التغلب على التحديات في التحكم على مستوى البكسل بتردد 2.4 جيجاهرتز لأساور المعصم المزودة بمصابيح LED

من فريق لونغستار جيفتس

في شركة لونغستار غيفتس، نعمل حاليًا على تطوير نظام تحكم دقيق على مستوى البكسل بتردد 2.4 جيجاهرتز لأساور LED الخاصة بنا المتوافقة مع بروتوكول DMX، والمصممة للاستخدام في الفعاليات الحية واسعة النطاق. رؤيتنا طموحة: التعامل مع كل فرد من الجمهور كبكسل في شاشة عرض بشرية ضخمة، مما يتيح عرض رسوم متحركة ملونة متزامنة، ورسائل، وأنماط إضاءة ديناميكية في جميع أنحاء الحشد.

تشارك هذه المدونة البنية الأساسية لنظامنا، والتحديات التي واجهناها - لا سيما في تداخل الإشارات وتوافق البروتوكول - وتفتح دعوة للمهندسين ذوي الخبرة في اتصالات الترددات اللاسلكية وشبكات المش لمشاركة الأفكار أو الاقتراحات.

مفهوم هندسة وتصميم النظام

يعتمد نظامنا على بنية هجينة تجمع بين "بنية النجمة والبث القائم على المناطق". يستخدم المتحكم المركزي وحدات ترددات لاسلكية بتردد 2.4 جيجاهرتز لبث أوامر التحكم لاسلكيًا إلى آلاف الأساور المزودة بمصابيح LED. لكل سوار معرّف فريد وتسلسلات إضاءة مُحمّلة مسبقًا. عند تلقيه أمرًا مطابقًا لمعرّف مجموعته، يقوم بتفعيل نمط الإضاءة المناسب.

لتحقيق تأثيرات المشهد الكامل مثل الرسوم المتحركة الموجية، والتدرجات اللونية القائمة على الأقسام، أو النبضات المتزامنة مع الموسيقى، يتم تقسيم الجمهور إلى مناطق (على سبيل المثال، حسب منطقة الجلوس، أو مجموعة الألوان، أو الوظيفة). تتلقى هذه المناطق إشارات تحكم موجهة عبر قنوات منفصلة، ​​مما يسمح برسم خرائط دقيقة على مستوى البكسل ومزامنتها.

تم اختيار تردد 2.4 جيجاهرتز لتوافره العالمي، واستهلاكه المنخفض للطاقة، وتغطيته الواسعة، ولكنه يتطلب آليات توقيت ومعالجة أخطاء دقيقة. نعمل على تطبيق أوامر مُؤرَّخة ومزامنة نبضات القلب لضمان تنفيذ كل سوار معصم للتأثيرات بشكل متزامن.

حالات الاستخدام: إضاءة الحشد

صُمم نظامنا خصيصاً للبيئات ذات التأثير الكبير، مثل الحفلات الموسيقية والملاعب الرياضية والعروض الاحتفالية. في هذه الأماكن، يتحول كل سوار معصم مزود بتقنية LED إلى بكسل مضيء، محولاً الجمهور إلى شاشة LED متحركة.

هذا ليس سيناريو افتراضياً، فقد استخدم فنانون عالميون مثل كولدبلاي وتايلور سويفت مؤثرات إضاءة مماثلة في جولاتهم العالمية، مما أدى إلى تفاعل عاطفي هائل وتأثير بصري لا يُنسى. يمكن للأضواء المتزامنة أن تتناغم مع الإيقاع، أو تُنشئ رسائل متناسقة، أو تتفاعل في الوقت الفعلي مع العروض الحية، مما يجعل كل حاضر يشعر وكأنه جزء من العرض.

التحديات التقنية الرئيسية

1. تداخل إشارة 2.4 جيجاهرتز

يُعرف نطاق التردد 2.4 جيجاهرتز بازدحامه الشديد، حيث يتشارك عرض النطاق الترددي مع شبكات الواي فاي والبلوتوث والزيجبي، بالإضافة إلى عدد لا يحصى من الأجهزة اللاسلكية الأخرى. وفي أي حفل موسيقي أو ملعب، تمتلئ الموجات اللاسلكية بتداخلات من هواتف الجمهور الذكية، وأجهزة توجيه الشبكة، وأنظمة الصوت التي تعمل بتقنية البلوتوث.

وهذا يخلق مخاطر تداخل الإشارات، أو فقدان الأوامر، أو زمن الاستجابة الذي يمكن أن يفسد التأثير المتزامن المطلوب.

2. توافق البروتوكول

على عكس المنتجات الاستهلاكية القياسية، غالباً ما تستخدم أساور المعصم وأجهزة التحكم المزودة بتقنية LED المخصصة بروتوكولات اتصال خاصة. وهذا يؤدي إلى تجزئة البروتوكولات، حيث قد لا تتعرف الأجهزة المختلفة على بعضها البعض، ويصبح دمج أنظمة التحكم الخارجية أمراً صعباً.

علاوة على ذلك، عند تغطية حشود كبيرة باستخدام محطات أساسية متعددة، يمكن أن يصبح التداخل عبر القنوات، وتعارض العناوين، وتداخل الأوامر مشكلات خطيرة - خاصة عندما يتعين على آلاف الأجهزة الاستجابة بتناغم، وفي الوقت الفعلي، وعلى طاقة البطارية.

ما جربناه حتى الآن

للتخفيف من التداخل، اختبرنا تقنية القفز الترددي (FHSS) وتقسيم القنوات، حيث خصصنا محطات أساسية مختلفة لقنوات غير متداخلة في جميع أنحاء المكان. يبث كل جهاز تحكم الأوامر بشكل متكرر، مع إجراء فحوصات CRC لضمان الموثوقية.

من جانب الجهاز، تستخدم الأساور وحدات راديو منخفضة الطاقة تستيقظ دوريًا، وتتحقق من وجود أوامر، وتُنفذ تأثيرات الإضاءة المُحمّلة مسبقًا فقط عند تطابق مُعرّف المجموعة. ولضمان مزامنة الوقت، قمنا بتضمين الطوابع الزمنية ومؤشرات الإطارات في الأوامر لضمان عرض كل جهاز للتأثيرات في اللحظة الصحيحة، بغض النظر عن وقت استلامه للأمر.

في الاختبارات الأولية، استطاع جهاز تحكم واحد بتردد 2.4 جيجاهرتز تغطية مساحة نصف قطرها عدة مئات من الأمتار. ومن خلال وضع أجهزة إرسال ثانوية على جانبي المكان، حسّنا موثوقية الإشارة وقللنا من المناطق التي لا تصلها الإشارة. ومع تشغيل أكثر من 1000 سوار معصم في وقت واحد، حققنا نجاحًا مبدئيًا في تشغيل التدرجات اللونية والرسوم المتحركة البسيطة.

ومع ذلك، فإننا نعمل الآن على تحسين منطق تخصيص المناطق واستراتيجيات إعادة الإرسال التكيفية لتحسين الاستقرار في سيناريوهات العالم الحقيقي.

—— ...

دعوة للتعاون

بينما نعمل على تحسين نظام التحكم بالبكسل الخاص بنا تمهيداً لنشره على نطاق واسع، نتواصل مع المجتمع التقني. إذا كانت لديكم خبرة في:

• تصميم بروتوكول الترددات اللاسلكية 2.4 جيجاهرتز

• استراتيجيات تخفيف التداخل

• أنظمة شبكات لاسلكية خفيفة الوزن ومنخفضة الطاقة، سواء كانت شبكات متداخلة أو شبكات نجمية

• مزامنة الوقت في أنظمة الإضاءة الموزعة

—يسعدنا أن نسمع منك.

هذا ليس مجرد حل للإضاءة، بل هو محرك تجربة غامرة في الوقت الفعلي يربط آلاف الأشخاص من خلال التكنولوجيا.

لنبني معًا شيئًا رائعًا.

— فريق لونغستار جيفتس