Vượt qua những thách thức trong điều khiển cấp độ pixel 2.4GHz cho vòng đeo tay LED

Bài viết bởi đội ngũ LongstarGifts

Tại LongstarGifts, chúng tôi hiện đang phát triển hệ thống điều khiển cấp độ pixel 2.4GHz cho vòng đeo tay LED tương thích DMX, được thiết kế để sử dụng trong các sự kiện trực tiếp quy mô lớn. Tầm nhìn rất tham vọng: coi mỗi khán giả như một pixel trên màn hình hiển thị khổng lồ của con người, cho phép đồng bộ hóa các hiệu ứng hoạt hình màu sắc, thông điệp và các mẫu ánh sáng động trên toàn đám đông.

Bài đăng trên blog này chia sẻ kiến ​​trúc cốt lõi của hệ thống chúng tôi, những thách thức mà chúng tôi đã gặp phải—đặc biệt là về nhiễu tín hiệu và khả năng tương thích giao thức—và mở ra lời mời các kỹ sư có kinh nghiệm trong lĩnh vực truyền thông RF và mạng lưới dạng lưới chia sẻ những hiểu biết hoặc đề xuất của họ.

Khái niệm về kiến ​​trúc và thiết kế hệ thống

Hệ thống của chúng tôi sử dụng kiến ​​trúc lai “hình sao + phát sóng theo vùng”. Bộ điều khiển trung tâm sử dụng các mô-đun RF 2.4GHz để phát sóng không dây các lệnh điều khiển đến hàng nghìn vòng đeo tay LED. Mỗi vòng đeo tay có một ID duy nhất và các chuỗi chiếu sáng được tải sẵn. Khi nhận được lệnh phù hợp với ID nhóm của nó, nó sẽ kích hoạt kiểu chiếu sáng tương ứng.

Để đạt được các hiệu ứng toàn cảnh như hoạt ảnh sóng, hiệu ứng chuyển màu theo từng khu vực hoặc xung nhịp đồng bộ với âm nhạc, đám đông được chia thành các vùng (ví dụ: theo khu vực chỗ ngồi, nhóm màu hoặc chức năng). Các vùng này nhận tín hiệu điều khiển mục tiêu thông qua các kênh riêng biệt, cho phép lập bản đồ và đồng bộ hóa chính xác ở cấp độ pixel.

Tần số 2.4GHz được lựa chọn vì tính khả dụng toàn cầu, tiêu thụ điện năng thấp và phạm vi phủ sóng rộng, nhưng đòi hỏi các cơ chế định thời và xử lý lỗi mạnh mẽ. Chúng tôi đang triển khai các lệnh có dấu thời gian và đồng bộ hóa nhịp tim để đảm bảo mọi vòng đeo tay thực hiện các hiệu ứng đồng bộ.

Các trường hợp sử dụng: Thắp sáng đám đông

Hệ thống của chúng tôi được thiết kế cho các môi trường có tính tương tác cao như buổi hòa nhạc, sân vận động thể thao và các lễ hội. Trong những bối cảnh này, mỗi vòng đeo tay LED trở thành một điểm ảnh phát sáng, biến khán giả thành một màn hình LED sống động.

Đây không phải là một kịch bản giả định — các nghệ sĩ toàn cầu như Coldplay và Taylor Swift đã sử dụng hiệu ứng ánh sáng đám đông tương tự trong các chuyến lưu diễn vòng quanh thế giới của họ, tạo nên sự gắn kết cảm xúc mạnh mẽ và tác động thị giác khó quên. Ánh sáng đồng bộ có thể khớp với nhịp điệu, tạo ra các thông điệp phối hợp hoặc phản hồi theo thời gian thực với các màn trình diễn trực tiếp, khiến mỗi người tham dự cảm thấy mình là một phần của buổi biểu diễn.

Những thách thức kỹ thuật chính

1. Nhiễu tín hiệu 2.4GHz

Băng tần 2.4GHz nổi tiếng là quá tải. Nó chia sẻ băng thông với Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee và vô số thiết bị không dây khác. Tại bất kỳ buổi hòa nhạc hay sân vận động nào, sóng vô tuyến đều bị nhiễu bởi điện thoại thông minh của khán giả, bộ định tuyến của địa điểm và hệ thống âm thanh Bluetooth.

Điều này tạo ra nguy cơ xung đột tín hiệu, mất lệnh hoặc độ trễ có thể phá hỏng hiệu ứng đồng bộ mong muốn.

2. Khả năng tương thích giao thức

Khác với các sản phẩm tiêu dùng thông thường, vòng đeo tay LED và bộ điều khiển tùy chỉnh thường sử dụng các giao thức truyền thông độc quyền. Điều này dẫn đến sự phân mảnh giao thức — các thiết bị khác nhau có thể không hiểu nhau, và việc tích hợp các hệ thống điều khiển của bên thứ ba trở nên khó khăn.

Hơn nữa, khi phủ sóng đám đông lớn với nhiều trạm gốc, nhiễu xuyên kênh, xung đột địa chỉ và chồng chéo lệnh có thể trở thành những vấn đề nghiêm trọng—đặc biệt khi hàng nghìn thiết bị phải phản hồi đồng bộ, trong thời gian thực và bằng nguồn pin.

Những gì chúng tôi đã thử cho đến nay

Để giảm thiểu nhiễu, chúng tôi đã thử nghiệm nhảy tần (FHSS) và phân đoạn kênh, gán các trạm gốc khác nhau cho các kênh không chồng chéo nhau trong toàn bộ khu vực. Mỗi bộ điều khiển phát lệnh dự phòng, với kiểm tra CRC để đảm bảo độ tin cậy.

Về phía thiết bị, vòng đeo tay sử dụng các mô-đun radio công suất thấp, định kỳ kích hoạt, kiểm tra lệnh và chỉ thực thi các hiệu ứng ánh sáng được tải sẵn khi ID nhóm khớp. Để đồng bộ hóa thời gian, chúng tôi đã nhúng dấu thời gian và chỉ số khung hình vào các lệnh để đảm bảo mọi thiết bị hiển thị hiệu ứng vào đúng thời điểm, bất kể khi nào nó nhận được lệnh.

Trong các thử nghiệm ban đầu, một bộ điều khiển 2.4GHz duy nhất có thể bao phủ bán kính vài trăm mét. Bằng cách đặt các bộ phát phụ ở hai phía đối diện của địa điểm, chúng tôi đã cải thiện độ tin cậy của tín hiệu và loại bỏ các điểm mù. Với hơn 1.000 vòng đeo tay hoạt động đồng thời, chúng tôi đã đạt được thành công cơ bản trong việc chạy các đoạn dốc và hoạt ảnh đơn giản.

Tuy nhiên, hiện tại chúng tôi đang tối ưu hóa logic phân vùng và các chiến lược truyền tải lại thích ứng để cải thiện tính ổn định trong các tình huống thực tế.

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

Lời kêu gọi hợp tác

Trong quá trình hoàn thiện hệ thống điều khiển pixel để triển khai rộng rãi, chúng tôi đang liên hệ với cộng đồng kỹ thuật. Nếu bạn có kinh nghiệm trong các lĩnh vực sau:

• Thiết kế giao thức RF 2.4GHz

• Các chiến lược giảm thiểu nhiễu

• Hệ thống mạng lưới không dây dạng lưới hoặc hình sao, trọng lượng nhẹ và tiêu thụ điện năng thấp.

• Đồng bộ hóa thời gian trong hệ thống chiếu sáng phân tán

—Chúng tôi rất mong nhận được phản hồi từ bạn.

Đây không chỉ là một giải pháp chiếu sáng—mà là một công cụ tạo trải nghiệm sống động, thời gian thực, kết nối hàng ngàn người thông qua công nghệ.

Hãy cùng nhau xây dựng nên một điều gì đó tuyệt vời.

— Đội ngũ LongstarGifts