ข่าวสาร - การเอาชนะความท้าทายในการควบคุมระดับพิกเซล 2.4GHz สำหรับสายรัดข้อมือ LED

โดยทีมงาน LongstarGifts

ที่ LongstarGifts ขณะนี้เรากำลังพัฒนาระบบควบคุมระดับพิกเซลความถี่ 2.4GHz สำหรับสายรัดข้อมือ LED ที่รองรับ DMX ซึ่งออกแบบมาเพื่อใช้งานในงานถ่ายทอดสดขนาดใหญ่ วิสัยทัศน์ของเรานั้นมีความทะเยอทะยาน นั่นคือการทำให้ผู้ชมทุกคนเป็นพิกเซลบนหน้าจอแสดงผลขนาดใหญ่ ซึ่งทำให้สามารถสร้างภาพเคลื่อนไหว ข้อความ และรูปแบบแสงแบบไดนามิกที่ซิงโครไนซ์กันทั่วทั้งกลุ่มผู้ชมได้

โพสต์ในบล็อกนี้จะแบ่งปันสถาปัตยกรรมหลักของระบบของเรา ความท้าทายที่เราพบเจอ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเรื่องของสัญญาณรบกวนและความเข้ากันได้ของโปรโตคอล และเปิดคำเชิญชวนให้วิศวกรที่มีประสบการณ์ในการสื่อสาร RF และเครือข่ายแบบตาข่ายมาแบ่งปันข้อมูลเชิงลึกหรือข้อเสนอแนะ

ดีเจ-1

แนวคิดสถาปัตยกรรมและระบบการออกแบบ

ระบบของเราใช้สถาปัตยกรรมแบบไฮบริด “โครงสร้างแบบดาว + การแพร่สัญญาณแบบแบ่งโซน” ตัวควบคุมส่วนกลางใช้โมดูล RF ความถี่ 2.4 GHz เพื่อแพร่สัญญาณคำสั่งควบคุมแบบไร้สายไปยังสายรัดข้อมือ LED หลายพันเส้น สายรัดข้อมือแต่ละเส้นมีรหัสเฉพาะและลำดับแสงที่โหลดไว้ล่วงหน้า เมื่อได้รับคำสั่งที่ตรงกับรหัสกลุ่ม ระบบจะเปิดใช้งานรูปแบบแสงที่เกี่ยวข้อง

เพื่อให้ได้เอฟเฟกต์ฉากเต็มรูปแบบ เช่น แอนิเมชันคลื่น การไล่เฉดสีตามส่วน หรือจังหวะดนตรีที่ซิงค์กัน ผู้ชมจะถูกแบ่งออกเป็นโซน (เช่น ตามพื้นที่นั่ง กลุ่มสี หรือตามฟังก์ชัน) โซนเหล่านี้จะได้รับสัญญาณควบคุมเป้าหมายผ่านช่องทางแยกกัน ช่วยให้สามารถแมปและซิงโครไนซ์ระดับพิกเซลได้อย่างแม่นยำ

เราเลือกใช้คลื่นความถี่ 2.4GHz เนื่องจากสามารถใช้งานได้ทั่วโลก ใช้พลังงานต่ำ และครอบคลุมพื้นที่กว้าง แต่จำเป็นต้องมีกลไกการจัดการเวลาและข้อผิดพลาดที่มีประสิทธิภาพ เรากำลังนำคำสั่งแบบประทับเวลาและการซิงโครไนซ์จังหวะการเต้นของหัวใจมาใช้ เพื่อให้มั่นใจว่าสายรัดข้อมือทุกเส้นจะทำงานได้สอดคล้องกัน

ดีเจ-2

กรณีการใช้งาน: ส่องสว่างให้กับฝูงชน

ระบบของเราออกแบบมาสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีผลกระทบสูง เช่น คอนเสิร์ต สนามกีฬา และงานเทศกาลต่างๆ ในสถานที่เหล่านี้ สายรัดข้อมือ LED แต่ละเส้นจะกลายเป็นพิกเซลเปล่งแสง เปลี่ยนผู้ชมให้กลายเป็นหน้าจอ LED แบบเคลื่อนไหว

นี่ไม่ใช่สถานการณ์สมมติ ศิลปินระดับโลกอย่าง Coldplay และ Taylor Swift ต่างใช้เอฟเฟกต์แสงไฟฝูงชนแบบเดียวกันนี้ในการทัวร์คอนเสิร์ตรอบโลก ส่งผลให้เกิดการมีส่วนร่วมทางอารมณ์อย่างมหาศาลและผลกระทบทางภาพที่ยากจะลืมเลือน แสงไฟที่ประสานกันนี้สามารถเข้ากับจังหวะ สร้างข้อความที่สอดประสานกัน หรือตอบสนองต่อการแสดงสดแบบเรียลไทม์ ทำให้ผู้เข้าร่วมทุกคนรู้สึกราวกับเป็นส่วนหนึ่งของการแสดง

ความท้าทายทางเทคนิคที่สำคัญ

1. สัญญาณรบกวน 2.4GHz

คลื่นความถี่ 2.4 GHz ขึ้นชื่อว่ามีการใช้งานหนาแน่นมาก ต้องใช้แบนด์วิดท์ร่วมกับ Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee และอุปกรณ์ไร้สายอื่นๆ อีกนับไม่ถ้วน ในทุกคอนเสิร์ตหรือสนามกีฬา คลื่นความถี่จะเต็มไปด้วยสัญญาณรบกวนจากสมาร์ทโฟนของผู้ชม เราเตอร์ของสถานที่จัดงาน และระบบเสียง Bluetooth

สิ่งนี้ทำให้เกิดความเสี่ยงของการชนกันของสัญญาณ คำสั่งที่หลุด หรือความล่าช้า ซึ่งอาจทำลายเอฟเฟกต์การซิงโครไนซ์ที่ต้องการได้

2. ความเข้ากันได้ของโปรโตคอล

สายรัดข้อมือ LED และตัวควบคุมแบบกำหนดเองต่างจากผลิตภัณฑ์สำหรับผู้บริโภคทั่วไปตรงที่มักใช้สแต็กการสื่อสารที่เป็นกรรมสิทธิ์ ทำให้เกิดการกระจายตัวของโปรโตคอล ซึ่งอุปกรณ์ต่างๆ อาจไม่เข้าใจกัน และการรวมระบบควบคุมจากภายนอกก็ทำได้ยาก

ยิ่งไปกว่านั้น เมื่อต้องครอบคลุมฝูงชนจำนวนมากด้วยสถานีฐานหลายสถานี การรบกวนข้ามช่องสัญญาณ การขัดแย้งของที่อยู่ และคำสั่งทับซ้อนกัน อาจกลายเป็นปัญหาที่ร้ายแรงได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่ออุปกรณ์หลายพันเครื่องต้องตอบสนองอย่างสอดประสานกันแบบเรียลไทม์ และใช้พลังงานจากแบตเตอรี่

ดีเจ-3

สิ่งที่เราได้พยายามมาจนถึงตอนนี้

เพื่อลดการรบกวน เราได้ทดสอบการกระโดดความถี่ (FHSS) และการแบ่งช่องสัญญาณ โดยกำหนดสถานีฐานต่างๆ ให้มีช่องสัญญาณที่ไม่ทับซ้อนกันทั่วทั้งสถานที่ ตัวควบคุมแต่ละตัวจะกระจายคำสั่งซ้ำซ้อน พร้อมตรวจสอบความน่าเชื่อถือของ CRC

ในส่วนของอุปกรณ์ สายรัดข้อมือจะใช้โมดูลวิทยุพลังงานต่ำ ซึ่งจะปลุกระบบเป็นระยะ ตรวจสอบคำสั่ง และแสดงเอฟเฟกต์แสงที่โหลดไว้ล่วงหน้าเฉพาะเมื่อรหัสกลุ่มตรงกันเท่านั้น สำหรับการซิงโครไนซ์เวลา เราได้ฝังไทม์สแตมป์และดัชนีเฟรมไว้ในคำสั่ง เพื่อให้แน่ใจว่าอุปกรณ์ทุกเครื่องจะแสดงเอฟเฟกต์ในช่วงเวลาที่ถูกต้อง ไม่ว่าจะได้รับคำสั่งเมื่อใดก็ตาม

ในการทดสอบเบื้องต้น ตัวควบคุมความถี่ 2.4GHz เพียงตัวเดียวสามารถครอบคลุมรัศมีได้หลายร้อยเมตร การวางเครื่องส่งสัญญาณสำรองไว้ฝั่งตรงข้ามของสถานที่จัดงาน ช่วยปรับปรุงความน่าเชื่อถือของสัญญาณและปิดจุดบอด ด้วยการใช้งานสายรัดข้อมือมากกว่า 1,000 เส้นพร้อมกัน เราจึงประสบความสำเร็จขั้นพื้นฐานในการรันการไล่เฉดสีและแอนิเมชันแบบง่ายๆ

อย่างไรก็ตาม ขณะนี้เรากำลังปรับปรุงตรรกะการกำหนดโซนและกลยุทธ์การส่งสัญญาณแบบปรับตัวเพื่อปรับปรุงเสถียรภาพในสถานการณ์โลกแห่งความเป็นจริง