Was ist ExpressLRS? #
ExpressLRS ist ein Funkübertragungsprotokoll und Firmware für Sendemodul (TX) und Empfänger (RX) mit der derzeit niedrigsten Latenz am Markt. Es ist open-source, die Hardware ist äußerst kostengünstig und bestehende Hardware kann teilweise mit der Firmware geflasht und weiter verwendet werden. Niedrigere Latenz bedeutet das Gefühl einer engeren Verbindung zum Quadcopter. Des Weiteren kann Feed-Forward maximal straff eingestellt werden.
ExpressLRS ist für Long-Range im Frequenzbereich 868 MHz und für Freestyle/ Racing im Frequenzbereich 2,4 GHz verfügbar. Genaue Infos, Installationsanleitungen, Troubleshoot und Hilfe erhaltet ihr auf der Github-Seite und auf dem Discord-Server.
Vorbereitung #
Hier erfolgt die Erklärung anhand der 2,4 GHz Happymodel Hardwarereihe. Diese ist kostengünstig und vorgeflasht, sodass lediglich ein Update auf die aktuelle Version nötig ist. Einfacher geht es nicht mehr. Die Anleitung ist aber für alle andere Hardware übertragbar.
Disclaimer: Die genannten Produkte stellen keine Kaufempfehlung dar. Es liegt kein Sponsoring vor, die erwähnten Produkte wurden nicht vom Hersteller oder Dritten gestellt.
Tutorial gibt es natürlich auch als Video:
Besorgt euch die nötige Hardware. Achtet beim Kauf auf die Receivertypen EP1 und EP2, da diese die Funktion WiFi-Update unterstützen. Der PP RX kann das leider nicht. Eine T-Antenne bietet der EP1, eine SMD-Antenne bietet der EP2. Die Reichweite der EP2 ist zwar schlechter, aber ausreichend solang ihr den Receiver nicht mitten im Carbon oder Stack versteckt. Angeschlossen wird der Receiver an den Flight-Controller an einem beliebigen UART (uninverted bei F4 Prozessoren). Im folgenden Bild schaut ihr auf die Seite gegenüber der Antenne. Das GND-Pad ist etwas größer als die anderen Pads.
(Für Anfänger: RX vom Receiver muss auf TX am Flight-Controller verlötet werden, TX vom Receiver muss auf RX am Flight-Controller. VCC an einen 5V Anschluss am Flight-Controller, GND auf Masse.)
Der Zusammenbau des TX-Moduls sollte selbsterklärend sein. Testet vorm Anschrauben der Gehäuse-Oberseite ob die Pins des JR-Bays (Pins die aus der Fernsteuerung in das Modul ragen) ausreichend tief im Anschluss auf der TX-Platine eintauchen.
EdgeTX / OpenTX einrichten #
Die Funkfernbedienung muss auf den aktuellen nightly build von OpenTX geflasht werden und richtig eingestellt werden (CRSF-Shot konfigurieren, ADC-Filter aus, Endpunkte einstellen, etc. Das Express-LRS LUA-Script installieren wir später). Arbeitet diese Hinweise ab, dann kann nix mehr schief gehen.
Besser ist ein Flashen auf EdgeTX. Eine Anleitung findet ihr hier.
Betaflight einrichten #
Verbindet euren FC mit Betaflight und wählt bei Anschlüsse (engl.: Ports) an dem UART, an dem ihr den Receiver angelötet habt „Serial RX“. Dies darf nur an einem UART aktiviert sein.
Unter dem Punkt Konfiguration wählt ihr nun „Seriellen Receiver“ (1) und als Protokoll CRSF. Ja, Express-LRS verwendet als Protokoll zwischen Receiver und FC das CrossfireShot-Protokoll. Danke TBS. Wer Telemetrie möchte kann bei den Features Telemetrie aktivieren. Speichern und Neustarten.
Wichtig: der Schalter zum armen (Arm-Switch) muss bei ExpressLRS auf AUX1 (Channel 5) liegen! Hoch (2000us) = armen, Runter (1000us) = disarmen.
ExpressLRS unterstützt natürlich RSSI, RSSI dBm und LQ im OSD. Wer das DJI FPV System nutzt kann leider nur RSSI im OSD anzeigen lassen. Möchte man LQ oder RSSI dBm nutzen kann man sich eines Tricks bedienen. Standardmäßig senden alle Express-LRS Receiver auf AUX 11 (Channel 15) LQ und auf AUX 12 (Channel 16) RSSI dBm scaled. Lasst also RSSI im OSD-Tab von Betaflight aktiviert. Geht nun in den Empfänger-Tab (engl.: Receiver) und wählt oben rechts den entsprechenden AUX Kanal mit dem Wert, den ihr anzeigen lassen wollt.
Ihr wisst nicht welchen Wert ihr braucht? LQ! Erklärung hier. Bei einem Wert von unter 30 kehrt ihr um. LQ über 30 ist ok.
Übrigens, der Kanal wird nicht vom Transmitter-Modul gesendet. Der Receiver generiert die Werte von LQ und RSSI dBm und legt diese Werte nur auf den Kanal, damit der FC sie lesen kann.
ExpressLRS flashen/updaten #
Ladet euch den aktuellen Express-LRS-Configurator herunter und installiert diesen. In diesem Programm „bauen“ wir uns nun die fertig eingestellte Firmware für den Transmitter und Receiver zusammen.
Firmware kompilieren #
Wählt unter „Firmware version“ die aktuellste Version des official releases (oder beta wenn ihr experimentierfreudig seid) und unter Target welche Hardware ihr über welchen weg flashen möchtet. Wir nutzen die Happymodel 2,4 GHz Hardware. Achtet auf das Kürzel „EP“ für die EP1 und EP2 Receiver und WiFi für die Update-Methode. Hier das korrekte Target für das Transmitter-Modul:
Kurze Ablenkung: Schnell mal auf Download LUA Script klicken und diese Datei auf die SD-Karte eurer Funkfernbedienung in den Ordner \SCRIPTS\TOOLS\ schieben. – Fertig, LUA Script ist installiert.
Hier das korrekte Target für den Receiver: (EP1 und EP2 nutzen die gleiche Firmware, nur die Antenne ist unterschiedlich)
Die Device options müssen für Transmitter-Modul und Receiver identisch sein. Was jede Option bedeutet könnt ihr beim Fragezeichen erfahren oder auf den Github-Wiki-Seiten nachlesen. Folgende Optionen sind für die meisten optimal:
Wer Long-Range fliegt sollte no_sync_on_arm deaktivieren. Wer keine Telemetrie benötigt kann noch ein paar Prozent Leistung herauskitzeln und Telemetrie deaktivieren. Allerdings kann der gleiche Effekt erzielt werden indem die Telemetrie später im LUA-Script deaktiviert wird. Ein deaktivieren zum flashe bringt keinen Vorteil. Wenn ihr wissen wollt was hinter jeder Option steckt, dann klickt auf das Fragezeichen.
Tragt als „binding phrase“ ein beliebiges Passwort ein. Anhand dieses Passwortes finden eure TX und RX (auf beiden Seiten egal wie viele) immer zueinander. Binden war gestern! Multibind – so 2020…
Klickt auf Build (nicht Build & Flash) und kompiliert nun die Firmware für euer Transmitter-Modul. Der Vorgang dauert etwas – holt euch ein Bier – äh zuckerfreie Kräuterlimonade. Kopiert die fertige firmware.bin an einen sicheren Ort. Generiert nun die Firmware für euren Receiver. Kopiert auch diese firmware.bin an einen sicheren Ort, aber verwechselt beide nicht.
Transmitter-Modul updaten #
via Wlan #
An dieser Stelle müsst ihr das LUA-Script installiet haben. Steckt das Modul in eure Fernbedienung und schaltet diese an. Geht ins Menü Tools und aktiviert das ELRS LUA-Script.
Klickt auf Wifi-Update. Euer PC sollte nun ein neues Netzwerk mit dem Namen „expressLRS Tx“ oder ähnlich finden (nicht ESP wifi config o.ä. – dies ist für später angedacht Optionen). Das Passwort lautet: expresslrs. Öffnet nach dem Verbinden ein neues Browser-Fenster und gebt die IP 10.0.0.1 ein. Nutzt nicht das Pop-Up-Fenster das eventuell auf geht. Hier ladet ihr die !korrekte! firmware.bin hoch und klickt auf update. Wartet kurz bis das Fenster OK oder SUCCESS meldet. Wartet zur Sicherheit noch 20 Sekunden, damit das Update verarbeitet werden kann. Fertig.
Bei Problemen: siehe unten – Pin Header…
via USB #
Öffnet das Gehäuse vom Transmitter-Modul und steckt die Jumper auf die untersten beiden Pins. Verbindet nun euren PC per USB mit dem Transmittermodul. Im Configurator wählt ihr nun als Target Happymodel_ES24TX_2400_TX_via_UART. Mit einem Klick auf Build & Flash aktualisiert ihr auf die gewünschte Firmware-Version mit den entsprechenden Einstellungen.
Receiver updaten #
Dedizierte Receiver per Wlan updaten #
Schaltet die Funkfernsteuerung aus. Gebt dem Receiver Strom und wartet 20 Sekunden bis die LED am Receiver sehr schnell blinkt. Nun könnt ihr euren RC mit dem Netzwerk mit dem Namen „expressLRS Rx“ oder ähnlich verbinden. Das Passwort lautet: expresslrs. Wie beim Transmitter: Öffnet nach dem Verbinden ein neues Browser-Fenster und gebt die IP 10.0.0.1 ein. Nutzt nicht das Pop-Up-Fenster das eventuell auf geht. Hier ladet ihr die !korrekte! firmware.bin hoch und klickt auf update. Wartet kurz bis das Fenster OK oder SUCCESS meldet. Wartet zur Sicherheit noch 20 Sekunden, damit das Update verarbeitet werden kann. Fertig. Nehmt den Receiver vom Strom und startet nun Fernbedienung und Receiver. Ihr solltet verbunden sein.
Dedizierte Receiver per Betaflight passthrough updaten #
Verbindet den Flight-Controller an dem der Receiver angelötet und in Betaflight eingerichtet ist (Ports/Empfänger-Tab) mit dem PC. Im Configurator wählt ihr als Target euren Receivertyp mit der Option Betaflight_passthrough. Betaflight Configurator darf keine Verbindung zu diesem Zeitpunkt geöffnet haben. Am besten das Programm schließen. Achtet auf die passenden Einstellungen bei den Optionen. Wählt den korrekten Serial Port unter „Manual Device Selection“ aus. Mit klick auf „Build&Flash“ sollte die neue Firmware auf dem Receiver landen.
SPI-Receiver #
Ist der Receiver im Flightcontroller verbaut erfolgt das Firmware-Update mit den Betaflight-Updates. Der Code ist in den Betaflight Updates integriert. Ein einzelnes „flashen“ ist nicht möglich/ nötig. Derzeit ist dies ab Betaflight 4.3.0 nightly möglich, Hardwarehersteller haben eigene custom Firmware Files im Angebot. Ab dem offiziellen Release von Betaflight 4.3.0 sind nightlies oder custom firmware files nicht mehr nötig. Die individuelle Konfiguration erfolgt in der CLI. Folgende CLI Befehle sind möglich:
expresslrs_uid = 0,0,0,0,0
Array length: 6
Default value: 0,0,0,0,0,0
expresslrs_domain = ISM2400
Allowed values: AU433, AU915, EU433, EU868, FCC915, ISM2400
Default value: AU433
expresslrs_rate_index = 0
Allowed range: 0 - 3
expresslrs_hybrid_switches = ON
Allowed values: OFF, ONBinden per UID: Wenn ihr die Firmware für den Transmitter kompiliert sucht im Log recht weit oben folgende Zeile: „UID bytes: …“
Kopiert die Zahlenkette und gebt diese in der CLI von Betaflight als ExpressLRS UID ein. Kein binden mehr nötig. Binden per Betaflight Configurator: Zum binden dieser Receiver in der CLI „bind_rx“ eintippen oder ab Betaflight-Configurator 10.8 (auch nightly) im Empfänger Tab auf „koppeln“ klicken.
Die weiteren Einstellungen müssen identisch zu denen im Transmittermodul sein. In unserem Beispiel muss also expresslrs_hybrid_switches = ON und expresslrs_domain = ISM2400 eingestellt werden.
Binding ohne PC (auf dem Feld) #
Nach der o.g. Methode sollte dank Passphase kein binden mehr nötig sein. Möchte man aber auf dem Feld nun den Quadcopter, warum auch immer, manuell binden, hier der Binding-Prozess erklärt:
- Receiver mit Strom versorgen – warten bis die LED erstmalig wieder aus geht – Strom trennen
- den Vorgang 3x wiederholen
- LED sollte nun doppelt blinken
- Aktiviert das ExpressLRS LUA-Script auf der Funkfernbedienung und klickt dort auf Bind
- ihr seid nun verbunden und die LEDs an TX und RX sollten dauerhaft leuchten
ExpressLRS Optionen #
Per LUA-Script könnt ihr die Optionen, die ExpressLRS bietet, einstellen. Weitere Optionen sind möglich, können aber nur im Configurator eingestellt werden und setzen anschließend ein erneutes flashen der geupdateten firmware.bin beim TX und RX voraus.
In der obersten Zeile sehr ihr rechts die Zeichen 0:xxx. Die xxx stehen für die Zahl der Datenpakete pro Sekunde die von der Fernsteuerung korrekt beim Transmitter-Modul ankommen. Die Zahl sollte gleich der gesetzten Sendefrequenz sein (zum Beispiel 500 MHz). Niedrigere, andere oder stark schwankende Werte bedeuten, dass die heart-beat-Funktion (CrossfireShot) nicht korrekt funktioniert. Dies deutet auf eine fehlerhafte Konfiguration der Funkfernsteuerung hin (inverter-mod nötig? korrekte Baud-Rate gesetzt?). Schaut nochmal hier nach.
Pkt. Rate – Stellt die Senderate ein. Je höher die Senderate, desto schlechter wird der Empfang am Receiver sein. Nutzt die höchst mögliche Senderate, die für eure gewünschte Reichweite möglich ist. Der RSSI dBm Wert gibt die minimale Signalstärke an, die für einen Empfang von Signalen nötig ist. Eure RSSI Warnung sollte +10 dBm über diesem Wert liegen. Im Beispiel oben -105 dBm sollte also eine RSSI Warnung ab -95 dBm eingerichtet werden. Je niedriger eure Senderate desto niedriger auch der mögliche RSSI dBm und desto höher die Reichweite.
TLM Ratio – Gibt an aller wie vieler Pakete ein Telemetriepaket empfangen wird. Je höher die zweite Zahl, desto seltener wird ein Paket empfangen = Telemetrie wird seltener aktualisiert, aber die Performance des Steuersignals ist besser. Das Transmittermodul muss ein beim Senden ein Sendepaket weg lassen um Zeit zu haben ein Telemetriepaket zu empfangen. Je öfter es Pause macht, desto schneller und zuverlässiger werden die Telemetriedaten empfangen, aber desto öfter wird das Steuersignal zum Quadcopter unterbrochen. Für aufwendige LUA-Scripte wie das Betaflight-Script solltet ihr schnelle Telemetrie bevorzugen (TLM Ratio 1:2). Gerade die VTX-Tabelle benötigt lange zum initialen Laden, wird aber gecached und ist anschließend schneller verfügbar.
Power – Sendeleistung. Mehr bums, mehr Spaß. Aber denkt dran: alles über 25mW ist in Deutschland nicht erlaubt. Je höher die Sendeleistung desto mehr stört ihr andere Piloten in eurer Nähe. Meist sind 10mW ausreichend und bedeuten den stabilsten Link für alle beteiligten. Dank der LoRa Technologie sind keine hohen Sendeleistungen nötig. Die Verdopplung der Sendeleistung bring netto etwa 10% mehr Reichweite bei ExpressLRS.
(Anmerkung: Crossfire verwendet statt LoRa Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) und Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS). Was nun „besser“ ist, ist heftig umstritten.)
RF-Freq – Zeigt das verwendete Frequenzband an. Bei 2,4 GHz kann man nichts einstellen. Nutzt man 868 MHz muss man hier den korrekten Wert für seine Weltregion einstellen um nicht mit Handy-Sendemasten in Konflikt zu geraten.
Troubleshooting #
LED Blink-Codes EP1 und EP2 #
dauerhaftes Leuchten – Verbindung steht, alles ok
doppeltes Blinken – im Bind mode
langsames Blinken – keine Verbindung zum Transmitter-Modul
schnelles Blinken – im Update-Modus, Wlan-Hotspot ist aktiv – verbinden: Passwort lautet: expresslrs – Browser:
Transmitter Platine #
Das Design der Platine ist ein offizieller open source DIY Build. Das heißt auch andere „Hersteller“ oder verkaufte Hardware könnte diesem Layout entsprechen. Auf der Platine arbeiten 2 ESP-Chips. Einer betreibt das TX, der andere hängt als eine Art Rucksack dran. Dieser könnte zur Telemetrieübertragung an einen Laptop, Steuerungsautomatisierung oder andere Ideen verwendet werden. Da zwei Prozessoren aber nur ein USB-Anschluss vorhanden ist, kann man per Jumper wählen welcher Chip per USB angesprochen werden soll. Oben ist wie im Bild gezeigt oben, der JR-Bay-Anschluss ist unten rechts.
Als Auslieferungsstandard stecken die beiden Jumper (Brücken zwischen rechten und linkem Pin) auf den oberen beiden Pin-Reihen. Dies verbindet beide Prozessoren, sodass Wlan-Update und eine Kommunikation zwischen den beiden stattfinden kann.
In der mittleren Position (Reihe 3 und 4) kann der Backpack ESP per USB geflasht werden.
In der unteren Position (Reihe 5 und 6) kann der TX ESP per USB geflasht werden. Diese Position wird benötigt wenn das Transmittermodul eine aktuelle Firmware oder neue Einstellungen per „via_UART“ im Configurator überspielt bekommen soll.
Eine typische Fehlerquelle für Verbindungsabbrüche ist der JR-Pin-Connector. Hier halten die Pins des JR-Bays der Funkfernsteuerung oft nur auf den letzten Millimeter. Für manche Fernsteuerungen mit kurzen Pins müssen an der Gehäuse-Unterseite des Transmitter-Moduls die Halter, an denen die Platine angeschraubt wird, etwas gekürzt werden (nutzt einen Drahtschneider) und die Konnektoren an den Pins etwas nachgebogen werden um guten Kontakt zu bieten. Nutzt einen kleinen Schlitz-Schraubendreher um die runden Klammern im Konnektor (roter Kreis im Bild oben) leicht nach unten zu drücken. Entfernt den Schaumstoff zwischen Platine und Gehäuse-Unterseite, da der den Konnektor leicht nach oben drückt. Schließt eine Antenne an und testet ohne Gehäuse-Oberseite ob die Platine guten Kontakt zu den JR-Bay-Pins hat.
Bricked Receiver wiederbeleben (Boot-Pad, FTDI UART flash) #
Der Receiver will partout nicht binden, Dauerleuchten ohne Verbindung, Fehler anderer Art und ihr bekommt die Firmware nicht neu aufgespielt, dann ist der Receiver wahrscheinlich gebricked. Das heißt der hat falsche Einstellungen oder eine fehlerhafte Firmware im Speicher. Sollte hardwareseitig alles ok sein hier die Anleitung ihn wiederzubeleben. Besorgt euch einen FTDI Adapter mit einem echten FTDI Chip der 3,3v unterstützt. Diese gibt es für 10€ überall im Internet, die Spezifikationen haben die Händler auf der Homepage.
- Lötet den Receiver vom Quad komplett ab und lötet den FTDI Adapter an. VCC (3,3V) an +, GND an GND, RX an TX, TX an RX.
- ggf. vorhandene Jumper sollten so stehen, dass TX mit 3,3v Spannung sendet
- Sucht das Boot-Pad – meist direkt neben dem GND Pad des Receivers – Verbindet GND und Boot-Pad mit einer Lötbrücke oder einem Kabel
- reinigt den Receiver mit Ethanol o.ä., Fluxreste oder Lötzinnkügelchen machen Ärger
- Verbindet den FTDI Adapter mit dem PC, stellt sicher das die Treiber installiert sind (meist Plug’n’Play) und ein COM-Port erscheint
- Öffnet den ExpressLRS Configurator und flasht mit dem korrekten Target mit der Option „UART“
- wartet, nachdem der Configurator „Success“ gemeldet hat noch ca. 20 Sekunden, dann zieht den FTDI Adapter vom PC ab
- entfernt die Lötbrücke zwischen Boot-Pad und GND. Lötet den Receiver am Quadcopter an. Achtet auf Lötkügelchen und reinigt ggf. Fluxreste vom Receiver.
Sollte dennoch keine Verbindung möglich sein gibt es viele Helfer auf dem Discord Server.
Störungen in Feed-Forward #
Für Sendefrequenzen von 500Hz ist Betaflight 4.2.x nicht programmiert. RC-Smoothing und die RC Step-Anzahl müssen angepasst werden. Hierzu sind neue Verarbeitungsberechnungen notwendig. Wenn ihr 500hz nutzen wollt müsst ihr auf einen aktuellen Betaflight nightly Build wechseln. Derzeit werden noch viele neue Funktionen wie RC jitter reduction und RC Smoothing mit PT3 Filtern eingearbeitet.
Das ist euch zu kompliziert? Kann ich verstehen. Nutzt folgende konservative Einstellungen für Betaflight 4.2.x, auch wenn sie derzeit nicht die maximale Performance bieten:
set ff_smooth_factor = 50 set ff_interpolated_sp = AVERAGED_2
Sind immer noch viele Störungen im Feed Forward Signal so ist es möglich auf 250Hz Update-Rate zu wechseln.
Für maximale Performance unter Betaflight 4.2.x würde ich folgende Einstellungen empfehlen:
set ff_interpolate_sp = on set ff_smooth_factor = 37
Für Betaflight 4.3 nightly build werden folgende Einstellungen empfohlen (kann sich noch ändern):
# racing, fast freestyle, 500Hz set feedforward_smoothing = 66 set feedforward_interpolate = 2 # general, 250hz set feedforward_smoothing = 33 set feedforward_interpolate = 2
Weitere Infos #
Oscar Liang hat eine schöne Zusammenfassung geschrieben: https://oscarliang.com/setup-expresslrs-2-4ghz/