1.1 定義
l
物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中燈控系統(tǒng)是對(duì)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(biāo)準(zhǔn)，適應(yīng)不同現(xiàn)
場(chǎng)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(tái)高度集成控制，實(shí)現(xiàn)校園
的智能照明；
2 系統(tǒng)總體描述
2.1 項(xiàng)目背景
為響應(yīng)我國對(duì)青少年的視力保護(hù)倡導(dǎo)，我校在對(duì)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(diǎn)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(qiáng)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(fèi)支出；3、當(dāng)室內(nèi)環(huán)境光照強(qiáng)度達(dá)到日間照明時(shí)室內(nèi)燈光依然開著，
浪費(fèi)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(shí)時(shí)對(duì)教室亮度進(jìn)行反饋和控制，一方面可以使教室亮
度趨向于標(biāo)準(zhǔn)教室的照度，一方面也可以減少燈具的輸出功率，達(dá)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(dá)到保護(hù)眼睛的目的。
2.2 建設(shè)目標(biāo)
實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)功能，包括通過管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開關(guān)某一教室或某一功能
區(qū)域的燈具；定時(shí)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(biāo)準(zhǔn)亮度，系統(tǒng)自動(dòng)打開燈光維持教室處于標(biāo)準(zhǔn)亮度；系統(tǒng)建設(shè)信
息化監(jiān)控大屏，可以實(shí)時(shí)觀察到系統(tǒng)檢測(cè)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(duì)全區(qū)域的所有控制器進(jìn)行在
線檢測(cè)，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(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)確認(rèn)和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)確認(rèn)；
整體系統(tǒng)基于 TCP/IP 協(xié)議進(jìn)行通訊，以計(jì)算機(jī)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(qiáng)學(xué)校教室燈光的規(guī)范化管理及安全性管理，保護(hù)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(shí)現(xiàn)智慧校園改造；
本次建設(shè)計(jì)劃進(jìn)行學(xué)校的 13 個(gè)教室進(jìn)行增補(bǔ)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(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)的燈具，光源采用標(biāo)準(zhǔn)色溫；
軟件建設(shè)內(nèi)容：
1. 支持遠(yuǎn)程和本地控制開關(guān)燈具；
2. 支持定時(shí)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(dòng)檢測(cè)上報(bào)；
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(jì)
在分析了對(duì)本次項(xiàng)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(shí)
現(xiàn)上的先進(jìn)行、可擴(kuò)展性等要求，整個(gè)學(xué)校智慧照明系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)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(jìn)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(diǎn)，平均無故障時(shí)間（MTBF）不低于
15000h。
2.5.2 時(shí)間特性
單設(shè)備控制的響應(yīng)時(shí)間不超過 5s，多設(shè)備控制的響應(yīng)時(shí)間不超過 10 秒。
2.5.3 系統(tǒng)可維護(hù)性
遵循軟件工程的建設(shè)規(guī)律，提供關(guān)于本項(xiàng)目的明確的軟件質(zhì)量目標(biāo)體系和審
查制度，采用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化、模塊化設(shè)計(jì)方法，遵循《GB 8566－1995 信息技術(shù)軟
件生存期過程》、《GB 8567－88 計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品開發(fā)文件編程指南》、《GB/T
12505－90 計(jì)算機(jī)軟件配置管理計(jì)劃規(guī)范》、《GB/T 16680-1996 軟件文檔管理指
南》、《智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50314-2000)、《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》
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(JGJ/16-92)、《工業(yè)企業(yè)通信接地設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ79-1985)、《電氣裝置安裝工程電
纜線路施工及驗(yàn)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(hào)》(GA/74-94)、《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50054-95)、
《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50057-2904)，另外在用戶參與下的系統(tǒng)測(cè)試過程，
提供詳細(xì)的、完整的、清晰的、規(guī)范的各個(gè)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(jī)界面，直觀易懂，簡(jiǎn)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(duì)不同類型的用戶實(shí)現(xiàn)權(quán)限控制，僅有權(quán)限用戶
方可進(jìn)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(jī)制，數(shù)據(jù)可自動(dòng)備份；
2.5.6 系統(tǒng)容錯(cuò)性
錯(cuò)誤提示：系統(tǒng)對(duì)燈具的開關(guān)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查，當(dāng)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，顯示錯(cuò)誤
的信息提示用戶；
錯(cuò)誤恢復(fù)：當(dāng)操作人員依據(jù)錯(cuò)誤信息將故障排除后，可自動(dòng)恢復(fù)到工作狀態(tài)；
3 技術(shù)設(shè)計(jì)方案
3.1 教室燈具安裝規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)
國家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)批準(zhǔn)發(fā)布了《中小學(xué)校普通
教室照明設(shè)計(jì)安裝衛(wèi)生要求》（GB/T36876-2018），在這項(xiàng)新標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)中小學(xué)校普
通教室桌面、黑板面照度和設(shè)計(jì)安裝衛(wèi)生要求都進(jìn)行了詳細(xì)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(jì)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(xì)管徑直管形稀
土三基色熒光燈。宜按光源設(shè)計(jì)壽命統(tǒng)一更換。
3.調(diào)光系統(tǒng)
調(diào)光系統(tǒng)分多個(gè)回路控制。教室照明燈具第一橫排的每個(gè)燈具應(yīng)由單獨(dú)回路
開關(guān)控制，在使用多媒體教學(xué)時(shí)，可手動(dòng)或自動(dòng)分別調(diào)節(jié)照明照度。其余每一縱
列燈具由獨(dú)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(gè)系統(tǒng)的核心運(yùn)行組件，燈控系統(tǒng)的正常運(yùn)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(diǎn)：
3.2.2 網(wǎng)關(guān)
網(wǎng)關(guān)是負(fù)責(zé)下級(jí)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(jìn)行主動(dòng)上傳，在網(wǎng)
關(guān)內(nèi)進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(dòng)板，由驅(qū)動(dòng)板驅(qū)動(dòng)燈具進(jìn)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(jìn)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(chǎng)亮度值變成數(shù)字量的過程；亮度傳感器的
安裝需要有嚴(yán)格的要求，避免安裝在室內(nèi)亮度不
均勻的場(chǎng)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(dòng)作，控制面板默認(rèn)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(chǎng)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(shí)，還需要保證燈光參
數(shù)值為健康值，且符合國家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)；
3.3 系統(tǒng)功能
l 1.燈光信息 PC 端針對(duì)性呈現(xiàn)，可用于大屏顯示；
l 2.可支持對(duì)所有教室燈進(jìn)行分類標(biāo)記，按組別或者區(qū)域進(jìn)行分類顯示；
l 3.可對(duì)單個(gè)燈進(jìn)行個(gè)性化控制，也可支持對(duì)多個(gè)燈進(jìn)行定時(shí)開關(guān)控制；
l 4.設(shè)備具備心跳檢測(cè)功能，設(shè)備不受控時(shí)，系統(tǒng)可及時(shí)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(dòng)進(jìn)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(shí)時(shí)顯示教室內(nèi)的空間亮度值（顯示單位：lm）；
l 7.系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示燈具的開關(guān)狀態(tài)；
l 8.系統(tǒng)支持對(duì)每個(gè)燈組設(shè)置默認(rèn)輸出值；
l 9.系統(tǒng)支持對(duì)每個(gè)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(dòng)維持該亮度不變，如果教室環(huán)境亮度變化，燈光自動(dòng)微調(diào)保持；
l 10.系統(tǒng)支持定時(shí)開關(guān)燈；
l 11. 支持多功能場(chǎng)景下面板控制設(shè)置，上課，下課，休息，投影等燈光
場(chǎng)景模式以及該模式下的具體亮度（1%~100%）；
l 12.支持功耗計(jì)算，生成功耗報(bào)表；
l 13.可對(duì)場(chǎng)景及單燈進(jìn)行個(gè)性化命名；
l 14.雙向通訊機(jī)制，狀態(tài)實(shí)時(shí)獲取；
l 15.整個(gè)通信過程采用 AES 加密；
l 16.賬號(hào)分級(jí)管理（Admin 賬號(hào)能分配管理權(quán)限）；
l 17.支持電量統(tǒng)計(jì)，故障報(bào)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(gè)網(wǎng)關(guān)，每個(gè)網(wǎng)關(guān)可以支持 100 個(gè)設(shè)備；
l 20.支持固件在線升級(jí)（OTA）。
l 21.云端集中管理控制。
l 22.支持手機(jī) app 控制；系統(tǒng)支持定時(shí)開關(guān)燈，定時(shí)時(shí)間按年月日時(shí)分進(jìn)
行設(shè)置；
3.4 系統(tǒng)預(yù)計(jì)成效
3.4.1 調(diào)節(jié)室內(nèi)光線強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)水平，并且
按照不同場(chǎng)合所需要的照度值進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，確保室內(nèi)燈光為標(biāo)準(zhǔn)亮度，此舉可
降低每個(gè)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(bǔ)充的情況下，燈具自身的功率可以自動(dòng)向下調(diào)節(jié)，根
據(jù)外部光源補(bǔ)充亮度，每臺(tái)燈具自身的能耗約下降 20%,，預(yù)計(jì) 60 間教室，每個(gè) 教室 12 盞燈，實(shí)際總耗電量下降 20%，預(yù)計(jì)節(jié)省電力 27331.2 度電；
3.4.3 運(yùn)用智能燈光系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)領(lǐng)先智慧校園
系統(tǒng)本身是基于高新技術(shù)進(jìn)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(diǎn)，屬于新興的技術(shù)產(chǎn)品，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行測(cè)試，已經(jīng)可以靈活運(yùn)用
在校園中進(jìn)行管理了，這樣的智慧產(chǎn)品，對(duì)學(xué)校的科技化發(fā)展和科技化管理工作。