การเอาชนะความท้าทายในการควบคุมระดับพิกเซล 2.4GHz สำหรับสายรัดข้อมือ LED

โดยทีมงาน LongstarGifts

ที่ LongstarGifts เรากำลังพัฒนาระบบควบคุมระดับพิกเซล 2.4GHz สำหรับสายรัดข้อมือ LED ที่รองรับ DMX ซึ่งออกแบบมาเพื่อใช้ในงานแสดงสดขนาดใหญ่ วิสัยทัศน์ของเรานั้นทะเยอทะยาน: คือการปฏิบัติต่อผู้ชมทุกคนเสมือนเป็นพิกเซลบนจอแสดงผลขนาดใหญ่ ทำให้สามารถแสดงภาพเคลื่อนไหวสี ข้อความ และรูปแบบแสงแบบไดนามิกที่ซิงโครไนซ์กันทั่วทั้งฝูงชนได้

บทความบล็อกนี้จะนำเสนอสถาปัตยกรรมหลักของระบบของเรา ความท้าทายที่เราพบเจอ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเรื่องการรบกวนของสัญญาณและความเข้ากันได้ของโปรโตคอล และเปิดโอกาสให้วิศวกรที่มีประสบการณ์ด้านการสื่อสาร RF และเครือข่ายแบบเมชร่วมแบ่งปันข้อมูลเชิงลึกหรือข้อเสนอแนะ

แนวคิดสถาปัตยกรรมและการออกแบบระบบ

ระบบของเราใช้สถาปัตยกรรมแบบไฮบริด “โทโพโลยีแบบดาว + การกระจายสัญญาณตามโซน” ตัวควบคุมส่วนกลางใช้โมดูล RF 2.4GHz ในการส่งคำสั่งควบคุมแบบไร้สายไปยังสายรัดข้อมือ LED หลายพันเส้น สายรัดข้อมือแต่ละเส้นมี ID เฉพาะและลำดับแสงที่โหลดไว้ล่วงหน้า เมื่อได้รับคำสั่งที่ตรงกับ ID กลุ่ม ก็จะเปิดใช้งานรูปแบบแสงที่เกี่ยวข้อง

เพื่อให้ได้เอฟเฟ็กต์ภาพเต็มรูปแบบ เช่น ภาพเคลื่อนไหวคลื่น การไล่ระดับสีตามส่วนต่างๆ หรือจังหวะที่ซิงค์กับดนตรี ฝูงชนจะถูกแบ่งออกเป็นโซน (เช่น ตามพื้นที่นั่ง กลุ่มสี หรือหน้าที่) โซนเหล่านี้จะได้รับสัญญาณควบคุมที่กำหนดเป้าหมายผ่านช่องสัญญาณแยกต่างหาก ทำให้สามารถแมปและซิงโครไนซ์ในระดับพิกเซลได้อย่างแม่นยำ

เราเลือกใช้คลื่นความถี่ 2.4GHz เนื่องจากมีให้บริการทั่วโลก ใช้พลังงานต่ำ และครอบคลุมพื้นที่กว้าง แต่จำเป็นต้องมีกลไกการกำหนดเวลาและการจัดการข้อผิดพลาดที่แข็งแกร่ง เรากำลังดำเนินการใช้คำสั่งที่มีการประทับเวลาและการซิงโครไนซ์จังหวะการเต้นของหัวใจเพื่อให้แน่ใจว่าสายรัดข้อมือทุกอันทำงานได้อย่างพร้อมเพรียงกัน

ตัวอย่างการใช้งาน: การสร้างความตื่นตาตื่นใจให้กับฝูงชน

ระบบของเราได้รับการออกแบบมาสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีผลกระทบสูง เช่น คอนเสิร์ต สนามกีฬา และงานเทศกาลต่างๆ ในสถานที่เหล่านี้ สายรัดข้อมือ LED แต่ละอันจะกลายเป็นพิกเซลเปล่งแสง เปลี่ยนผู้ชมให้กลายเป็นจอ LED เคลื่อนไหวได้

นี่ไม่ใช่สถานการณ์สมมติ ศิลปินระดับโลกอย่าง Coldplay และ Taylor Swift เคยใช้เอฟเฟ็กต์แสงไฟในฝูงชนที่คล้ายกันนี้ในทัวร์คอนเสิร์ตทั่วโลกของพวกเขา ซึ่งสร้างการมีส่วนร่วมทางอารมณ์อย่างมหาศาลและสร้างความประทับใจทางภาพที่น่าจดจำ แสงไฟที่ซิงโครไนซ์กันสามารถเข้ากับจังหวะ สร้างข้อความที่ประสานกัน หรือตอบสนองแบบเรียลไทม์ต่อการแสดงสด ทำให้ผู้เข้าร่วมทุกคนรู้สึกเหมือนเป็นส่วนหนึ่งของการแสดง

ความท้าทายทางเทคนิคที่สำคัญ

1. สัญญาณรบกวน 2.4GHz

คลื่นความถี่ 2.4GHz นั้นแออัดอย่างมาก มันใช้แบนด์วิดท์ร่วมกับ Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee และอุปกรณ์ไร้สายอื่นๆ อีกมากมาย ในคอนเสิร์ตหรือสนามกีฬาใดๆ ก็ตาม คลื่นวิทยุจะเต็มไปด้วยสัญญาณรบกวนจากสมาร์ทโฟนของผู้ชม เราเตอร์ของสถานที่จัดงาน และระบบเสียง Bluetooth

สิ่งนี้ก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อการชนกันของสัญญาณ คำสั่งตกหล่น หรือความล่าช้าที่อาจทำลายผลลัพธ์การซิงโครไนซ์ที่ต้องการได้

2. ความเข้ากันได้ของโปรโตคอล

แตกต่างจากผลิตภัณฑ์สำหรับผู้บริโภคทั่วไป สายรัดข้อมือ LED และตัวควบคุมแบบกำหนดเองมักใช้ชุดการสื่อสารที่เป็นกรรมสิทธิ์เฉพาะ ซึ่งก่อให้เกิดความแตกแยกของโปรโตคอล อุปกรณ์ต่างๆ อาจไม่เข้าใจกัน และการรวมระบบควบคุมจากผู้ผลิตรายอื่นจึงทำได้ยาก

ยิ่งไปกว่านั้น เมื่อต้องครอบคลุมพื้นที่ที่มีผู้คนจำนวนมากด้วยสถานีฐานหลายแห่ง การรบกวนข้ามช่องสัญญาณ ความขัดแย้งของที่อยู่ และการทับซ้อนของคำสั่งอาจกลายเป็นปัญหาที่ร้ายแรง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่ออุปกรณ์หลายพันเครื่องต้องตอบสนองอย่างพร้อมเพรียงกันแบบเรียลไทม์และด้วยพลังงานจากแบตเตอรี่

สิ่งที่เราได้ลองทำมาแล้ว

เพื่อลดผลกระทบจากสัญญาณรบกวน เราได้ทดสอบการกระโดดความถี่ (FHSS) และการแบ่งช่องสัญญาณ โดยกำหนดสถานีฐานต่างๆ ให้กับช่องสัญญาณที่ไม่ทับซ้อนกันทั่วสถานที่จัดงาน ตัวควบคุมแต่ละตัวจะส่งคำสั่งซ้ำซ้อน พร้อมตรวจสอบความน่าเชื่อถือด้วย CRC

ในส่วนของอุปกรณ์ สายรัดข้อมือใช้โมดูลวิทยุพลังงานต่ำที่ปลุกการทำงานเป็นระยะ ตรวจสอบคำสั่ง และแสดงเอฟเฟกต์แสงที่โหลดไว้ล่วงหน้าเฉพาะเมื่อรหัสกลุ่มตรงกันเท่านั้น สำหรับการซิงโครไนซ์เวลา เราได้ฝังการประทับเวลาและดัชนีเฟรมไว้ในคำสั่งเพื่อให้แน่ใจว่าทุกอุปกรณ์แสดงเอฟเฟกต์ในเวลาที่ถูกต้อง ไม่ว่าอุปกรณ์นั้นจะได้รับคำสั่งเมื่อใดก็ตาม

ในการทดสอบเบื้องต้น ตัวควบคุม 2.4GHz ตัวเดียวสามารถครอบคลุมรัศมีได้หลายร้อยเมตร โดยการติดตั้งตัวส่งสัญญาณสำรองไว้ที่ด้านตรงข้ามของสถานที่จัดงาน เราได้ปรับปรุงความเสถียรของสัญญาณและลดจุดอับสัญญาณ ด้วยการใช้งานสายรัดข้อมือมากกว่า 1,000 ชิ้นพร้อมกัน เราประสบความสำเร็จขั้นพื้นฐานในการแสดงผลแบบไล่ระดับสีและแอนิเมชั่นอย่างง่าย

อย่างไรก็ตาม ขณะนี้เรากำลังปรับปรุงตรรกะการจัดสรรโซนและกลยุทธ์การส่งสัญญาณซ้ำแบบปรับเปลี่ยนได้ เพื่อเพิ่มเสถียรภาพในสถานการณ์จริง

-

ขอความร่วมมือ

ขณะที่เรากำลังปรับปรุงระบบควบคุมพิกเซลเพื่อการใช้งานในวงกว้าง เราจึงขอความช่วยเหลือจากชุมชนด้านเทคนิค หากคุณมีประสบการณ์ในด้านต่อไปนี้:

• การออกแบบโปรโตคอล RF 2.4GHz

• กลยุทธ์การลดผลกระทบจากการรบกวน

• ระบบเครือข่ายไร้สายแบบตาข่ายหรือแบบดาวที่มีน้ำหนักเบาและใช้พลังงานต่ำ

• การซิงโครไนซ์เวลาในระบบไฟส่องสว่างแบบกระจาย

—เรายินดีรับฟังความคิดเห็นจากคุณ

นี่ไม่ใช่แค่ระบบแสงสว่างธรรมดา แต่เป็นเครื่องมือสร้างประสบการณ์เสมือนจริงแบบเรียลไทม์ที่เชื่อมต่อผู้คนนับพันเข้าด้วยกันผ่านเทคโนโลยี

มาสร้างสรรค์สิ่งมหัศจรรย์ร่วมกันเถอะ

— ทีมงาน LongstarGifts