1.1 定義

l

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中燈控系統(tǒng)是對校園燈光的一系列智能化管控；

l

燈控系統(tǒng)采用以有線網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，以 zigbee 無線通訊為核心的網(wǎng)絡(luò)

架構(gòu)；

l 燈控系統(tǒng)所配套到的燈具，均符合國家相關(guān)亮度標準，適應(yīng)不同現(xiàn)

場環(huán)境下的照度需求；

l 燈控系統(tǒng)所涉及的管控范圍，可支持校園全覆蓋，包括教室燈、走

廊燈、辦公室燈、樓道燈、校園路燈等，平臺高度集成控制，實現(xiàn)校園

的智能照明；

 

 

2 系統(tǒng)總體描述

 

2.1 項目背景

為響應(yīng)我國對青少年的視力保護倡導(dǎo)，我校在對教室的檢查中，發(fā)現(xiàn)目前較

大多數(shù)的室內(nèi)燈光主要存在兩點問題：1.燈光亮度固定，受外界光線影響，室內(nèi)

學(xué)習(xí)亮度變化落差大，亮度過強或過弱的情況存在，導(dǎo)致學(xué)生眼睛易疲勞，引發(fā)

假性近視，甚至近視、弱視等情況；2.教室燈光經(jīng)常出現(xiàn)漏關(guān)等情況，導(dǎo)致學(xué)校

多余的電費支出；3、當室內(nèi)環(huán)境光照強度達到日間照明時室內(nèi)燈光依然開著，

浪費現(xiàn)有資源；鑒于存在的這些情況，我們總結(jié)出：需要提供一種能夠?qū)⒔淌伊?/span>

度保持一致的產(chǎn)品思路，實時對教室亮度進行反饋和控制，一方面可以使教室亮

度趨向于標準教室的照度，一方面也可以減少燈具的輸出功率，達到降耗節(jié)能的

目的；其次是從不同的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)置不同的照明亮度，以達到保護眼睛的目的。

 

2.2 建設(shè)目標

實現(xiàn)系統(tǒng)的標準功能，包括通過管理系統(tǒng)實現(xiàn)遠程開關(guān)某一教室或某一功能

區(qū)域的燈具；定時開啟或關(guān)閉某一教室或某一功能區(qū)域的燈具；設(shè)置不同教室、

不同功能區(qū)域標準亮度，系統(tǒng)自動打開燈光維持教室處于標準亮度；系統(tǒng)建設(shè)信

息化監(jiān)控大屏，可以實時觀察到系統(tǒng)檢測到的校園燈具用電功耗，以及開關(guān)燈狀

態(tài)；

 

  

2.3 建設(shè)內(nèi)容與規(guī)劃

 

2.3.1 總體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方案規(guī)劃

管理系統(tǒng)采用 BS 結(jié)構(gòu)的方式，軟件系統(tǒng)需要對全區(qū)域的所有控制器進行在

線檢測，監(jiān)控開關(guān)狀態(tài)；因此，需要系統(tǒng)服務(wù)器和這些設(shè)備采用“軟鏈接”方式，

再需要結(jié)合心跳包數(shù)據(jù)進行實時狀態(tài)確認和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)確認；

整體系統(tǒng)基于 TCP/IP 協(xié)議進行通訊，以計算機作為控制終端；

另外，下層控制器通過 zigbee 協(xié)議形成溝通層，由網(wǎng)關(guān)設(shè)備統(tǒng)一向上向下

作數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)作用；

 

2.3.2 建設(shè)內(nèi)容

為加強學(xué)校教室燈光的規(guī)范化管理及安全性管理，保護學(xué)生視力健康，為學(xué)

校提供安全、高效、健康、節(jié)能的目的，實現(xiàn)智慧校園改造；

本次建設(shè)計劃進行學(xué)校的 13 個教室進行增補改造，建設(shè)內(nèi)容包括軟硬件兩

大部分，其中

硬件建設(shè)內(nèi)容：

1. 采用優(yōu)于市場標準化的要求，重新鋪設(shè)燈具線路，優(yōu)化燈具位置和高度；

2. 系統(tǒng)燈具選用符合國家標準的燈具，光源采用標準色溫；

 

軟件建設(shè)內(nèi)容：

1. 支持遠程和本地控制開關(guān)燈具；

2. 支持定時開關(guān)某一教室或某一功能區(qū)的燈；

3. 調(diào)節(jié)燈具輸出，維持教室亮度值為健康亮度；

4. 故障燈具自動檢測上報；

5. 數(shù)據(jù)信息大屏的展示（可選功能）；

 

 

 

 

 

 

 

2.3.3. 總體架構(gòu)設(shè)計

在分析了對本次項目提出的建設(shè)需求后，充分考慮系統(tǒng)功能全面性及技術(shù)實

現(xiàn)上的先進行、可擴展性等要求，整個學(xué)校智慧照明系統(tǒng)建設(shè)項目的總體架構(gòu)模

型規(guī)劃如下：

 

2.3.4. 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

本次工程應(yīng)用系統(tǒng)的總體功能架構(gòu)如下圖：

 

 

2.4 通訊接口

系統(tǒng)通過 TCP/IP 協(xié)議，以 web 的方式進行訪問。

 

2.5 性能需求

2.5.1 系統(tǒng)可靠性

包括軟硬件可靠性，根據(jù)校園照明特點，平均無故障時間（MTBF）不低于

15000h。

 

2.5.2 時間特性

單設(shè)備控制的響應(yīng)時間不超過 5s，多設(shè)備控制的響應(yīng)時間不超過 10 秒。

 

2.5.3 系統(tǒng)可維護性

遵循軟件工程的建設(shè)規(guī)律，提供關(guān)于本項目的明確的軟件質(zhì)量目標體系和審

查制度，采用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化、模塊化設(shè)計方法，遵循《GB 8566－1995 信息技術(shù)軟

件生存期過程》、《GB 8567－88 計算機軟件產(chǎn)品開發(fā)文件編程指南》、《GB/T

12505－90 計算機軟件配置管理計劃規(guī)范》、《GB/T 16680-1996 軟件文檔管理指

南》、《智能建筑設(shè)計標準》(GB/T50314-2000)、《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》

4 / 125 / 12

(JGJ/16-92)、《工業(yè)企業(yè)通信接地設(shè)計規(guī)范》(GBJ79-1985)、《電氣裝置安裝工程電

纜線路施工及驗收規(guī)范》

(GB50168-92)、《安全防范工程程序與要求》

(GA/T75-94)、

《安全防范系統(tǒng)適用圖形符號》(GA/74-94)、《低壓配電設(shè)計規(guī)范》(GB50054-95)、

《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》(GB50057-2904)，另外在用戶參與下的系統(tǒng)測試過程，

提供詳細的、完整的、清晰的、規(guī)范的各個階段的最終軟件文檔。

 

2.5.4 系統(tǒng)易用性

圖形化的、友好的人機界面，直觀易懂，簡潔方便，便于操作者快速使用。

 

2.5.5 系統(tǒng)安全性

操作安全：要求管理系統(tǒng)能對不同類型的用戶實現(xiàn)權(quán)限控制，僅有權(quán)限用戶

方可進行門體查看和操作，確保門體管理的安全；

數(shù)據(jù)安全：要求系統(tǒng)能提供優(yōu)秀的恢復(fù)機制，數(shù)據(jù)可自動備份；

 

 

2.5.6 系統(tǒng)容錯性

錯誤提示：系統(tǒng)對燈具的開關(guān)過程進行實時檢查，當出現(xiàn)錯誤時，顯示錯誤

的信息提示用戶；

錯誤恢復(fù)：當操作人員依據(jù)錯誤信息將故障排除后，可自動恢復(fù)到工作狀態(tài)；

 

3 技術(shù)設(shè)計方案

3.1 教室燈具安裝規(guī)范及標準

國家市場監(jiān)督管理總局、國家標準化管理委員會批準發(fā)布了《中小學(xué)校普通

教室照明設(shè)計安裝衛(wèi)生要求》（GB/T36876-2018），在這項新標準中對中小學(xué)校普

通教室桌面、黑板面照度和設(shè)計安裝衛(wèi)生要求都進行了詳細規(guī)定：

1 教室桌面、黑板面照度衛(wèi)生要求

維持平均照度不低于 300lx，照度均勻度不低于 0.7；黑板面維持平均照度

不低于 500lx，照度均勻度不低于 0.8。2 教室照明的設(shè)計安裝衛(wèi)生要求

1.燈具

宜采用懸掛式格柵燈具，燈具效率不應(yīng)低于 60%；

統(tǒng)一眩光值（UGR）不宜大于 19。

2.光源

宜采用色溫 3300K~5300K，顯色指數(shù)不低于 80，小于 26mm 細管徑直管形稀

土三基色熒光燈。宜按光源設(shè)計壽命統(tǒng)一更換。

 

 

3.調(diào)光系統(tǒng)

調(diào)光系統(tǒng)分多個回路控制。教室照明燈具第一橫排的每個燈具應(yīng)由單獨回路

開關(guān)控制，在使用多媒體教學(xué)時，可手動或自動分別調(diào)節(jié)照明照度。其余每一縱

列燈具由獨立回路開關(guān)控制。

 

 

 

 

 

 

 

3.2 系統(tǒng)組成

3.2.1 服務(wù)器

 

服務(wù)器是整個系統(tǒng)的核心運行組件，燈控系統(tǒng)的正常運行，需要服務(wù)器的全

力支撐，可以根據(jù)用戶需求提供云服務(wù)器或者本地服務(wù)器；服務(wù)器優(yōu)缺點：

 

 

 

 

3.2.2 網(wǎng)關(guān)

網(wǎng)關(guān)是負責下級通訊層與網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)交換工作，         

即下層的工作站設(shè)備將自身的數(shù)據(jù)進行主動上傳，在網(wǎng)

關(guān)內(nèi)進行數(shù)據(jù)整理，然后統(tǒng)一上傳至服務(wù)器；網(wǎng)關(guān)與下

層設(shè)備采用最新物聯(lián)網(wǎng) zigbee 協(xié)議進行數(shù)據(jù)交換，網(wǎng)關(guān)

與上層服務(wù)器通過成熟穩(wěn)定的TCP/IP協(xié)議進行網(wǎng)絡(luò)交互；

 

 

3.2.3 燈光控制器

燈光控制器是屬于系統(tǒng)中的執(zhí)行部件，主

要接收服務(wù)器下發(fā)指令，進行調(diào)光或開關(guān)操作。

燈光控制器通過輸出 0-10V 的控制電壓，傳輸

給驅(qū)動板，由驅(qū)動板驅(qū)動燈具進行正常工作；

燈光控制器不具備網(wǎng)絡(luò)功能，與網(wǎng)關(guān)進行 zigbee 通訊，接收服務(wù)器指令；

 

3.2.4 亮度傳感器

亮度傳感器在系統(tǒng)中屬于感知部件，起到完

成現(xiàn)場亮度值變成數(shù)字量的過程；亮度傳感器的

安裝需要有嚴格的要求，避免安裝在室內(nèi)亮度不

均勻的場所；

 

3.2.5 控制面板

控制面板在系統(tǒng)中作為本地控制用，控制面板的按鍵

定義支持在系統(tǒng)中自定義按鍵執(zhí)行動作，控制面板默認需

要滿足幾種模式：上課、下課、投影、自習(xí)、休息、恒照

度；該 6 種模式基本包括了教學(xué)過程中的所有場景；

 

3.2.6 室內(nèi)燈具

室內(nèi)燈具是系統(tǒng)中的重要配件，燈光在保證室內(nèi)亮度的同時，還需要保證燈光參

數(shù)值為健康值，且符合國家相應(yīng)標準；

 

 

3.3 系統(tǒng)功能

l 1.燈光信息 PC 端針對性呈現(xiàn)，可用于大屏顯示；

l 2.可支持對所有教室燈進行分類標記，按組別或者區(qū)域進行分類顯示；

l 3.可對單個燈進行個性化控制，也可支持對多個燈進行定時開關(guān)控制；

l 4.設(shè)備具備心跳檢測功能，設(shè)備不受控時，系統(tǒng)可及時在系統(tǒng)內(nèi)顯示；

l 5.系統(tǒng)支持直接搜索出網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)關(guān)，自動進行網(wǎng)關(guān)下子設(shè)備的搜索和綁定

以及更名；

l 6.系統(tǒng)實時顯示教室內(nèi)的空間亮度值（顯示單位：lm）；

l 7.系統(tǒng)實時顯示燈具的開關(guān)狀態(tài)；

l 8.系統(tǒng)支持對每個燈組設(shè)置默認輸出值；

l 9.系統(tǒng)支持對每個教室燈組設(shè)置亮度保持值，通過預(yù)設(shè)亮度保持值，教

室自動維持該亮度不變，如果教室環(huán)境亮度變化，燈光自動微調(diào)保持；

l 10.系統(tǒng)支持定時開關(guān)燈；

l 11. 支持多功能場景下面板控制設(shè)置，上課，下課，休息，投影等燈光

場景模式以及該模式下的具體亮度（1%~100%）；

l 12.支持功耗計算，生成功耗報表；

l 13.可對場景及單燈進行個性化命名；

l 14.雙向通訊機制，狀態(tài)實時獲取；

l 15.整個通信過程采用 AES 加密；

l 16.賬號分級管理（Admin 賬號能分配管理權(quán)限）；

l 17.支持電量統(tǒng)計，故障報警功能。 

l 18.支持多功能觸控面板以及傳感器控制。

l 19.同一局域網(wǎng)下支持多個網(wǎng)關(guān)，每個網(wǎng)關(guān)可以支持 100 個設(shè)備；

l 20.支持固件在線升級（OTA）。

l 21.云端集中管理控制。

l 22.支持手機 app 控制；系統(tǒng)支持定時開關(guān)燈，定時時間按年月日時分進

行設(shè)置；

 

 

3.4 系統(tǒng)預(yù)計成效

3.4.1 調(diào)節(jié)室內(nèi)光線強度，杜絕學(xué)生眼睛疲勞

系統(tǒng)通過預(yù)設(shè)的亮度值，可以將室內(nèi)的統(tǒng)一亮度保持到國家標準水平，并且

按照不同場合所需要的照度值進行自動調(diào)節(jié)，確保室內(nèi)燈光為標準亮度，此舉可

降低每個教室內(nèi) 98%的學(xué)生的用眼疲勞。

 

3.4.2 降低室內(nèi)燈具功率，減少學(xué)校電力支出

系統(tǒng)在擁有外部光源補充的情況下，燈具自身的功率可以自動向下調(diào)節(jié)，根

據(jù)外部光源補充亮度，每臺燈具自身的能耗約下降 20%,，預(yù)計 60 間教室，每個 教室 12 盞燈，實際總耗電量下降 20%，預(yù)計節(jié)省電力 27331.2 度電；

 

3.4.3 運用智能燈光系統(tǒng)，實現(xiàn)領(lǐng)先智慧校園

系統(tǒng)本身是基于高新技術(shù)進行研發(fā)的一套系統(tǒng)，具有高度智能化以及高度控

制化的特點，屬于新興的技術(shù)產(chǎn)品，經(jīng)過長時間的運行測試，已經(jīng)可以靈活運用

在校園中進行管理了，這樣的智慧產(chǎn)品，對學(xué)校的科技化發(fā)展和科技化管理工作。