Premagovanje izzivov pri 2,4 GHz nadzoru na ravni pikslov za LED zapestnice

Ekipa LongstarGifts

Pri LongstarGifts trenutno razvijamo 2,4 GHz sistem za nadzor na ravni slikovnih pik za naše DMX-združljive LED zapestnice, zasnovane za uporabo na velikih dogodkih v živo. Vizija je ambiciozna: vsakega člana občinstva obravnavati kot slikovno piko na ogromnem človeškem zaslonu, kar omogoča sinhronizirane barvne animacije, sporočila in dinamične svetlobne vzorce po celotni množici.

Ta objava na blogu predstavlja osnovno arhitekturo našega sistema, izzive, s katerimi smo se srečali – zlasti pri motnjah signalov in združljivosti protokolov – in vabi inženirje z izkušnjami na področju RF komunikacije in mrežnih omrežij, da delijo svoje vpoglede ali predloge.

Arhitektura in koncept oblikovanja sistema

Naš sistem sledi hibridni arhitekturi »zvezdaste topologije + conskega oddajanja«. Centralni krmilnik uporablja 2,4 GHz RF module za brezžično oddajanje krmilnih ukazov tisočim LED zapestnicam. Vsaka zapestnica ima edinstven ID in prednaložena zaporedja osvetlitve. Ko prejme ukaz, ki se ujema z njenim skupinskim ID-jem, aktivira ustrezen svetlobni vzorec.

Za doseganje učinkov celotne scene, kot so animacije valov, prelivi na podlagi odsekov ali glasbeno sinhronizirani impulzi, je množica razdeljena na cone (npr. po sedežnem območju, barvni skupini ali funkciji). Te cone prejemajo ciljne krmilne signale prek ločenih kanalov, kar omogoča natančno preslikavo in sinhronizacijo na ravni slikovnih pik.

2,4 GHz je bila izbrana zaradi globalne dostopnosti, nizke porabe energije in široke pokritosti, vendar zahteva robustne mehanizme za merjenje časa in obravnavo napak. Uvajamo časovno žigosane ukaze in sinhronizacijo srčnega utripa, da zagotovimo, da vsaka zapestnica izvaja učinke sinhronizirano.

Primeri uporabe: Osvetlitev množice

Naš sistem je zasnovan za okolja z visokim vplivom, kot so koncerti, športne arene in festivalske predstave. V teh okoljih vsaka LED zapestnica postane svetlobni slikovni element, ki občinstvo spremeni v animirani LED zaslon.

To ni hipotetičen scenarij – svetovni izvajalci, kot sta Coldplay in Taylor Swift, so na svojih svetovnih turnejah uporabljali podobne svetlobne učinke za množice, kar je prineslo ogromno čustveno angažiranost in nepozaben vizualni učinek. Sinhronizirane luči se lahko ujemajo z ritmom, ustvarjajo usklajena sporočila ali se v realnem času odzivajo na nastope v živo, zaradi česar se vsak udeleženec počuti kot del predstave.

Ključni tehnični izzivi

1. Motnje signala 2,4 GHz

Spekter 2,4 GHz je znano prenatrpan. Pasovno širino si deli z Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee in neštetimi drugimi brezžičnimi napravami. Na katerem koli koncertu ali stadionu so radijski valovi polni motenj zaradi pametnih telefonov občinstva, usmerjevalnikov v prizorišču in avdio sistemov Bluetooth.

To ustvarja tveganje za trčenje signalov, izgubljene ukaze ali zakasnitev, kar lahko uniči želeni sinhronizirani učinek.

2. Združljivost protokolov

Za razliko od standardiziranih potrošniških izdelkov, zapestnice in krmilniki LED po meri pogosto uporabljajo lastniške komunikacijske sklade. To predstavlja razdrobljenost protokolov – različne naprave se morda ne razumejo, integracija krmilnih sistemov drugih proizvajalcev pa postane težavna.

Poleg tega lahko pri pokrivanju velikih množic z več baznimi postajami medkanalne motnje, konflikti naslovov in prekrivanje ukazov postanejo resne težave – še posebej, ko se morajo tisoči naprav odzivati ​​usklajeno, v realnem času in na baterijsko napajanje.

Kaj smo do sedaj poskusili

Za ublažitev motenj smo preizkusili frekvenčno skakanje (FHSS) in segmentacijo kanalov, pri čemer smo različnim baznim postajam dodelili neprekrivajoče se kanale po prizorišču. Vsak krmilnik redundantno oddaja ukaze, pri čemer se CRC preverja za zanesljivost.

Na strani naprave zapestnice uporabljajo nizkoenergijske radijske module, ki se periodično prebujajo, preverjajo ukaze in izvajajo prednaložene svetlobne učinke le, če se ID skupine ujema. Za časovno sinhronizacijo smo v ukaze vdelali časovne žige in indekse okvirjev, da zagotovimo, da vsaka naprava upodablja učinke ob pravem trenutku, ne glede na to, kdaj je prejela ukaz.

V zgodnjih testih je en sam 2,4 GHz krmilnik lahko pokril radij več sto metrov. Z namestitvijo sekundarnih oddajnikov na nasprotnih straneh prizorišča smo izboljšali zanesljivost signala in zaprli slepe kote. Z več kot 1000 zapestnicami, ki so delovale hkrati, smo dosegli osnovni uspeh pri vodenju po naklonih in preprostih animacijah.

Vendar pa zdaj optimiziramo logiko dodeljevanja con in prilagodljive strategije ponovnega prenosa, da bi izboljšali stabilnost v resničnih scenarijih.

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

Poziv k sodelovanju

Medtem ko izpopolnjujemo naš sistem za nadzor slikovnih pik za množično uvajanje, se obračamo na tehnično skupnost. Če imate izkušnje z:

• Zasnova 2,4 GHz RF protokola

• Strategije za zmanjševanje motenj

• Lahki, nizkoenergijski brezžični mrežni ali zvezdasti omrežni sistemi

• Časovna sinhronizacija v porazdeljenih sistemih razsvetljave

— radi bi slišali od vas.

To ni le rešitev za razsvetljavo – gre za mehanizem za poglobljeno izkušnjo v realnem času, ki prek tehnologije povezuje na tisoče ljudi.

Zgradimo skupaj nekaj briljantnega.

— Ekipa LongstarGifts