Surmonter les défis liés au contrôle au niveau pixel à 2,4 GHz pour les bracelets LED

Par l'équipe de LongstarGifts

Chez LongstarGifts, nous développons actuellement un système de contrôle au niveau du pixel, fonctionnant à 2,4 GHz, pour nos bracelets LED compatibles DMX, conçus pour les événements en direct de grande envergure. Notre vision est ambitieuse : faire de chaque spectateur un pixel d’un écran géant humain, permettant ainsi la diffusion synchronisée d’animations colorées, de messages et de jeux de lumière dynamiques au sein de la foule.

Cet article de blog présente l'architecture de base de notre système, les défis que nous avons rencontrés (notamment en matière d'interférences de signal et de compatibilité des protocoles) et invite les ingénieurs expérimentés en communication RF et en réseaux maillés à partager leurs idées ou suggestions.

Concept d'architecture et de conception du système

Notre système repose sur une architecture hybride combinant topologie en étoile et diffusion par zones. Le contrôleur central utilise des modules RF 2,4 GHz pour diffuser sans fil des commandes à des milliers de bracelets LED. Chaque bracelet possède un identifiant unique et des séquences lumineuses préchargées. Lorsqu'il reçoit une commande correspondant à son identifiant de groupe, il active le motif lumineux correspondant.

Pour obtenir des effets d'ensemble tels que des animations de vagues, des dégradés par section ou des pulsations synchronisées avec la musique, la foule est divisée en zones (par exemple, par emplacement, groupe de couleur ou fonction). Ces zones reçoivent des signaux de contrôle ciblés via des canaux distincts, permettant un mappage et une synchronisation précis au niveau du pixel.

La fréquence 2,4 GHz a été choisie pour sa disponibilité mondiale, sa faible consommation d'énergie et sa large couverture, mais elle exige des mécanismes robustes de synchronisation et de gestion des erreurs. Nous mettons en œuvre des commandes horodatées et une synchronisation par battement cardiaque afin de garantir que chaque bracelet exécute les effets de manière synchronisée.

Cas d'utilisation : Éclairer la foule

Notre système est conçu pour les environnements à fort impact tels que les concerts, les stades et les festivals. Dans ces contextes, chaque bracelet LED devient un pixel lumineux, transformant le public en un écran LED animé.

Il ne s'agit pas d'un scénario hypothétique : des artistes internationaux comme Coldplay et Taylor Swift ont utilisé des effets lumineux similaires lors de leurs tournées mondiales, suscitant une forte émotion et un impact visuel inoubliable. Ces lumières synchronisées peuvent suivre le rythme de la musique, créer des messages coordonnés ou réagir en temps réel aux performances en direct, donnant à chaque spectateur l'impression d'être pleinement intégré au spectacle.

Principaux défis techniques

1. Interférences du signal 2,4 GHz

La bande de fréquences 2,4 GHz est notoirement saturée. Elle partage sa bande passante avec le Wi-Fi, le Bluetooth, le Zigbee et d'innombrables autres appareils sans fil. Lors de concerts ou dans les stades, les ondes sont constamment perturbées par les interférences des smartphones du public, des routeurs de la salle et des systèmes audio Bluetooth.

Cela crée des risques de collision de signaux, de commandes perdues ou de latence qui peuvent ruiner l'effet synchronisé souhaité.

2. Compatibilité du protocole

Contrairement aux produits grand public standardisés, les bracelets et contrôleurs LED personnalisés utilisent souvent des protocoles de communication propriétaires. Il en résulte une fragmentation des protocoles : différents appareils peuvent ne pas être compatibles entre eux, et l’intégration de systèmes de contrôle tiers s’avère complexe.

De plus, lors de la couverture de grandes foules avec plusieurs stations de base, les interférences entre canaux, les conflits d'adresses et les chevauchements de commandes peuvent devenir de sérieux problèmes, en particulier lorsque des milliers d'appareils doivent répondre en harmonie, en temps réel et sur batterie.

Ce que nous avons essayé jusqu'à présent

Pour limiter les interférences, nous avons testé le saut de fréquence (FHSS) et la segmentation des canaux, en attribuant différentes stations de base à des canaux non chevauchants sur l'ensemble du site. Chaque contrôleur diffuse des commandes de manière redondante, avec des contrôles CRC pour garantir la fiabilité.

Côté appareil, les bracelets utilisent des modules radio basse consommation qui s'activent périodiquement, vérifient les commandes et exécutent les effets lumineux préchargés uniquement lorsque l'identifiant du groupe correspond. Pour la synchronisation temporelle, nous avons intégré des horodatages et des index d'images dans les commandes afin que chaque appareil affiche les effets au bon moment, indépendamment de l'heure de réception de la commande.

Lors des premiers tests, une seule télécommande 2,4 GHz pouvait couvrir un rayon de plusieurs centaines de mètres. En plaçant des émetteurs secondaires de part et d'autre de la salle, nous avons amélioré la fiabilité du signal et éliminé les zones d'ombre. Avec plus de 1 000 bracelets fonctionnant simultanément, nous avons obtenu des résultats concluants avec la réalisation de dégradés et d'animations simples.

Cependant, nous optimisons actuellement notre logique d'attribution de zones et nos stratégies de retransmission adaptatives afin d'améliorer la stabilité dans des scénarios réels.

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Appel à la collaboration

Dans le cadre du développement de notre système de contrôle des pixels en vue d'un déploiement à grande échelle, nous sollicitons l'aide de la communauté technique. Si vous avez de l'expérience dans les domaines suivants :

• Conception du protocole RF 2,4 GHz

• stratégies d'atténuation des interférences

• systèmes de réseau maillé ou en étoile sans fil légers et à faible consommation

• Synchronisation temporelle dans les systèmes d'éclairage distribués

—Nous serions ravis d'avoir de vos nouvelles.

Il ne s'agit pas simplement d'une solution d'éclairage, mais d'un moteur d'expérience immersive en temps réel qui connecte des milliers de personnes grâce à la technologie.

Construisons ensemble quelque chose de brillant.

— L'équipe LongstarGifts