Es ist nicht ganz einfach, die Regelung der Helligkeitsstufen von 150W-Baustrahlern möglichst gleichmäßig mit relativ günstiger Elektronik umzusetzen. Das Hauptproblem besteht darin, dass normale Dimmer-Schaltungen ziemlich unsanft mit dem Netzstrom umgehen. Beispielsweise schalten diese für halbe Helligkeit das Licht nur für den zweiten Teil jeder Sinushalbwelle auf der Leitung ein. Das führt zu einem Strom, der nicht mit der Spannung zusammenhängt, was wiederum schlecht ist für die Umformer im Stromnetz (Es gibt auch Dimmer, die das Licht im ersten Teil der Sinuswellen anschaltet, was zwar besser, aber immer noch nicht gut ist). Jedenfalls ist es nicht erlaubt, mehr als zwölf 150W-Baustrahler auf diese Weise zu steuern.

Die Hauptidee war deshalb, stattdessen Pulsbreitenmodulation zu benutzen, wobei der Strom sehr schnell an- und ausgeschaltet wird. Soll eine Lampe hell sein, so ist der Strom die meiste Zeit eingeschaltet, soll sie dunkel sein, ist der Strom die meiste Zeit aus. Damit es möglich ist, die Pulsbreitenmodulation mit Wechselstrom zu erreichen, muss die PWM-Frequenz sehr viel schneller sein als die Wechselstromfrequenz. Das ist nötig, damit sich die Spannung während eines einzigen PWM-Durchgangs (d.h. Einmal einschalten und einem ausschalten) nicht signifikant ändert.

Um diese Idee umzusetzen, muss die Spannung beliebig oft sehr schnell ein- und ausgeschaltet werden. Daher kann kein Triac benutzt werden, da dieses elektronische Bauteil nur ausgeschaltet werden kann, wenn die Spannung (der Strom, aber das ist das gleiche für die Lampen) Null wird.

Die zweite Idee war es, den gleichgerichteten Netzstrom für die PWM zu nutzen, da es für die Lampen egal ist, in welche Richtung der Strom fließt. Daher kann die PWM-Schaltung durch Hochspannungs-Feldeffekttransistoren (FETs) realisiert werden.

Die Abbildung [ac.png] zeigt die Netzspannung, die an den BlueBrightnessControl4s ankommt. Diese Spannung wird dann gleichgerichtet (siehe Abb. [rect.png]) und man erhält eine Halbwellenspannung, die mit 100Hz pulsiert. Auf Basis der pulsierenden Spannung ist die PWM mit 32kHz angesetzt, so dass der Strom 320 Mal pro halber Sinuswelle ein- und ausgeschaltet wird. Das kann leider nicht in einer Grafik veranschaulicht werden, da es zu fein für die Abbildung wäre. Stattdessen zeigen die Bilder [pwm.off.png], [pwm.low.png], [pwm.medium.png], [pwm.high.png] und [pwm.on.png] PWM-Signale, die mit einer PWM-Frequenz von 1kHz bei fünf Helligkeitsstufen generiert werden (aus, dunkel, mittel, hell, an).

Das serielle Datenprotokoll wird über eine verdrillte Leitung übermittelt, die das Standard-Protokoll benutzt, das auch die seriellen Ports normaler PCs verwenden, das heißt NRZ-Kodierung der einzelnen Bits. Die grundsätzlichen Daten sind acht Bits breit und werden mit einem einzelnen Start-Bit und einem einzelnen Stopp-Bit mit 4800bps übermittelt.

Die vereinfachte Version eines "Current-Loops" wurde anstelle der +12V/-12V normaler serieller Ports genutzt, um im Gegensatz zu diesen Ports von normalen PCs Störungen auf den Leitungen weitestgehend zu vermeiden.

Die Senderseite gibt für eine logische 1 0V auf Draht A und +5V auf Draht B sowie +5V auf Draht A und 0V auf Draht B für eine logische 0. Auf der Empfängerseite wird der Stromkreis von einem Widerstand und einer LED auf einem Optokoppler (mit einer gewöhnlichen Diode in antiparellel für die andere Richtung) geschlossen.

Dadurch entsteht ein Strom mit beinahe konstantem Wert, der sich aber in der Richtung für eine logische 1 und eine logische 0 unterscheidet. Störungen, die sich nun in die Leitung induzieren, führen zu beinahe der gleichen Spannung in beiden Drähten, was fast nichts am fließenden Strom ändert.

Bits werden mit Non Return Zero (NRZ) kodiert, das heißt, dass für eine eine komplette Bit-Dauer eine logische 1 oder eine logische 0 auf die Leitung gelegt wird. Die Bit-Dauer beträgt 208.333us, was 4800bps ergibt.

Zur Veranschaulichung zeigen die Bilder [serial.x00.png], [serial.x01.png], [serial.x55.png], [serial.x7F.png], [serial.x80.png], [serial.xFE.png] und [serial.xFF.png] die Spannung zwischen den beiden Leitungen (A die negative und B die positive Anschlussklemme des Voltmeters), wenn bestimmte Werte (0x00, 0x01, 0x55, 0x7F, 0x80, 0xFE und 0xFF) übertragen werden. Das Start-Bit ist immer eine logische 0, gefolgt vom niederwertigsten Bit. Die anderen Bits werden der Reihe nach bis zum höchstwertigsten Bit gesendet und die Übermittlung endet mit einer logischen 1 als Stopp-Bit.

Das Anwendungsprotokoll ist recht einfach. Das erste Byte jeder Nachricht kann am gesetzten höchstwertigsten Bit erkannt werden. Dieses Bit ist für alle nachfolgenden Bytes der Nachricht gelöscht.

Das erste Byte bestimmt den Typ der Nachricht und impliziert weiterhin die Anzahl der zusätzlichen Bytes. Das Kommando, um die Lampen auszuschalten, besteht nur aus einem einzigen Byte. Das übliche Kommando, das die Helligkeitsstufen der Lampen, die mit einer BBC4 verbunden sind, besteht aus vier zusätzlichen Bytes, die die Helligkeitsstufen von 0 bis 127 festlegen.

Folgende Bytes, bei denen das höchstwertigste Bit gelöscht ist, werden ebenso wie unvollständige Nachrichten (das heißt, das Byte mit dem gesetzten höchtwertigsten Bit kommt zu früh an) ignoriert.

Die Haupt-Steuerung von bluebox besteht aus einem normalen PC, einer ISDN-Karte und zwei Ethernet-Karten. Etwas zusätzliche Ausstattung sorgt für die Verbindung zwischen Computer und ISDN- bzw. Internetleitung.

Telefon- und DSL-Leitungen kommen im Keller an. Von dort aus führt ein verdrilltes Kabel zum Haupt-Steuercomputer in der ersten Etage.

Die Grafik [control.svg] zeigt, dass diese Leitung zunächst den DSL-Splitter erreicht. Alles das, was das Telefon betrifft, wird weitergeleitet an den NTBA, der die Signale an den ISDN-S0 bus überträgt, der mit der ISDN-Schnittstelle des Computers verbunden ist. Der Internet-Teil ist verbunden mit einem gewöhnlichen DSL-Router, der den Computer (und ein kleines lokales Netzwerk, das zum arbeiten benutzt wird) mit dem Internet verbindet. All das wird durch die erste Ethernet-Schnittstelle erledigt.

Die zweite Ethernet-Schnittstelle sendet die Daten an die BDDs. Von dort aus führt ein Netzwerkkabel (cat. 5) zum Switch in der vierten Etage, mit dem die sieben BDDs auf den Etagen verbunden sind.

Die Software auf dem Steuercomputer besteht hauptsächlich aus vier Teilen (s. Abb. [software.svg]). Die ISDN-Leitungen werden in das sogenannte Extended Blinken ISDN Protocol (EBIP) konvertiert, um sie mit dem Haupt-Softwareblock zu verbinden, dem Blinkenlights Chaos Control Center (blccc), das um einige Module für bluebox erweitert wurde.

Die vom blccc generierten Pixeldaten werden dann vom Micrcontroller Unit Frame Protocol (MCUF) zum bl_proxy gesandt, der an dieser Stelle benutzt wird, um den Stream an die Internetnutzer und an blue_dist zu verteilen.

Letztendlich empfängt blue_dist den MCUF Stream und bereitet die Pixeldaten auf, bevor sie an die BDDs im passenden Format weitergeschickt werden.

blinkenisdn ist ein Perl-Skript, das von den Machern von Blinkenlights für Blinkenlights Arcade geschrieben wurde, um die ISDN-Leitungen zu steuern. Andere Programme können als Clients, das Extendend Blinken ISDN Prototkol (EBIP) benutzen, um die Informationen über eingehende Anrufe verarbeiten zu können.

Immer dann, wenn ein Anruf via EBIP von einem Programm akzeptiert wird, regelt blinkenisdn die ISDN-Arbeit und startet eine Hintergrund-Sounddatei auf der ISDN-Leitung. Zusätzlich wird erkannt, wenn Tasten auf dem Telefon gedrückt werden und die Informationen werden über EBIP an das Client-Programm weitergeleitet.

blccc (Blinkenlights Chaos Control Center) ist die wichtigste Kontrollanwendung von bluebox und wurde ebenfalls von den Machern von Blinkenlights für Blinkenlights Arcade geschrieben.

Die Hauptaufgabe besteht darin, Filme aus der Playliste abzuspielen. Abgesehen davon ist es möglich, die Playliste um sogannente BModules zu erweitern, die jeder schreiben kann, der mit C-Code umgehen kann. Ein BModule ist ein gemeinsam neutzbare Bibliothek, die genauso wie jeder andere Film aus der Playliste "abgespielt" werden kann. Das heißt, die Bibliothek wird geladen und generiert dann die anzuzeigenden Pixel-Daten.

Das BText Modul (ursprünglich geschrieben vom Blinkenlights-Team, aber erweitert für das bluebox-Projekt) sucht nach kurzen anzuzeigenden Textnachrichten und schreibt diese auf das Display, sofern eine Nachricht gefunden wurde. Dieses Modul sollte natürlich nicht zu oft eingesetzt werden, da die meiste Zeit Text auf die Dauer langweilig wird.

Pixel-Daten werden im Microcontroller Unit Frame Protokoll (MCUF) per UDP zu einem einzigen Empfänger gesendet, bl_proxy im bluebox-Setup.

Das blccc verbindet sich mit blinkenisdn via EBIP und nimmt dann Anrufe von den ISDN-Leitungen entgegen. Wenn angerufen wird, startet ein vorgegebenes BModule, BPongMulti, im bluebox-Setup. Durch Codes in Form von "*code#“ kann das aktive Modul verändert werden. Außerdem ist es möglich, die loveletter-Funktion zu starten, bei der ein Film nicht in der Playlist liegt, sondern mit einem Code abgerufen werden kann.

Während die ISDN-Verbindung aktiv ist, werden die gedrückten Tastem durch EBIP empfangen und an das aktive Modul weitergeleitet. Somit ist es möglich, auf dem bluebox-Bildschirm Spiele zu spielen.

Für das bluebox-Setup wurden drei Spiele geschrieben. BPongMulti ist ein Pong-Spiel mit mehreren Bällen. Die zusätzlichen Bälle mussten eingeführt werden, da das bluebox-Display sehr breit ist und das Spiel mit nur einem Ball schnell langweilig geworden wäre. Im Zusammenhang mit bluebox wird das Spiel dennoch einfach Pong genannt.

BPacman ist eine Implementierung von Pacman mit einigen Spielfeldern für verschiedene Display-Größen (natürlich ist auch eines auf den bluebox-Bildschirm zugeschnitten). Pacman muss bekanntermaßen die Punkte essen und jeglichen Zusammenstoß mit den Geistern vermeiden. Auf Grund der niedrigen Auflösung gibt es jedoch nur zwei Geister und keine Objekte, die Pacman dazu befähigen, die Geister zu fressen. Die Geister werden besiegbar, sobald Pacman alle Punkte gegessen hat.

BSitris4 ist ein Tetris-Derivat für breite Displays. Die Steine "fallen" von der Seite in das Spielfeld und müssen in der Mitte angeordnet werden. Um die Größe des Bildschirms logisch zu verkleinern, ergeben zwei horizontale Pixel nebeneinander ein logischen Tetris-Pixel. Zusätzlich dazu ist das Spielfeld in der Mitte gespiegelt, so dass ein logisches Pixel vier Mal auf dem Display zu sehen ist. Im Zusammenhang mit bluebox heißt das Spiel Symmetris.

bl_proxy ist ein Werkzeug, um Pixel-Daten zu empfangen, auszuwählen und wieder zu verteilen, wobei es in der Lage ist, die Daten zwischen verschiedenen Protokollen und Bildschirmformaten umzuwandeln.

bl_proxy erkennt und filtert auf Grundlage einer Menge von flexiblen Regeln ankommende Streams. Es verteilt verschiedene Prioritäten und Zeitüberschreitungs-Werte an diese Streams basierend auf den Regeln. Danach werden die Stresma an einen oder mehrere Ausgänge verteilt.

Jeder Ausgang sucht den Stream mit der höchsten Priorität heraus, der noch keiner Zeitüberschreitung unterliegt und sendet die Frames dieses Streams zu denClients. Diese Clients können statisch konfiguriert sein oder sich dynamisch melden.

Währen der bl_proxy einen Stream empfängt und verschickt, kann er zwischen den Protokollen Blinkenlights Protocol (BLP), Extended Blinkenlights Protocol (EBLP) und Microcontroller Unit Frame protocol (MCUF) konvertieren. Weiterhin kann er die Größe der Pixeldaten und/oder die Anzahl der Kanäle und die Anzahl der Farben verändern.

Im Rahmen von bluebox wird der bl_proxy nur für MCUF-Streams mit 98x7 Pixeln und einem Kanal benutzt. Es erhält ausschließlich einen Stream vom blccc und leitet diesen an blue_dist und möglicherweise an mehrere dynamische Clients im Internet weiter.

blue_dist wird verwendet, um den MCUF-Stream aufzuteilen und in das richtige Datenformat für die BDDs zu bringen. Es kann alle erhaltenen Pixeldaten gemäß seiner Konfiguration in mehrere Teile aufteilen und verpackt diese in Kommandos für die BBC4s.

Diese Kommandos werden dann für alle BBC4s zusammengepackt, die mit einem einzigen BDD verbunden sind. Für den Versand dieser Datenblöcke über Ethernet wird UDP verwendet.

Falls blue_dist eine Zeitüberschreitung des ankommenden Streams erkennt, sendet es ein Ausschalt-Kommando an die BBC4s über die BDDs. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, den bluebox-Bildschirm am Tag auszuschalten, indem einfach der Stream von bl_proxy zu blue_dist gestoppt wird.