2,4 GHz pikselių lygio valdymo LED apyrankėms iššūkių įveikimas

„LongstarGifts“ komanda

„LongstarGifts“ šiuo metu kuriame 2,4 GHz pikselių lygio valdymo sistemą savo su DMX suderinamoms LED apyrankėms, skirtoms naudoti didelio masto gyvuose renginiuose. Vizija ambicinga: kiekvieną auditorijos narį traktuoti kaip pikselį didžiuliame žmogaus ekrane, įgalinant sinchronizuotas spalvų animacijas, pranešimus ir dinaminius šviesos modelius visoje minioje.

Šiame tinklaraščio įraše aptariama pagrindinė mūsų sistemos architektūra, iššūkiai, su kuriais susidūrėme, ypač signalų trukdžių ir protokolų suderinamumo srityje, ir kviečiami radijo dažnių ryšio ir tinklinių tinklų srityje patyrę inžinieriai pasidalyti įžvalgomis ar pasiūlymais.

Sistemos architektūra ir projektavimo koncepcija

Mūsų sistema veikia hibridine „žvaigždinės topologijos + zoninio transliavimo“ architektūra. Centrinis valdiklis naudoja 2,4 GHz radijo dažnių modulius, kad belaidžiu būdu transliuotų valdymo komandas tūkstančiams LED apyrankių. Kiekviena apyrankė turi unikalų ID ir iš anksto įkeltas apšvietimo sekas. Gavusi komandą, atitinkančią jos grupės ID, ji įjungia atitinkamą šviesos modelį.

Norint pasiekti viso scenos efektus, tokius kaip bangų animacijos, sekcijomis pagrįsti gradientai arba su muzika sinchronizuoti impulsai, minia suskirstoma į zonas (pvz., pagal sėdėjimo vietą, spalvų grupę arba funkciją). Šios zonos gauna tikslinius valdymo signalus per atskirus kanalus, o tai leidžia tiksliai atvaizduoti ir sinchronizuoti pikselių lygmeniu.

2,4 GHz dažnis buvo pasirinktas dėl pasaulinio prieinamumo, mažo energijos suvartojimo ir plataus aprėpties lygio, tačiau jam reikalingi patikimi laiko nustatymo ir klaidų apdorojimo mechanizmai. Įdiegiame laiko žymomis pažymėtas komandas ir širdies ritmo sinchronizavimą, kad užtikrintume, jog kiekviena apyrankė sinchroniškai vykdytų efektus.

Naudojimo atvejai: minios apšvietimas

Mūsų sistema sukurta didelio poveikio aplinkoms, tokioms kaip koncertai, sporto arenos ir festivalių pasirodymai. Šiose aplinkose kiekviena LED apyrankė tampa šviesą skleidžiančiu pikseliu, paverčiančiu auditoriją animuotu LED ekranu.

Tai nėra hipotetinis scenarijus – tokie pasaulinio garso atlikėjai kaip „Coldplay“ ir „Taylor Swift“ savo pasauliniuose turuose naudojo panašius minios apšvietimo efektus, sukeldami didžiulį emocinį įsitraukimą ir nepamirštamą vaizdinį įspūdį. Sinchronizuoti žibintai gali derėti prie ritmo, kurti suderintus pranešimus arba reaguoti realiuoju laiku į gyvus pasirodymus, todėl kiekvienas dalyvis pasijunta esąs šou dalimi.

Pagrindiniai techniniai iššūkiai

1. 2,4 GHz signalo trukdžiai

2,4 GHz spektras yra pagarsėjęs savo perpildymu. Jis dalijasi pralaidumu su „Wi-Fi“, „Bluetooth“, „Zigbee“ ir daugybe kitų belaidžių įrenginių. Bet kuriame koncerte ar stadione eteryje gausu trukdžių, kuriuos sukelia žiūrovų išmanieji telefonai, renginio vietos maršrutizatoriai ir „Bluetooth“ garso sistemos.

Dėl to kyla signalo susidūrimo, prarastų komandų ar delsos rizika, galinti sugadinti norimą sinchronizacijos efektą.

2. Protokolų suderinamumas

Skirtingai nuo standartizuotų vartojimo prekių, individualiai pritaikytos LED apyrankės ir valdikliai dažnai naudoja patentuotus ryšio paketus. Dėl to protokolas susiskaidomas – skirtingi įrenginiai gali nesuprasti vienas kito, o trečiųjų šalių valdymo sistemų integravimas tampa sudėtingas.

Be to, kai didelės minios yra aprėpiamos keliomis bazinėmis stotimis, kanalų trukdžiai, adresų konfliktai ir komandų dubliavimas gali tapti rimtomis problemomis, ypač kai tūkstančiai įrenginių turi reaguoti harmoningai, realiuoju laiku ir naudodami bateriją.

Ką mes iki šiol bandėme

Siekdami sumažinti trukdžius, išbandėme dažnio šuoliavimą (FHSS) ir kanalų segmentavimą, priskirdami skirtingas bazines stotis nepersidengiantiems kanalams visoje vietoje. Kiekvienas valdiklis transliuoja komandas pertekliniu būdu, atlikdamas CRC patikras patikimumui užtikrinti.

Kalbant apie įrenginį, apyrankėse naudojami mažos galios radijo moduliai, kurie periodiškai atsibunda, tikrina komandas ir vykdo iš anksto įkeltus šviesos efektus tik tada, kai grupės ID sutampa. Laiko sinchronizavimui į komandas įterpėme laiko žymas ir kadrų indeksus, kad kiekvienas įrenginys atliktų efektus tinkamu momentu, nepriklausomai nuo to, kada gavo komandą.

Ankstyvųjų bandymų metu vienas 2,4 GHz valdiklis galėjo aprėpti kelių šimtų metrų spindulį. Pastatę antrinius siųstuvus priešingose ​​​​renginio pusėse, pagerinome signalo patikimumą ir pašalinome akląsias zonas. Vienu metu veikdami daugiau nei 1000 apyrankių, sėkmingai bėgome nuolydžiais ir paprastomis animacijomis.

Tačiau dabar optimizuojame zonų priskyrimo logiką ir adaptyvias pakartotinio perdavimo strategijas, kad pagerintume stabilumą realiomis sąlygomis.

————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————-

Kvietimas bendradarbiauti

Tobulindami pikselių valdymo sistemą masiniam diegimui, kreipiamės į techninę bendruomenę. Jei turite patirties:

• 2,4 GHz radijo dažnių protokolo dizainas

• Trikdžių mažinimo strategijos

• Lengvos, mažai energijos vartojančios belaidės tinklinio arba žvaigždės formos tinklo sistemos

• Laiko sinchronizavimas paskirstytose apšvietimo sistemose

– mielai išgirstume jūsų nuomonę.

Tai ne tik apšvietimo sprendimas – tai realaus laiko, įtraukiančios patirties variklis, kuris per technologijas sujungia tūkstančius žmonių.

Sukurkime kartu kažką nuostabaus.

— „LongstarGifts“ komanda