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)絡為基礎，以 zigbee 無線通訊為核心的網(wǎng)絡
架構；
l 燈控系統(tǒng)所配套到的燈具，均符合國家相關亮度標準，適應不同現(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
為響應我國對青少年的視力保護倡導，我校在對教室的檢查中，發(fā)現(xiàn)目前較
大多數(shù)的室內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
學習亮度變化落差大，亮度過強或過弱的情況存在，導致學生眼睛易疲勞，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)漏關等情況，導致學校
多余的電費支出；3、當室內環(huán)境光照強度達到日間照明時室內燈光依然開著，
浪費現(xiàn)有資源；鑒于存在的這些情況，我們總結出：需要提供一種能夠將教室亮
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；其次是從不同的學習環(huán)境設置不同的照明亮度，以達到保護眼睛的目的。
2.2 建設目標
實現(xiàn)系統(tǒng)的標準功能，包括通過管理系統(tǒng)實現(xiàn)遠程開關某一教室或某一功能
區(qū)域的燈具；定時開啟或關閉某一教室或某一功能區(qū)域的燈具；設置不同教室、
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，以及開關燈狀
態(tài)；
2.3 建設內容與規(guī)劃
2.3.1 總體網(wǎng)絡技術方案規(guī)劃
管理系統(tǒng)采用 BS 結構的方式，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)控開關狀態(tài)；因此，需要系統(tǒng)服務器和這些設備采用“軟鏈接”方式，
再需要結合心跳包數(shù)據(jù)進行實時狀態(tài)確認和網(wǎng)絡狀態(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)關設備統(tǒng)一向上向下
作數(shù)據(jù)中轉作用；
2.3.2 建設內容
為加強學校教室燈光的規(guī)范化管理及安全性管理，保護學生視力健康，為學
校提供安全、高效、健康、節(jié)能的目的，實現(xiàn)智慧校園改造；
本次建設計劃進行學校的 13 個教室進行增補改造，建設內容包括軟硬件兩
大部分，其中
硬件建設內容：
1. 采用優(yōu)于市場標準化的要求，重新鋪設燈具線路，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；
軟件建設內容：
1. 支持遠程和本地控制開關燈具；
2. 支持定時開關某一教室或某一功能區(qū)的燈；
3. 調節(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. 總體架構設計
在分析了對本次項目提出的建設需求后，充分考慮系統(tǒng)功能全面性及技術實
現(xiàn)上的先進行、可擴展性等要求，整個學校智慧照明系統(tǒng)建設項目的總體架構模
型規(guī)劃如下：
2.3.4. 系統(tǒng)功能結構
本次工程應用系統(tǒng)的總體功能架構如下圖：
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
單設備控制的響應時間不超過 5s，多設備控制的響應時間不超過 10 秒。
2.5.3 系統(tǒng)可維護性
遵循軟件工程的建設規(guī)律，提供關于本項目的明確的軟件質量目標體系和審
查制度，采用系統(tǒng)結構化、模塊化設計方法，遵循《GB 8566－1995 信息技術軟
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》、《智能建筑設計標準》(GB/T50314-2000)、《民用建筑電氣設計規(guī)范》
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(JGJ/16-92)、《工業(yè)企業(yè)通信接地設計規(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)、《低壓配電設計規(guī)范》(GB50054-95)、
《建筑物防雷設計規(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)權限控制，僅有權限用戶
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：當操作人員依據(jù)錯誤信息將故障排除后，可自動恢復到工作狀態(tài)；
3 技術設計方案
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《中小學校普通
教室照明設計安裝衛(wèi)生要求》（GB/T36876-2018），在這項新標準中對中小學校普
通教室桌面、黑板面照度和設計安裝衛(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。宜按光源設計壽命統(tǒng)一更換。
3.調光系統(tǒng)
調光系統(tǒng)分多個回路控制。教室照明燈具第一橫排的每個燈具應由單獨回路
開關控制，在使用多媒體教學時，可手動或自動分別調節(jié)照明照度。其余每一縱
列燈具由獨立回路開關控制。
3.2 系統(tǒng)組成
3.2.1 服務器
服務器是整個系統(tǒng)的核心運行組件，燈控系統(tǒng)的正常運行，需要服務器的全
力支撐，可以根據(jù)用戶需求提供云服務器或者本地服務器；服務器優(yōu)缺點：
3.2.2 網(wǎng)關
網(wǎng)關是負責下級通訊層與網(wǎng)絡層的數(shù)據(jù)交換工作，
即下層的工作站設備將自身的數(shù)據(jù)進行主動上傳，在網(wǎng)
關內進行數(shù)據(jù)整理，然后統(tǒng)一上傳至服務器；網(wǎng)關與下
層設備采用最新物聯(lián)網(wǎng) zigbee 協(xié)議進行數(shù)據(jù)交換，網(wǎng)關
與上層服務器通過成熟穩(wěn)定的TCP/IP協(xié)議進行網(wǎng)絡交互；
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
要接收服務器下發(fā)指令，進行調光或開關操作。
燈光控制器通過輸出 0-10V 的控制電壓，傳輸
給驅動板，由驅動板驅動燈具進行正常工作；
燈光控制器不具備網(wǎng)絡功能，與網(wǎng)關進行 zigbee 通訊，接收服務器指令；
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、休息、恒照
度；該 6 種模式基本包括了教學過程中的所有場景；
3.2.6 室內燈具
室內燈具是系統(tǒng)中的重要配件，燈光在保證室內亮度的同時，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控制；
l 4.設備具備心跳檢測功能，設備不受控時，系統(tǒng)可及時在系統(tǒng)內顯示；
l 5.系統(tǒng)支持直接搜索出網(wǎng)內網(wǎng)關，自動進行網(wǎng)關下子設備的搜索和綁定
以及更名；
l 6.系統(tǒng)實時顯示教室內的空間亮度值（顯示單位：lm）；
l 7.系統(tǒng)實時顯示燈具的開關狀態(tài)；
l 8.系統(tǒng)支持對每個燈組設置默認輸出值；
l 9.系統(tǒng)支持對每個教室燈組設置亮度保持值，通過預設亮度保持值，教
室自動維持該亮度不變，如果教室環(huán)境亮度變化，燈光自動微調保持；
l 10.系統(tǒng)支持定時開關燈；
l 11. 支持多功能場景下面板控制設置，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，每個網(wǎng)關可以支持 100 個設備；
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)支持定時開關燈，定時時間按年月日時分進
行設置；
3.4 系統(tǒng)預計成效
3.4.1 調節(jié)室內光線強度，杜絕學生眼睛疲勞
系統(tǒng)通過預設的亮度值，可以將室內的統(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節(jié)，確保室內燈光為標準亮度，此舉可
降低每個教室內 98%的學生的用眼疲勞。
3.4.2 降低室內燈具功率，減少學校電力支出
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%,，預計 60 間教室，每個 教室 12 盞燈，實際總耗電量下降 20%，預計節(jié)省電力 27331.2 度電；
3.4.3 運用智能燈光系統(tǒng)，實現(xiàn)領先智慧校園
系統(tǒng)本身是基于高新技術進行研發(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，對學校的科技化發(fā)展和科技化管理工作。
