Подолання проблем керування піксельним рівнем 2,4 ГГц для світлодіодних браслетів

Від команди LongstarGifts

У LongstarGifts ми зараз розробляємо систему керування на рівні пікселів з частотою 2,4 ГГц для наших DMX-сумісних світлодіодних браслетів, призначених для використання на масштабних живих заходах. Бачення амбітне: розглядати кожного глядача як піксель на величезному екрані з людським тілом, забезпечуючи синхронізовану кольорову анімацію, повідомлення та динамічні світлові візерунки по всьому натовпу.

У цій публікації в блозі розповідається про основну архітектуру нашої системи, проблеми, з якими ми зіткнулися, зокрема, щодо перешкод сигналу та сумісності протоколів, а також запрошується до обміну досвідом та пропозиціями інженерів з досвідом у сфері радіочастотного зв'язку та mesh-мереж.

Концепція архітектури та дизайну системи

Наша система використовує гібридну архітектуру «зіркова топологія + зональна трансляція». Центральний контролер використовує радіочастотні модулі 2,4 ГГц для бездротової трансляції команд керування на тисячі світлодіодних браслетів. Кожен браслет має унікальний ідентифікатор та попередньо завантажені послідовності освітлення. Коли він отримує команду, що відповідає його груповому ідентифікатору, він активує відповідний світловий шаблон.

Для досягнення повномасштабних ефектів, таких як хвильова анімація, градієнти на основі секцій або синхронізовані з музикою імпульси, натовп поділяється на зони (наприклад, за місцем для сидіння, кольоровою групою або функцією). Ці зони отримують цільові керуючі сигнали через окремі канали, що дозволяє здійснювати точне відображення та синхронізацію на рівні пікселів.

Частоту 2,4 ГГц було обрано через її глобальну доступність, низьке енергоспоживання та широке покриття, але вона вимагає надійних механізмів синхронізації та обробки помилок. Ми впроваджуємо команди з мітками часу та синхронізацію серцебиття, щоб забезпечити синхронне виконання ефектів на кожному браслеті.

Варіанти використання: Запалити натовп

Наша система розроблена для середовищ з високим рівнем впливу, таких як концерти, спортивні арени та фестивалі. У цих умовах кожен світлодіодний браслет стає світловипромінюючим пікселем, перетворюючи аудиторію на анімований світлодіодний екран.

Це не гіпотетичний сценарій — такі світові артисти, як Coldplay та Taylor Swift, використовували подібні світлові ефекти для натовпу у своїх світових турах, забезпечуючи величезну емоційну залученість та незабутній візуальний вплив. Синхронізоване світло може відповідати ритму, створювати узгоджені повідомлення або реагувати в режимі реального часу на живі виступи, змушуючи кожного учасника відчувати себе частиною шоу.

Ключові технічні виклики

1. Перешкоди сигналу 2,4 ГГц

Спектр 2,4 ГГц, як відомо, перевантажений. Він використовує спільну пропускну здатність з Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee та безліччю інших бездротових пристроїв. На будь-якому концерті чи стадіоні ефірні хвилі заповнені перешкодами від смартфонів глядачів, маршрутизаторів на майданчику та аудіосистем Bluetooth.

Це створює ризики колізії сигналів, втрати команд або затримки, що може зруйнувати бажаний синхронізований ефект.

2. Сумісність протоколів

На відміну від стандартизованих споживчих товарів, індивідуальні світлодіодні браслети та контролери часто використовують власні стеки зв'язку. Це призводить до фрагментації протоколів — різні пристрої можуть не розуміти один одного, а інтеграція сторонніх систем керування стає складною.

Більше того, під час покриття великих натовпів кількома базовими станціями, міжканальні перешкоди, конфлікти адрес та перекриття команд можуть стати серйозними проблемами, особливо коли тисячі пристроїв повинні реагувати гармонійно, в режимі реального часу та від батареї.

Що ми вже спробували

Щоб зменшити перешкоди, ми протестували стрибкоподібну зміну частоти (FHSS) та сегментацію каналів, призначивши різні базові станції неперекриваючимся каналам по всьому приміщенню. Кожен контролер транслює команди резервно, з перевіркою CRC на надійність.

На стороні пристрою браслети використовують малопотужні радіомодулі, які періодично прокидаються, перевіряють наявність команд і виконують попередньо завантажені світлові ефекти лише тоді, коли ідентифікатор групи збігається. Для синхронізації часу ми вбудували в команди позначки часу та індекси кадрів, щоб гарантувати, що кожен пристрій відтворює ефекти у правильний момент, незалежно від того, коли він отримав команду.

У ранніх тестах один контролер 2,4 ГГц міг охоплювати радіус кількох сотень метрів. Розмістивши вторинні передавачі на протилежних сторонах місця проведення, ми покращили надійність сигналу та закрили сліпі зони. Завдяки одночасному запуску понад 1000 браслетів ми досягли базового успіху у виконанні градієнтів та простих анімацій.

Однак зараз ми оптимізуємо нашу логіку призначення зон та адаптивні стратегії повторної передачі, щоб покращити стабільність у реальних сценаріях.

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

Заклик до співпраці

Удосконалюючи нашу систему керування пікселями для масового розгортання, ми звертаємося до технічної спільноти. Якщо у вас є досвід у:

• Розробка радіочастотного протоколу 2,4 ГГц

• Стратегії зменшення перешкод

• Легкі, малопотужні бездротові mesh-системи або зіркоподібні мережеві системи

• Синхронізація часу в розподілених системах освітлення

— ми хотіли б почути від вас.

Це не просто рішення для освітлення — це механізм захопливого досвіду в режимі реального часу, який об’єднує тисячі людей за допомогою технологій.

Давайте разом побудуємо щось геніальне.

— Команда LongstarGifts