Преодоление трудностей в управлении светодиодными браслетами на уровне пикселей с частотой 2,4 ГГц

Команда LongstarGifts

В компании LongstarGifts мы в настоящее время разрабатываем систему управления на уровне пикселей с частотой 2,4 ГГц для наших светодиодных браслетов, совместимых с DMX, предназначенных для использования на масштабных мероприятиях. Наша цель амбициозна: рассматривать каждого зрителя как пиксель на огромном экране, обеспечивая синхронизированную цветовую анимацию, сообщения и динамические световые узоры по всей толпе.

В этом сообщении в блоге описывается основная архитектура нашей системы, проблемы, с которыми мы столкнулись, особенно в части помех сигнала и совместимости протоколов, а также приглашается инженеры, имеющие опыт в области радиочастотной связи и ячеистых сетей, поделиться своими идеями или предложениями.

Архитектура системы и концепция проектирования

Наша система использует гибридную архитектуру «звездная топология + зональная передача». Центральный контроллер использует радиочастотные модули 2,4 ГГц для беспроводной передачи команд управления тысячам светодиодных браслетов. Каждый браслет имеет уникальный идентификатор и предварительно загруженные последовательности освещения. При получении команды, соответствующей идентификатору группы, он активирует соответствующий световой режим.

Для достижения таких эффектов, как волнообразная анимация, градиенты по секциям или пульсации, синхронизированные с музыкой, толпа делится на зоны (например, по месту для сидения, цветовой группе или функции). Эти зоны получают целевые управляющие сигналы по отдельным каналам, что позволяет осуществлять точное отображение и синхронизацию на уровне пикселей.

Частота 2,4 ГГц была выбрана из-за её глобальной доступности, низкого энергопотребления и широкого покрытия, но требует надёжных механизмов синхронизации и обработки ошибок. Мы внедряем команды с временными метками и синхронизацию по пульсу, чтобы гарантировать синхронное выполнение эффектов на каждом браслете.

Примеры применения: Как оживить толпу

Наша система разработана для экстремальных условий, таких как концерты, спортивные арены и фестивали. В таких условиях каждый светодиодный браслет становится светящимся пикселем, превращая зрителей в анимированный светодиодный экран.

Это не гипотетический сценарий — такие всемирно известные артисты, как Coldplay и Тейлор Свифт, использовали аналогичные световые эффекты для привлечения внимания публики во время своих мировых турне, вызывая сильное эмоциональное вовлечение и незабываемый визуальный эффект. Синхронизированные огни могут синхронизироваться с ритмом, создавать скоординированные сообщения или реагировать в режиме реального времени на живые выступления, благодаря чему каждый посетитель чувствует себя частью шоу.

Ключевые технические проблемы

1. Помехи сигнала 2,4 ГГц

Диапазон 2,4 ГГц, как известно, очень перегружен. Он делит полосу пропускания с Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee и бесчисленным множеством других беспроводных устройств. На любом концерте или стадионе эфир заполнен помехами от смартфонов зрителей, маршрутизаторов и аудиосистем Bluetooth.

Это создает риски коллизии сигналов, потери команд или задержек, которые могут нарушить желаемый синхронизированный эффект.

2. Совместимость протоколов

В отличие от стандартных потребительских товаров, в светодиодных браслетах и ​​контроллерах, изготовленных на заказ, часто используются собственные запатентованные коммуникационные стеки. Это приводит к фрагментации протоколов — разные устройства могут не понимать друг друга, и интеграция сторонних систем управления становится затруднительной.

Кроме того, при покрытии больших скоплений людей несколькими базовыми станциями межканальные помехи, конфликты адресов и наложение команд могут стать серьезными проблемами, особенно когда тысячи устройств должны реагировать согласованно, в режиме реального времени и при питании от батарей.

Что мы уже попробовали

Для снижения уровня помех мы протестировали скачкообразную перестройку частоты (FHSS) и сегментацию каналов, назначив разные базовые станции на непересекающиеся каналы по всей территории объекта. Каждый контроллер передает команды с резервированием, используя проверку CRC для обеспечения надежности.

На стороне устройства браслеты используют маломощные радиомодули, которые периодически активируются, проверяют наличие команд и выполняют предварительно загруженные световые эффекты только тогда, когда совпадает идентификатор группы. Для синхронизации времени мы встроили метки времени и индексы кадров в команды, чтобы гарантировать, что каждое устройство будет отображать эффекты в правильный момент, независимо от того, когда оно получило команду.

На начальных этапах тестирования один контроллер 2,4 ГГц мог охватывать радиус в несколько сотен метров. Разместив дополнительные передатчики по обеим сторонам площадки, мы повысили надежность сигнала и устранили «слепые зоны». При одновременной работе более 1000 браслетов мы добились базовых успехов в создании градиентов и простых анимаций.

Однако в настоящее время мы оптимизируем логику назначения зон и стратегии адаптивной повторной передачи для повышения стабильности в реальных условиях.

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

Призыв к сотрудничеству

В процессе доработки нашей системы управления пикселями для массового внедрения мы обращаемся к техническому сообществу. Если у вас есть опыт в следующих областях:

• Разработка радиопротокола для частоты 2,4 ГГц

• Стратегии снижения помех

• Легкие, энергоэффективные беспроводные ячеистые или звездообразные сетевые системы

• Синхронизация времени в распределенных системах освещения

—Мы будем рады получить от вас обратную связь.

Это не просто решение для освещения — это система создания захватывающих впечатлений в режиме реального времени, которая объединяет тысячи людей с помощью технологий.

Давайте вместе создадим что-нибудь великолепное.

— Команда LongstarGifts