np. przepustnicy, steru, lotek),

• stanach przycisków (np. przełączników do aktywacji funkcji).

Nadajnik i odbiornik

• Nadajnik (pilot): To urządzenie, które przesyła dane w formie sygnałów radiowych.

• Odbiornik: To moduł w dronie/zabawce, który odbiera sygnały od nadajnika i przekazuje je dalej (np. do kontrolera lotu w dronie lub serwomechanizmów w zabawce RC).

Każdy protokół ma określony zasięg działania i sposób przesyłania sygnałów. Teraz przejdźmy do omówienia poszczególnych technologii.

3. Protokoły transmisji: Od PWM do ELRS

3.1 PWM (Pulse Width Modulation)

Jak działa?

• PWM to jeden z najprostszych sposobów transmisji danych.

• Każdy kanał (np. przepustnica, ster) przesyła dane jako osobny sygnał w formie impulsów.

• Szerokość impulsu (czas trwania sygnału) określa wartość dla danego kanału. Przykład:

  • 1000 µs = minimalna wartość (np. zero gazu),

  • 2000 µs = maksymalna wartość (np. pełny gaz).

Zastosowanie:

• Starsze zabawki RC i prostsze systemy.

• Popularne w serwomechanizmach, ponieważ są łatwe w implementacji.

Zasięg i wady:

• Zasięg zależy od jakości sprzętu (zwykle 100-200 m w zabawkach RC).

• Wada: niska szybkość przesyłania danych i podatność na zakłócenia.

3.2 PPM (Pulse Position Modulation)

Jak działa?

• PPM to ulepszona wersja PWM.

• Wszystkie kanały przesyłane są jednym sygnałem zamiast osobnych dla każdego kanału.

• Czas między impulsami wskazuje wartości dla kolejnych kanałów.

Zastosowanie:

• Stosowane w starszych systemach dronów i RC, zanim nowsze technologie stały się standardem.

Zasięg i wady:

• Zasięg podobny do PWM (100-200 m w zależności od sprzętu).

• Wolniejszy niż nowoczesne protokoły, ale bardziej odporny na zakłócenia niż PWM.

3.3 SBUS (Serial Bus)

Jak działa?

• SBUS jest cyfrowym protokołem transmisji, który pozwala przesyłać dane z wielu kanałów jednocześnie za pomocą jednego kabla.

• Jest bardzo szybki i dokładny, co czyni go popularnym w nowoczesnych dronach.

Zastosowanie:

• Używany w zaawansowanych dronach i zabawkach RC.

• Obsługuje wiele kanałów (zwykle do 16), co pozwala na bardziej skomplikowane konfiguracje.

Zasięg i wady:

• Zasięg zależy od odbiornika i jakości sygnału, zwykle 300-500 m.

• Wysoka szybkość przesyłania danych, ale wymaga kompatybilnego sprzętu.

3.4 DSMX i Futaba FASST

Jak działa?

• To protokoły transmisji oparte na technologii spread spectrum, co oznacza, że sygnał „skacze” po różnych częstotliwościach, aby uniknąć zakłóceń.

• Dzięki temu są bardzo stabilne i odporne na interferencje.

Zastosowanie:

• DSMX (Spektrum) i Futaba FASST to systemy używane w profesjonalnych modelach RC.

• Idealne do wyścigów dronów i precyzyjnych zastosowań.

Zasięg i wady:

• Zasięg 500-1000 m w zależności od mocy nadajnika.

• Wadą może być wyższy koszt sprzętu.

3.5 Crossfire (TBS) i ExpressLRS (ELRS)

Jak działa?

• Oba protokoły są zaprojektowane z myślą o długim zasięgu i niskim opóźnieniu.

• Wykorzystują modulację cyfrową, np. LoRa, która jest bardzo wydajna energetycznie i odporna na zakłócenia.

ExpressLRS (ELRS):

• ELRS to otwartoźródłowy system transmisji zaprojektowany przez społeczność.

• Obsługuje zasięg nawet do 10-15 km przy niskim opóźnieniu (poniżej 10 ms).

TBS Crossfire:

• TBS Crossfire to rozwiązanie komercyjne o podobnych parametrach co ELRS.

• Bardzo popularny w dronach dalekiego zasięgu.

Zasięg i wady:

• Zasięg: 10-15 km (a nawet więcej przy odpowiednich ustawieniach).

• Wadą może być bardziej skomplikowana konfiguracja ELRS w porównaniu do TBS Crossfire.

4. Zasięgi i dobór odbiornika

Jak dobierać odbiornik?

1. Zasięg:

   • Do latania na krótkie dystanse (np. wyścigi dronów): SBUS, DSMX, Futaba.

   • Do długich dystansów: Crossfire lub ELRS.

2. Kompatybilność:

   • Sprawdź, czy Twój nadajnik i odbiornik obsługują te same protokoły.

3. Cena:

   • ELRS jest tańsze, ale wymaga więcej wiedzy przy konfiguracji.

Przykładowe zasięgi odbiorników:

Podsumowanie

Protokoły transmisji są kluczowym elementem w zabawkach RC i dronach. Wybór odpowiedniego protokołu zależy od tego, czego oczekujesz: stabilności, szybkości, czy zasięgu. Dla początkujących dobrym startem są PWM i SBUS, ale jeśli planujesz bardziej zaawansowane projekty, warto zainteresować się ELRS lub Crossfire.

5. Czy mogę użyć nadajnika jednej firmy i odbiornika innej?

Krótka odpowiedź: zazwyczaj nie, ale są wyjątki.

W świecie RC i dronów producenci zwykle projektują swoje urządzenia tak, aby działały tylko z własnym sprzętem. Każdy nadajnik obsługuje określone protokoły transmisji, a odbiornik musi być z nimi kompatybilny. Dlatego nadajnik jednej firmy nie zawsze będzie działał z odbiornikiem innej firmy. Jednak są sytuacje, w których możemy to obejść:

• Otwarte standardy: Protokół ELRS (ExpressLRS) jest otwartoźródłowy, więc możesz używać nadajników i odbiorników od różnych producentów, o ile wspierają ELRS.

• Moduły nadawcze: Niektóre nadajniki (np. FrSky, Radiomaster) pozwalają na instalowanie wymiennych modułów nadawczych, które obsługują protokoły innych firm. Na przykład, możesz używać modułu TBS Crossfire w pilocie Radiomaster.

6. Producenci nadajników i odbiorników

Poniżej znajdziesz podział na najpopularniejszych producentów w świecie RC i dronów oraz ich obsługiwane protokoły:

6.1 FlySky

• Protokoły:

  • AFHDS (Automatic Frequency Hopping Digital System) – starszy i mniej zaawansowany.

  • AFHDS 2A – ulepszona wersja, obsługuje więcej kanałów i zapewnia lepszą stabilność.

• Nadajniki:

  • FlySky FS-i6, FS-i6X – popularne wśród początkujących.

• Odbiorniki:

  • FS-iA6B – odbiornik PWM i PPM.

  • FS-X6B – obsługuje i-BUS (bardziej zaawansowany niż PWM/PPM).

• Kompatybilność:

  • Nadajniki FlySky współpracują głównie z odbiornikami FlySky.

6.2 Radiolink

• Protokoły:

  • DSSS i FHSS (Direct Sequence Spread Spectrum i Frequency Hopping Spread Spectrum) – dobre zasięgi i stabilność.

• Nadajniki:

  • Radiolink AT9S, AT10II – idealne do dronów i zabawek RC.

• Odbiorniki:

  • R12DS – obsługuje PWM i SBUS.

  • R6DS – prostszy odbiornik PWM.

• Zasięg:

  • Zasięg Radiolink jest zwykle bardzo dobry (do 3-4 km w idealnych warunkach).

6.3 FrSky

• Protokoły:

  • ACCST (FrSky pierwszej generacji) – stabilny, używany w starszych modelach.

  • ACCESS – nowy standard FrSky, szybszy i bardziej zaawansowany.

  • Obsługuje SBUS, SmartPort (do telemetryki).

• Nadajniki:

  • Taranis QX7, X9D – popularne wśród profesjonalistów.

  • Radiomaster TX16S (kompatybilny z FrSky dzięki modułom).

• Odbiorniki:

  • R-XSR – miniaturowy odbiornik SBUS.

  • Archer R10 – obsługuje ACCESS i SBUS.

• Kompatybilność:

  • FrSky nadajniki działają najlepiej z odbiornikami FrSky. Można je rozszerzyć o moduły (np. TBS Crossfire).

6.4 Spektrum

• Protokoły:

  • DSM2 – starszy standard.

  • DSMX – bardziej odporny na zakłócenia i stabilniejszy.

• Nadajniki:

  • DX6e, DX9 – popularne w modelarstwie RC.

• Odbiorniki:

  • AR620 – łatwy w konfiguracji odbiornik DSMX.

• Kompatybilność:

  • Nadajniki i odbiorniki Spektrum są zamknięte – współpracują tylko z własnymi produktami.

6.5 TBS Crossfire

• Protokoły:

  • LoRa (Long Range) – bardzo stabilny i wydajny, zaprojektowany do lotów dalekiego zasięgu.

• Zasięg:

  • Do 15 km, a w niektórych przypadkach nawet więcej.

• Nadajniki:

  • TBS Tango 2 – zintegrowany nadajnik i pilot.

  • Moduł Crossfire – do instalacji w pilotach kompatybilnych z OpenTX (np. Radiomaster TX16S).

• Odbiorniki:

  • Nano RX – mały i lekki.

• Kompatybilność:

  • Moduły TBS Crossfire są kompatybilne z wieloma nadajnikami przez OpenTX.

6.6 ExpressLRS (ELRS)

• Protokoły:

  • Open-source, wykorzystuje modulację LoRa.

• Zasięg:

  • Do 10-15 km przy niskim opóźnieniu.

• Nadajniki:

  • Radiomaster Zorro ELRS.

  • Moduły ELRS (kompatybilne z wieloma nadajnikami OpenTX/EdgeTX).

• Odbiorniki:

  • Matek ELRS-R24 – tani i wydajny.

  • BetaFPV ELRS Nano RX.

• Kompatybilność:

  • Odbiorniki i nadajniki ELRS różnych producentów są wymienne, co daje ogromną elastyczność.

7. Podsumowanie Kompatybilności

8. Jak wybrać sprzęt?

• Budżet: FlySky to idealny wybór dla początkujących.

• Zaawansowane potrzeby: FrSky i Radiomaster z Crossfire/ELRS to świetny wybór.

• Zasięg: TBS Crossfire i ELRS wygrywają.

• Kompatybilność: Jeśli planujesz rozwijać sprzęt, wybierz FrSky lub ELRS, które oferują większą elastyczność.

9. Jak rozpoznać odbiornik, jeśli jest nieopisany?

Jeśli masz odbiornik RC bez oznaczeń i chcesz rozpoznać, jaki to model lub z jakim protokołem współpracuje, wykonaj następujące kroki:

Krok 1: Przyjrzyj się odbiornikowi

1. Złącza:

   • Jeśli widzisz wiele pinów (3-6 lub więcej), najprawdopodobniej jest to odbiornik PWM.

   • Jeśli jest tylko jedno złącze, to może być SBUS, iBUS, DSMX lub inne cyfrowe połączenie.

2. Diody LED:

   • Zwróć uwagę na kolor diody po podłączeniu zasilania:

     • Migająca czerwona dioda – odbiornik szuka sygnału.

     • Stała zielona/czerwona dioda – połączony z nadajnikiem.

     • Specyficzne zachowanie LED można sprawdzić w instrukcji do odbiornika lub online.

Krok 2: Eksperymentuj z protokołami

1. Używając radia z modułem 4-w-1 (lub innym, który obsługuje wiele protokołów), spróbuj:

   • Wybrać różne protokoły (FlySky, FrSky D8/D16, DSMX, itp.).

   • Związać odbiornik z nadajnikiem (tzw. binding).

   • Sprawdź, czy odbiornik reaguje na sygnał – np. za pomocą serwa podłączonego do jednego z kanałów PWM.

2. Jeśli odbiornik działa z którymś protokołem, możesz określić jego typ.

Krok 3: Sprawdź numeracja i chipy

1. Obejrzyj odbiornik pod lupą lub aparatem – często na płytce drukowanej znajdziesz oznaczenia, np. model lub układ scalony.

   • Np. odbiorniki ELRS mają układy ESP8285.

2. Znalezione oznaczenia wprowadź w wyszukiwarce (np. „RX SR6P RC Receiver”).

Krok 4: Konsultuj się z grupami RC

Jeśli powyższe metody zawiodą, zrób zdjęcie odbiornika i zapytaj na forach lub grupach społecznościowych (Facebook, Reddit). Entuzjaści RC są bardzo pomocni!

3. Częstotliwości i kanały w RC

Najczęściej używane częstotliwości

1. 2.4 GHz:

   • Standard w większości systemów RC (FlySky, FrSky, Spektrum).

   • Dobra stabilność sygnału, niski pobór mocy.

   • Zasięg: 300 m – 3 km (w zależności od sprzętu).

2. 900 MHz:

   • Wykorzystywane przez systemy dalekiego zasięgu (np. TBS Crossfire, ELRS).

   • Lepsza penetracja przeszkód (np. drzew, budynków).

   • Zasięg: do 15-20 km w idealnych warunkach.

3. 27 MHz / 35 MHz / 72 MHz (starsze systemy):

   • Obecnie rzadko stosowane. Miały większe zasięgi niż 2.4 GHz, ale były podatne na zakłócenia.

Kanały w RC

1. Co to są kanały?

   • Kanały odpowiadają za przekazywanie różnych sygnałów (np. sterowanie gazem, kierunkiem, dodatkowymi funkcjami).

   • Typowy odbiornik ma 4-8 kanałów, ale w dronach FPV i zaawansowanych RC może być ich więcej (np. 16).

2. Podział częstotliwości na kanały:

   • Systemy RC (np. 2.4 GHz) dzielą pasmo na wiele kanałów, aby zmniejszyć zakłócenia. Nadajnik i odbiornik „przeskakują” między nimi (tzw. frequency hopping).

   • Np. FlySky AFHDS 2A skanuje 160 kanałów w zakresie 2.405–2.475 GHz.

3. Jak liczba kanałów wpływa na odbiornik?

   • W prostych zabawkach RC wystarczą 4 kanały (góra/dół, lewo/prawo).

   • W zaawansowanych dronach lub modelach potrzebne jest więcej kanałów, np. do sterowania podwoziem, oświetleniem, kamerą FPV.

Przykład: Samochód RC

1. Kanał 1 – Sterowanie kołami (prawo/lewo):
   Nadajnik wysyła sygnał do odbiornika, który mówi serwomechanizmowi: „skręć w prawo” lub „skręć w lewo”.

2. Kanał 2 – Gaz (przód/tył):
   Drugi kanał kontroluje prędkość: „jedź szybciej” albo „hamuj i cofaj”.

W prostym samochodzie RC wystarczą tylko 2 kanały:

• Kanał 1 dla kierunku,

• Kanał 2 dla gazu.

Przykład: Dron

Drony potrzebują więcej kanałów, ponieważ sterują większą liczbą funkcji:

1. Kanał 1 – Obrót w lewo/prawo (yaw):
   Dron się obraca na boki.

2. Kanał 2 – Pochylenie w przód/tył (pitch):
   Dron przechyla się, żeby lecieć do przodu lub do tyłu.

3. Kanał 3 – Wysokość (throttle):
   Kontroluje moc silników, czyli wysokość lotu.

4. Kanał 4 – Przechylenie w bok (roll):
   Dron przechyla się, żeby polecieć w lewo lub w prawo.

Dodatkowe kanały: Jeśli masz kamerę FPV albo światła w dronie, możesz używać kolejnych kanałów (np. Kanał 5 – do włączenia kamery lub Kanał 6 – do zmiany koloru świateł).

Ile kanałów potrzebujesz?

• 2 kanały: Wystarczą do prostych samochodów RC.

• 4 kanały: Minimalna liczba dla dronów i zaawansowanych modeli.

• Więcej kanałów (6–16): Przydatne, gdy masz dodatkowe funkcje, np. światła, kamerę, podwozie.

Jak działa to na nadajniku i odbiorniku?

• Nadajnik (radio): Wysyła sygnały na każdym kanale, zgodnie z twoimi ruchami na drążkach.

• Odbiornik: Odbiera te sygnały i wysyła je do odpowiednich urządzeń w modelu (serwomechanizmów, regulatorów prędkości itp.).

A teraz prosty przykład z życia:

Wyobraź sobie, że sterujesz samochodem zdalnie:

• Lewa dźwignia nadajnika kontroluje kierunek (kanał 1).

• Prawa dźwignia kontroluje gaz (kanał 2).

Kiedy przesuniesz lewą dźwignię, sygnał „skieruj się w lewo” idzie do odbiornika na kanale 1 i ten sygnał jest przekazywany do serwa w samochodzie, które porusza kołami.

Zakłócenia i regulacje prawne

1. Zakłócenia:

   • Na 2.4 GHz działa wiele urządzeń (np. Wi-Fi, Bluetooth), co może powodować zakłócenia. Systemy RC wykorzystują technologię skoków częstotliwości, aby temu zapobiec.

2. Regulacje prawne:

   • Każdy kraj reguluje użycie pasm (np. 2.4 GHz i 900 MHz są licencjonowane dla zastosowań RC w większości krajów).

   • Uwaga: Użycie mocniejszych nadajników (np. ELRS 1W) może być ograniczone.