Depășirea provocărilor în controlul la nivel de pixel de 2,4 GHz pentru brățările cu LED-uri

De la echipa LongstarGifts

La LongstarGifts, dezvoltăm în prezent un sistem de control la nivel de pixel de 2,4 GHz pentru brățările noastre LED compatibile DMX, concepute pentru utilizare în evenimente live de mare amploare. Viziunea este ambițioasă: tratarea fiecărui membru al publicului ca pe un pixel într-un ecran uman masiv, permițând animații de culoare sincronizate, mesaje și modele de lumină dinamice în întreaga mulțime.

Această postare pe blog prezintă arhitectura de bază a sistemului nostru, provocările pe care le-am întâmpinat - în special în ceea ce privește interferențele de semnal și compatibilitatea protocoalelor - și deschide o invitație către inginerii cu experiență în comunicații RF și rețele mesh pentru a împărtăși perspective sau sugestii.

Arhitectura sistemului și conceptul de design

Sistemul nostru urmează o arhitectură hibridă de tip „topologie stea + transmisie bazată pe zone”. Controlerul central utilizează module RF de 2,4 GHz pentru a transmite wireless comenzi de control către mii de brățări LED. Fiecare brățară are un ID unic și secvențe de iluminare preîncărcate. Când primește o comandă care corespunde ID-ului său de grup, activează modelul de lumină relevant.

Pentru a obține efecte la nivel complet de scenă, cum ar fi animații de unde, gradienți bazați pe secțiuni sau impulsuri sincronizate cu muzica, mulțimea este împărțită în zone (de exemplu, după zona de așezare, grupul de culori sau funcția). Aceste zone primesc semnale de control direcționate prin canale separate, permițând o mapare și o sincronizare precisă la nivel de pixel.

Frecvența de 2,4 GHz a fost aleasă pentru disponibilitatea sa globală, consumul redus de energie și acoperirea largă, dar necesită mecanisme robuste de sincronizare și gestionare a erorilor. Implementăm comenzi cu marcaj temporal și sincronizare a bătăilor inimii pentru a ne asigura că fiecare brățară execută efectele în sincron.

Cazuri de utilizare: Aprinderea mulțimii

Sistemul nostru este conceput pentru medii cu impact puternic, cum ar fi concerte, arene sportive și spectacole de festival. În aceste contexte, fiecare brățară LED devine un pixel emițător de lumină, transformând publicul într-un ecran LED animat.

Acesta nu este un scenariu ipotetic - artiști globali precum Coldplay și Taylor Swift au folosit efecte similare de iluminare a mulțimii în turneele lor mondiale, generând o implicare emoțională masivă și un impact vizual de neuitat. Luminile sincronizate pot se potrivi ritmului, pot crea mesaje coordonate sau pot răspunde în timp real la spectacolele live, făcând ca fiecare participant să se simtă ca parte a spectacolului.

Provocări tehnice cheie

1. Interferență de semnal de 2,4 GHz

Spectrul de 2,4 GHz este notoriu de aglomerat. Împarte lățimea de bandă cu Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee și nenumărate alte dispozitive wireless. La orice concert sau stadion, undele radio sunt pline de interferențe de la smartphone-urile publicului, routerele locației și sistemele audio Bluetooth.

Acest lucru creează riscuri de coliziune a semnalului, comenzi pierdute sau latență care pot distruge efectul sincronizat dorit.

2. Compatibilitatea protocolului

Spre deosebire de produsele de larg consum standardizate, brățările și controlerele LED personalizate utilizează adesea stive de comunicații proprietare. Acest lucru prezintă fragmentarea protocoalelor - diferite dispozitive pot să nu se înțeleagă reciproc, iar integrarea sistemelor de control terțe devine dificilă.

Mai mult, atunci când se acoperă o mulțime mare de oameni cu mai multe stații de bază, interferențele între canale, conflictele de adrese și suprapunerile de comenzi pot deveni probleme serioase - mai ales când mii de dispozitive trebuie să răspundă în armonie, în timp real și alimentate de baterie.

Ce am încercat până acum

Pentru a atenua interferențele, am testat saltul de frecvență (FHSS) și segmentarea canalelor, atribuind diferite stații de bază canalelor care nu se suprapun în cadrul locației. Fiecare controler transmite comenzi redundant, cu verificări CRC pentru fiabilitate.

În ceea ce privește dispozitivele, brățările folosesc module radio cu consum redus de energie care se activează periodic, verifică comenzile și execută efecte luminoase preîncărcate numai atunci când ID-ul grupului se potrivește. Pentru sincronizarea timpului, am încorporat marcaje temporale și indici de cadre în comenzi pentru a ne asigura că fiecare dispozitiv redă efectele la momentul corect, indiferent de momentul în care a primit comanda.

În primele teste, un singur controler de 2,4 GHz putea acoperi o rază de câteva sute de metri. Prin plasarea unor emițătoare secundare în părțile opuse ale locației, am îmbunătățit fiabilitatea semnalului și am închis unghiurile moarte. Cu peste 1.000 de brățări care funcționează simultan, am obținut succes de bază în alergarea pe pante și animații simple.

Totuși, acum optimizăm logica de atribuire a zonelor și strategiile adaptive de retransmisie pentru a îmbunătăți stabilitatea în scenarii reale.

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

Apel la colaborare

Pe măsură ce ne perfecționăm sistemul de control al pixelilor pentru implementare în masă, contactăm comunitatea tehnică. Dacă aveți experiență în:

• Proiectare protocol RF de 2,4 GHz

• Strategii de atenuare a interferențelor

• Sisteme de rețea wireless de tip mesh sau stea, ușoare și cu consum redus de energie

• Sincronizarea timpului în sistemele de iluminat distribuit

—ne-ar plăcea să auzim de la tine.

Aceasta nu este doar o soluție de iluminat - este un motor de experiență captivantă, în timp real, care conectează mii de oameni prin intermediul tehnologiei.

Hai să construim ceva genial împreună.

— Echipa LongstarGifts