Ультралёгкий автономный квадрокоптер (до 250 г) на ArduPilot с управлением по ExpressLRS

1. Введение и цели

Что собираем

Собираем компактный квадрокоптер весом до 250 г: ставим ArduPilot, подключаем ExpressLRS, настраиваем режимы удержания, миссии и управляемые полёты. Дополнительно настраиваем полноценную MAVLink-телеметрию через ExpressLRS AirPort.

Зачем sub-250

Sub-250 платформа удобна для обучения и экспериментов: проще безопасно отрабатывать Stabilize, AltHold, Loiter, а также автономные сценарии и миссии.

Места под скриншоты

2. Комплектующие

Список компонентов

• Стек: Speedybee F405 mini stack (FC + ESC).

• Моторы: 4 × малые Darwin FPV.

• Навигация: GPS-модуль и компас.

• Радиоуправление: ExpressLRS (при необходимости — два комплекта для разделения управления и телеметрии).

• Питание: батарея 3S Li-ion, разъём XT30, конденсатор.

• Опционально: 5V RGB-лента, камера Runcam, 3D-печатные элементы (крышка стека, крепления).

Логика выбора

Держим фокус на двух целях: минимальный вес и адекватная стоимость. Для sub-250 сборок выбираем мини-стек, компактную раму и лёгкие периферийные модули, а затем аккуратно укладываем проводку и крепёж.

3. Рама: тест материалов и выбор

Какие материалы протестированы

Перед финальным выбором рамы проводим тесты по пластикам и лёгким листовым материалам. Проверяем три параметра: вес, жёсткость (прогиб) и живучесть при падениях/ударах.

Выбранный пластик: CF Nylon

Если рама печатается, выбираем carbon fiber nylon: он получается достаточно лёгким и при этом заметно более прочным и «жёстким» по сравнению с обычными пластиками.

Финальный вариант: карбон

Для максимальной жёсткости берём карбон. Да, он может быть на несколько граммов тяжелее пластиковой версии, но выигрыш по жёсткости критичен для стабильности и предсказуемого поведения в режимах удержания.

5. Механическая сборка

Установка моторов и крепёж M2

Прикручиваем моторы. 

Монтаж GPS и антенны ELRS

Крепим GPS спереди на двусторонний вспененный скотч. Сзади фиксируем антенну приёмника ExpressLRS.

6. Пайка и компоновка стека (ESC + FC)

Пайка моторов к ESC

Ставим ESC на стойки (длинные винты M2) и припаиваем провода моторов к площадкам ESC. Провода укладываем так, чтобы они не тёрлись о пропеллеры и не пережимались рамой.

XT30 и конденсатор

Припаиваем разъём XT30 и конденсатор (для сглаживания всплесков напряжения). Размещаем конденсатор так, чтобы он не мешал ремню батареи и не попадал под винты.

Сборка стека ESC+FC

Ставим полётный контроллер поверх ESC и соединяем комплектным шлейфом/проводами. Фиксируем стек самоконтрящимися гайками.

7. Прошивка ArduPilot и порядок действий для ESC

Сначала проверяем ESC (Betaflight/BLHeli)

Сначала убеждаемся, что ESC настроены корректно. Если плата новая и на ней стоит Betaflight, подключаемся и проверяем направление вращения моторов. Если направление неправильное — перепаиваем один из проводов от ESC на мотор или перепрограммируем ESC через BLHeli , AM32 или подобную утилиту и только после этого ставим ArduPilot.

!: проверку моторов выполняем строго без пропеллеров.

Прошиваем ArduPilot через DFU

Скачиваем нужный .hex для контроллера, открываем STM32CubeProgrammer и переводим плату в режим DFU (кнопкой на плате). Проверяем, что ПК видит устройство как STM32 bootloader. Затем нажимаем Connect, выбираем .hex и жмём Download. Дожидаемся завершения прошивки.

Прошивка ArduPilot (шаги):
1) Скачиваем .hex под конкретный контроллер
2) Открываем STM32CubeProgrammer
3) Переводим FC в DFU (кнопка на плате)
4) Проверяем STM32 bootloader в системе
5) Connect → выбираем .hex → Download
6) Перезагружаем контроллер

Подключаем ELRS, GPS и компас

Припаиваем приёмник ExpressLRS, подключаем GPS и компас к нужным портам. Перед пайкой открываем распиновку конкретного FC и распиновку конкретных модулей (UART, питание, уровни сигналов), затем проверяем соединения мультиметром.

8. Вес и питание

Контроль массы

Фиксируем стек самоконтрящимися гайками, добавляем ремень-липучку. Взвешиваем сборку без батареи и с батареей, чтобы убедиться, что остаёмся ниже 250 г.

9. ExpressLRS: прошивка и привязка (TX/RX)

Configurator: версия > 3.3 и Wi‑Fi flashing

Открываем ExpressLRS Configurator, выбираем прошивку для передатчика и приёмника. Ставим релиз версии выше 3.3 и выбираем метод WiFi flashing. Генерируем два файла и переносим их на телефон.

Подробно о процедурах выбора и обновления прошивок ELRS можно прочитать ЗДЕСЬ

Привязка и проверка соединения

Ждём около 60 секунд (или вручную включаем Wi‑Fi), подключаемся телефоном к каждому модулю и загружаем сгенерированные файлы. На обоих устройствах задаём одинаковый пароль. После успешной привязки получаем сообщение о соединении на передатчике и постоянный индикатор на приёмнике.

10. ArduPilot: базовая настройка в Mission Planner

Frame X и ориентация HRS

Открываем Mission Planner и ставим тип рамы X.

Проверяем ориентацию: AHRS_Orientation = 0 если контроллер установлен «вперёд».

Initial Tune под 3" и 3S

Во вкладке Initial Tune Parameter выбираем профиль под 3-дюймовые пропеллеры и батарею 3S (Li-ion).

Калибровки

Калибруем акселерометр: кладём дрон на каждую ось по очереди.

Затем калибруем компас: вращаем дрон по осям до заполнения зелёной шкалы.

GPS serial port

Перезагружаем контроллер и настраиваем GPS serial port. 

Проверяем, что статус меняется с No GPS на No Fix при корректной конфигурации.

Radio Calibration и Flight Modes

Настраиваем параметры, чтобы ExpressLRS корректно работал с ArduPilot.

Затем открываем Radio Calibration и калибруем: двигаем стики, переключатели и потенциометры, чтобы записать в прошивку минимум/максимум/середину показателей сигналов каналов аппаратуры .

Назначаем 3-позиционный переключатель на канал Flight Mode (fltmode_ch)

и ставим режимы для первых полётов: Stabilize, Alt Hold, Loiter. Проверяем, что переключение реально меняет режим.

Failsafe и арминг

Назначаем 2-позиционный переключатель для Arm/Disarm.

Если есть дополнительные переключатели — назначаем отдельный для посадки (Land Mode).

Настраиваем Failsafe: что делать при низком заряде батареи и при потере сигнала передатчика.

11. Моторы, пропеллеры и первый полёт

Servo Output и Motor Test

Во вкладке Servo Output сопоставляем выходы и моторы, затем проверяем во вкладке Motor Test. Используем порядок:

Сопоставление моторов:
Motor A — передний правый
Motor B — задний правый
Motor C — задний левый
Motor D — передний левый

ESC calibration и DSHOT300

Если моторы крутятся заметно по-разному и у вас протокол OneShot — выполните калибровку ESC.

Для протоколов DShot ESC калибровка не требуется.

Пропеллеры и проверка тяги

Ставим пропеллеры. Для первого вылета используем 3-дюймовые трёхлопастные — так проще получить стабильность. Для эффективности позже меняем на двухлопастные.

Перед вылетом обязательно проверяем, что каждый пропеллер даёт тягу вниз.

Stabilize, AltHold, Loiter, Land

• Делаем первый вылет: взлетаем в Stabilize (тумблер CH9 в положение 1)
• Проверяем AltHold. CH9 -> 2
• После уверенного GPS-фикса включаем Loiter (CH9 -> 3) и проверяем удержание позиции. Завершаем полёт через Land.

12. Телеметрия: MAVLink через ExpressLRS AirPort

Зачем MAVLink

Чтобы настраивать параметры «на месте», видеть живые данные датчиков, работать с миссиями и режимом Guided, включаем полноценную MAVLink-телеметрию.

Включаем AirPort и настраиваем порт MAVLink

Функция AirPort подробно.  

Внимание! Важно: С добавлением поддержки MAVLink в ELRS 3.5 больше нет необходимости использовать AirPort для MAVLink-телеметрии. Для дополнительной информации читай MAVLink.

Включаем функцию AirPort  на уже установленных ELRS передатчике и приёмнике, снова подключившишь к ним по WiFi: ставим галочку Use AirPort и выставляем одинаковый UART baud на обоих устройствах.

Затем в параметрах ArduPilot для serial-порта приёмника переключаем протокол с RCIN на MAVLink и выставляем тот же baud, который использует AirPort.

AirPort + MAVLink (схема):
1) TX/RX: Use AirPort = ON, UART baud одинаковый
2) ArduPilot: protocol RCIN → MAVLink
3) ArduPilot: baud rate = как в AirPort

Подключаем Mission Planner по USB

Подключаем LRS-передатчик к телефону/планшету по USB. Переключатели на задней стороне ставим в положение для «flashing», иначе соединение не поднимется.

В Mission Planner выбираем USB-устройство и тот же baud, нажимаем Connect. Если начинается загрузка параметров — телеметрия работает.

Решаем конфликт «телеметрия vs управление»

Если один линк занят телеметрией, добавляем отдельный канал управления. Самый практичный вариант — второй комплект ExpressLRS на другой частоте (например, 868 MHz), чтобы разнести управление и телеметрию.

13. Два ExpressLRS + наземная станция

Второй линк (868 MHz) для управления

Ставим второй приёмник ExpressLRS (868 MHz) для управления: припаиваем его к UART3 и фиксируем снизу рамы.

Настраиваем модуль так, чтобы управление работало независимо от телеметрийного канала.

RGB, крышка стека, камера

Печатаем крышку стека и крепим 5V RGB-ленту: так дрон лучше видно, а цвет можно использовать как индикацию armed/disarmed. Устанавливаем крепление и камеру Runcam для записи полётов.

Крепление: 2 модуля + планшет

Делаем наземную станцию: печатаем крепление на аппаратуру и ставим два ELRS-модуля плюс планшет (например, 10"). Подключаемся к дрону, ждём загрузку параметров и проверяем, что одновременно работают RC-каналы и телеметрия.

14. Автономия: geofence, миссия, Throw, Circle, Flip, Guided, Smart RTL

Рисуем geofence и строим миссию

Открываем вкладку Plan в Mission Planner. Рисуем geofence вокруг безопасной зоны полёта (например, пустого поля), чтобы удержать дрон в пределах.

Затем создаём waypoints и задаём высоту (например, около 40 м). В конце миссии добавляем возврат и посадку.

Throw: параметры и запуск

Настраиваем запуск броском: выставляем параметры для Throw так, чтобы после броска дрон переходил в Auto и выполнял миссию.

Throw (параметры):
throw_nextmode = (3) auto
throw_type      = 0

Пишем параметры в контроллер, записываем миссию. Перед стартом убеждаемся, что арминг проходит, GPS работает стабильно, телеметрия подключена. Затем включаем Throw, кидаем дрон "в небо" и контролируем его переход в Auto.

Проверяем fence: Loiter/AltHold/RTL

Проверяем, как работает fence. В Loiter пробуем подвести дрон к границе и убеждаемся, что пересечь её нельзя. Затем проверяем поведение в Alt Hold: пересекаем линию и наблюдаем автоматическую реакцию (например, активацию RTL и возврат).

Circle и Flip

Проверяем «развлекательные» режимы. Включаем Circle и получаем облёт по кругу. В Alt Hold переключаемся в Flip и выполняем автоматический переворот.

Guided: летим по тапу на карте

Включаем Guided при активной MAVLink-телеметрии. На карте выбираем точку, задаём высоту (например, 40 м) и отправляем команду «лететь сюда». Затем аналогично возвращаем дрон ближе к себе и по завершении выбираем RTL, чтобы дрон снизился к точке старта.

15. Итоги и чек-лист самопроверки

Итог

Получаем лёгкий и функциональный квадрокоптер: можно учиться летать, тестировать автономию, строить миссии и управлять полётом с карты. Сборку удобно расширять: добавлять камеры, подсветку, менять винты и батареи, улучшать телеметрию.

Типичные ошибки

Чек-лист перед вылетом

• Проверяем крепёж моторов, состояние резьбы, отсутствие люфтов.
• Проверяем пайку питания, полярность, конденсатор, крепление XT30.
• Проверяем прошивку ArduPilot, подключение к Mission Planner.
• Ставим X-раму и корректную HRS orientation.
• Калибруем акселерометр и компас (лучше на улице).
• Проверяем GPS-порт и статус фикса.
• Калибруем радио, назначаем режимы Stabilize/Alt Hold/Loiter.
• Назначаем arming и настраиваем Failsafe.
• Проверяем Servo Output и Motor Test без пропеллеров.
• Ставим пропеллеры и проверяем тягу вниз.

Практика