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Empfänger Protokolle – Was bedeutet PWM, PPM, SUMD, SBUS, F.PORT

Erklärung der Empfänger Prototokolle

PCM, PWM, PPM, CRSF, F.PORT, IBUS, SBUS, SUMD, serielle Protokolle

Es gibt eine Reihe an Protokollen über die Empfänger mit einem Flugcontroller kommuniziert. Manche sind „offene“ Protokolle. Dazu zählen PCM, PPM und PWM. Andere Protokolle sind wiederum vom jeweiligen Hersteller speziell entwickelt bzw. proprietär. Dazu zählen SUMD von Graupner, SBUS / F.Port von FrSky oder CRSF von Team BlackSheep (TBS). Dieser Artikel gibt einen Überblick über die gängigsten Protokolle und deren Eigenschaften.

Mit einem Setting in der Firmware des Flightcontrollers lassen sich die unterschiedlichsten Protokolle verbinden, sofern die Firmware das jeweilige Protokoll unterstützt. Von daher macht es für den Anwender wenig Unterschied welches Protokoll zur Anwendung kommt. Die Leistungsmerkmale können aber ganz unterschiedlich ausfallen.

Offene Protokolle PCM, PPM und PWM

Die offenen Protokolle sind an keinen Hersteller gebunden. Viele Hersteller unterstützen neben dem eigenen proprietären Protokoll, zusätzlich die offenen Protokolle. Sofern es der Platz zulässt. Denn PWM erfordert für jeden Kanal eine eigene Leitung. Diese Tatsache ist hinderlich um kleine Empfänger herzustellen. Alleine der Stecker nimmt einen gewissen Platz ein. Ein kleiner Empfänger wie den FrSky R-XSR wäre kaum realisierbar. Der genannte Empfänger unterstützt somit kein PWM. Dafür kann er zwischen PPM und SBUS umschalten.

PCM

PCM steht für Pulse Code Modulation. Es handelt sich dabei im Gegensatz zu PPM um ein digitales Signal. Entsprechend ist es einerseits robuster gegen Störungen. Andererseits bringt die Umwandlung eine gewisse Verzögerung mit sich (Latency). PCM erkennt Signalstörungen, und kann diese gegebenenfalls sogar korrigieren.

PPM

PPM (Pulse Position Modulation) ist zwar kein digitales Signal wie PCM, kommt aber wie ein digitales Protokoll mit nur einem Signalkabel für mehrere Kanäle aus. Inklusive Signal Ground sind es dann zwei Kabel in Summe. Die Signale werden dabei hintereinander, für den jeweiligen Kanal über das Signalkabel geschickt, also nicht zeitgleich.

PWM

Eines der ältesten und gängigsten Protokolle ist PWM. PWM steht für „Pulse With Modulation“. Es handelt sich um ein analoges Signal. Die Länge des Pulses gibt die Steuerinformation an. Diese bewegen sich in der Regel zwischen 1000 µs und 2000 µs mit 4 µs Stufen (250 Schritte). Die Skala hat sich übrigens auch bei den digitalen Protokollen gehalten, obwohl es keinen echten Zusammenhang mehr gibt.

Für jeden Kanal, gibt es ein eigenes Kabel. Für einen Multicopter bedeutet das zumindest vier Eingänge, bzw. fünf, für einen dezidierten „Arming“ Schalter. Auch bringt das analoge Signal eine gewisse Störanfälligkeit mit sich. Die größere Menge an benötigten Leitungen machen einen Kabelsalat meist unvermeidbar. Das sind auch die Gründe, warum sich zunehmend die digitalen Protokolle durchsetzen.

Proprietäre Protokolle

Die folgenden Protokolle herstellerspezifisch sind sowohl serielle als auch proprietäre Protokolle. Der Vorteil von seriellen Protokollen ist die Fehlertoleranz und die Reduktion der erforderlichen Kabel. Der Nachteil ist die Latenz und die höhere Anforderung an die Bauteile.

CRSF – TBS Crossfire

CRSF ist ein von Team BlackSheep entwickeltes serielles Protokoll. Es ist in der Lage in beide Richtungen zu kommunizieren (full duplex). Das erlaubt sowohl Steuersignale als auch Telemetriedaten über das gleiche Kabel zu schicken. Auch können Einstellungen am Flugcontroller „remote“ geändert werden. Sprich, über die Fernsteuerung.

IBUS – FlySky

Das IBUS Protokoll ist ein klassisches serielles Protokoll mit allen Vor- und Nachteilen. Es hat auch relativ gute Leistungsmerkmale, zumindest am Papier. FlySky ist ein Billiganbieter und ist somit mit seiner Lösung als Einsteigermodell für Generika-Konsumenten durchaus empfehlenswert. Die Namensverwandtschaft mit SBUS bzw. FrSky ist dabei nicht ganz zufällig.

F.Port – FrSky

Das serielle F.Port Protokoll von FrSky ist im Gegensatz zum Vorgänger SBUS eine bidirektionales Kommunikation. Entsprechend ist nur mehr ein Kabel für Steuerung und Telemetrie nötig. S.Port wird damit obsolet bzw. kommt das F.Port Signal tatsächlich aus dem S.Port Pin. Wer beispielsweise einen FrSky R-XSR Empfänger besitzt, kann mittels Firmware Upgrade SBUS stilllegen und nur mehr F.Port über den S.Port Pin nutzen.

SBUS – FrSky

Das SBUS Protokoll von FrSky bzw. Futaba trumpft mit einer hohen Zahl an Kanälen auf (bis zu 18). Allerdings ist für die Telemetrie ein eigener Anschluss (in der Regel S.Port) notwendig. Mit F.Port, einem Gemeinschaftsprojekt des Betaflight Teams und FrSky, behebt diesen Schönheitsfehler.

Eine Anmerkung zu SBUS: es handelt sich um ein invertiertes Signal. Damit der Flugcontroller das Signal verarbeiten kann, muss dieser mit dem invertierten Signal umgehen können. Viele Flugcontroller haben deshalb einen dezidierten SBUS Eingang. Das ist ein UART mit einem extra Inverter bzw. Uninverter. Wer einen regulären UART nutzen möchte, dem empfiehlt sich das uninvertierte Signal zu nutzen.

SUMD – Graupner

Einer der wenigen europäischen Vertreter am Senderanlagen-Markt ist Graupner mit dem SUMD Protokoll. Es handelt sich um ein uninvertiertes Signal und ist somit auf jedem beliebigen UART nutzbar. Es hat die üblichen Vor-und Nachteile eines seriellen Protokolls. Jedenfalls werden dem SUMD Protokoll sehr gute Leistungsmerkmale nachgesagt. Sprich, eine geringe Latenz bei sehr guter Auflösung.

Zusammenfassung

Sie kennen nun die wesentlichen Protokolle, mit denen ein Empfänger (Receiver) mit der Flugsteuerung (Flugcontroller) kommuniziert. Die offenen Protokolle sind weit verbreitet. Die seriellen Protokolle gewinnen allerdings zunehmend an Bedeutung. Sie sind robuster gegen Störungen als analoge Protokolle. Auch die Latenz wird danke moderner Techniken immer geringer.

Drohnenexperte - FPV Drohnenpilot

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