1.1 定義
l
物聯網系統中燈控系統是對校園燈光的一系列智能化管控；
l
燈控系統采用以有線網絡為基礎，以 zigbee 無線通訊為核心的網絡
架構；
l 燈控系統所配套到的燈具，均符合國家相關亮度標準，適應不同現
場環境下的照度需求；
l 燈控系統所涉及的管控范圍，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，實現校園
的智能照明；
2 系統總體描述
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，發現目前較
大多數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
假性近視，甚至近視、弱視等情況；2.教室燈光經常出現漏關等情況，導致學校
多余的電費支出；3、當室內環境光照強度達到日間照明時室內燈光依然開著，
浪費現有資源；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，達到降耗節能的
目的；其次是從不同的學習環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
實現系統的標準功能，包括通過管理系統實現遠程開關某一教室或某一功能
區域的燈具；定時開啟或關閉某一教室或某一功能區域的燈具；設置不同教室、
不同功能區域標準亮度，系統自動打開燈光維持教室處于標準亮度；系統建設信
息化監控大屏，可以實時觀察到系統檢測到的校園燈具用電功耗，以及開關燈狀
態；
2.3 建設內容與規劃
2.3.1 總體網絡技術方案規劃
管理系統采用 BS 結構的方式，軟件系統需要對全區域的所有控制器進行在
線檢測，監控開關狀態；因此，需要系統服務器和這些設備采用“軟鏈接”方式，
再需要結合心跳包數據進行實時狀態確認和網絡狀態確認；
整體系統基于 TCP/IP 協議進行通訊，以計算機作為控制終端；
另外，下層控制器通過 zigbee 協議形成溝通層，由網關設備統一向上向下
作數據中轉作用；
2.3.2 建設內容
為加強學校教室燈光的規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、節能的目的，實現智慧校園改造；
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. 采用優于市場標準化的要求，重新鋪設燈具線路，優化燈具位置和高度；
2. 系統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的燈；
3. 調節燈具輸出，維持教室亮度值為健康亮度；
4. 故障燈具自動檢測上報；
5. 數據信息大屏的展示（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，充分考慮系統功能全面性及技術實
現上的先進行、可擴展性等要求，整個學校智慧照明系統建設項目的總體架構模
型規劃如下：
2.3.4. 系統功能結構
本次工程應用系統的總體功能架構如下圖：
2.4 通訊接口
系統通過 TCP/IP 協議，以 web 的方式進行訪問。
2.5 性能需求
2.5.1 系統可靠性
包括軟硬件可靠性，根據校園照明特點，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 系統可維護性
遵循軟件工程的建設規律，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 計算機軟件產品開發文件編程指南》、《GB/T
12505－90 計算機軟件配置管理計劃規范》、《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范》
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(JGJ/16-92)、《工業企業通信接地設計規范》(GBJ79-1985)、《電氣裝置安裝工程電
纜線路施工及驗收規范》
(GB50168-92)、《安全防范工程程序與要求》
(GA/T75-94)、
《安全防范系統適用圖形符號》(GA/74-94)、《低壓配電設計規范》(GB50054-95)、
《建筑物防雷設計規范》(GB50057-2904)，另外在用戶參與下的系統測試過程，
提供詳細的、完整的、清晰的、規范的各個階段的最終軟件文檔。
2.5.4 系統易用性
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 系統安全性
操作安全：要求管理系統能對不同類型的用戶實現權限控制，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；
數據安全：要求系統能提供優秀的恢復機制，數據可自動備份；
2.5.6 系統容錯性
錯誤提示：系統對燈具的開關過程進行實時檢查，當出現錯誤時，顯示錯誤
的信息提示用戶；
錯誤恢復：當操作人員依據錯誤信息將故障排除后，可自動恢復到工作狀態；
3 技術設計方案
3.1 教室燈具安裝規范及標準
國家市場監督管理總局、國家標準化管理委員會批準發布了《中小學校普通
教室照明設計安裝衛生要求》（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生要求都進行了詳細規定：
1 教室桌面、黑板面照度衛生要求
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%；
統一眩光值（UGR）不宜大于 19。
2.光源
宜采用色溫 3300K~5300K，顯色指數不低于 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一更換。
3.調光系統
調光系統分多個回路控制。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 系統組成
3.2.1 服務器
服務器是整個系統的核心運行組件，燈控系統的正常運行，需要服務器的全
力支撐，可以根據用戶需求提供云服務器或者本地服務器；服務器優缺點：
3.2.2 網關
網關是負責下級通訊層與網絡層的數據交換工作，
即下層的工作站設備將自身的數據進行主動上傳，在網
關內進行數據整理，然后統一上傳至服務器；網關與下
層設備采用最新物聯網 zigbee 協議進行數據交換，網關
與上層服務器通過成熟穩定的TCP/IP協議進行網絡交互；
3.2.3 燈光控制器
燈光控制器是屬于系統中的執行部件，主
要接收服務器下發指令，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絡功能，與網關進行 zigbee 通訊，接收服務器指令；
3.2.4 亮度傳感器
亮度傳感器在系統中屬于感知部件，起到完
成現場亮度值變成數字量的過程；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
控制面板在系統中作為本地控制用，控制面板的按鍵
定義支持在系統中自定義按鍵執行動作，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
數值為健康值，且符合國家相應標準；
3.3 系統功能
l 1.燈光信息 PC 端針對性呈現，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，系統可及時在系統內顯示；
l 5.系統支持直接搜索出網內網關，自動進行網關下子設備的搜索和綁定
以及更名；
l 6.系統實時顯示教室內的空間亮度值（顯示單位：lm）；
l 7.系統實時顯示燈具的開關狀態；
l 8.系統支持對每個燈組設置默認輸出值；
l 9.系統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，如果教室環境亮度變化，燈光自動微調保持；
l 10.系統支持定時開關燈；
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.同一局域網下支持多個網關，每個網關可以支持 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 系統預計成效
3.4.1 調節室內光線強度，杜絕學生眼睛疲勞
系統通過預設的亮度值，可以將室內的統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，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，根
據外部光源補充亮度，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%，預計節省電力 27331.2 度電；
3.4.3 運用智能燈光系統，實現領先智慧校園
系統本身是基于高新技術進行研發的一套系統，具有高度智能化以及高度控
制化的特點，屬于新興的技術產品，經過長時間的運行測試，已經可以靈活運用
在校園中進行管理了，這樣的智慧產品，對學校的科技化發展和科技化管理工作。