第2章 系统总体设计
2.1 设计原则与依据
2.1.1 设计原则
系统将遵循以下四大核心原则，确保项目成功落地和长期有效运营：
1.先进性
技术选型先进：
采用云计算、物联网、大数据等成熟的主流技术架构，确保系统在未来5-8年内不落后。例如，平台层采用微服务架构，便于功能独立升级和扩展。
理念超前：
不仅实现设备控制，更注重数据的采集与分析，为展厅的运营管理提供智能决策支持，从“被动控制”走向“主动管理”。
2.可靠性
系统高可用：
关键设备（如中控主机、网络交换机）采用冗余、热备份设计，确保7x24小时不间断稳定运行。平台部署在高可用的云服务器或本地集群上，避免单点故障。
数据安全：
建立完善的数据备份与恢复机制，对控制指令和关键数据进行加密传输，保证系统安全和数据隐私。
抗干扰能力：
具备应对网络波动、电压不稳等异常情况的能力，保证核心控制功能的稳定执行。
3.开放性
协议兼容性强：
系统核心设备（中控主机）需支持多种国际标准和行业通用控制协议（如TCP/IP, RS232/485, KNX, DMX512, DALI等），具备强大的第三方设备接入能力。
接口标准化：
提供标准化的API接口，便于未来与票务系统、访客系统、OA办公系统等进行数据对接与业务融合，避免形成“信息孤岛”。
模块化设计：
软件和硬件均采用模块化设计，可根据展厅需求变化灵活地进行功能扩展和规模扩容。
4.易用性
用户界面友好：
面向管理员、操作员等不同角色，提供简洁直观、符合人机工程学的操作界面（如图形化拖拽配置、一键场景模式）。关键信息一目了然，操作流程不超过3步。
安装维护便捷：
硬件设备易于安装和调试，软件平台提供完善的远程运维和故障诊断功能，降低后期维护难度和成本。
2.1.2 设计依据
系统设计严格遵循国家及行业的相关标准、规范，主要包括（但不限于）：
GB 50174-2017《数据中心设计规范》
GB/T 50314-2015《智能建筑设计标准》
GB 50526-2010《视频显示系统工程技术规范》
GB 50799-2012《电子会议系统设计规范》
JGJ/T 285-2014《建筑设备监控系统工程技术规范》
其他相关的电气安装、安全防范、网络通信等国家标准。
2.2 系统建设目标
建设目标概括为“三个一”，旨在全面提升展厅的智能化管理水平。
1.实现“一键式”场景化控制
目标：
将复杂的设备控制逻辑封装成简单的“场景模式”。管理员或讲解员只需在平板或触摸屏上点击一个按钮（如“欢迎模式”、“会议模式”、“清场模式”），即可按预设流程自动控制灯光、音响、视频、窗帘等多个子系统，极大提升操作效率和参观体验的连贯性。
2.构建“一张网”物联化管理
目标：
利用物联网技术，通过统一的网络（有线/IP为主，无线为辅）将展厅内所有智能设备（如灯光、空调、投影机、传感器等）连接起来，实现所有设备的状态实时监测、远程控制、故障报警，变传统的分散、孤立管理为集中、可视化的统一管理。
3.打造“一平台”大数据分析
目标：
构建一个统一的中央管理平台，不仅用于控制，更是数据中心。平台能收集设备运行能耗、设备使用频率、参观人流密度等数据，并通过可视化图表进行分析，为优化展厅运营（如节能策略、展项受欢迎度评估、设备维护周期）提供数据驱动的决策依据。
2.3 系统总体架构
系统采用分层、解耦的经典物联网架构，确保各层职责清晰，便于开发和维护。其总体架构如下所示：
2.3.1 感知层（设备接入与数据采集层）
功能：是系统的“神经末梢”，负责执行控制指令和采集现场数据。
构成：
受控设备：
包括显示设备（投影机、LED屏）、音响设备（功放、音箱）、灯光设备（调光器、开关模块）、环境设备（空调、电动窗帘）、互动展项等。
传感器：
包括人流传感器、温湿度传感器、光照度传感器、门磁传感器等，用于采集环境数据，实现自动化控制。
2.3.2 网络层（信息传输层）
功能：
是系统的“神经网络”，负责安全、可靠、实时地传输感知层的采集数据到平台层，以及将平台层的控制指令下发到感知层。
构成：
有线网络：
采用标准以太网（TCP/IP）作为主干网络，保证传输带宽和稳定性。对于特定子系统，可能使用专用的总线（如KNX、DALI）。
无线网络：
作为补充，在不易布线的区域采用Wi-Fi或ZigBee等无线技术，连接移动控制终端和部分传感器。
2.3.3 平台层（数据与业务核心层）
功能：是系统的“大脑”，负责数据的处理、存储、分析和业务逻辑调度。
核心服务：
设备管理：实现所有接入设备的注册、状态监控、故障告警。
场景引擎：存储和执行各种复杂的场景控制逻辑。
数据中枢：存储设备运行数据、能耗数据、操作日志等，并提供数据分析能力。
权限管理：为不同角色的用户分配不同的操作权限。
2.3.4 应用层（人机交互层）
功能：是系统与用户交互的“界面”，将平台层的能力以具体应用的形式呈现给用户。
主要形态：
固定式中控触摸屏：
安装在主控室、讲解员站等关键位置，提供全功能的控制界面。
移动端APP：
安装在iPad等平板电脑上，提供移动控制能力，方便讲解员随身携带。
综合管理大屏（仪表盘）：
面向管理层，以可视化图表形式集中展示系统运行态势、能耗统计、参观数据等关键指标。
第3章 系统设计方案
3.1 智能中控管理平台（软件核心）
该平台是整个系统的“智慧大脑”，采用B/S（浏览器/服务器）架构，方便管理员通过网页进行远程管理。
3.1.1 统一用户认证权限管理
核心功能：建立基于角色的访问控制（RBAC）模型。
实现方式：
角色定义：超级管理员、系统管理员、操作员、游客（只读）等。
权限粒度：
可精细控制到具体功能模块（如场景编辑、设备控制、数据查看）和具体设备（如仅能控制A区灯光）。
安全认证：
支持用户名/密码、双因子认证，所有操作日志留痕，确保操作可追溯。
3.1.2 设备统一运维管理
核心功能：对所有接入的设备进行全生命周期管理。
实现方式：
设备台账：记录设备名称、型号、IP地址、物理位置、通信协议等电子档案。
状态监控：实时显示设备在线/离线、运行/待机/故障状态。
故障告警：
设备通信中断或异常时，平台通过弹窗、声音、短信等多种方式立即告警，并生成维修工单。
远程诊断与维护：
支持对支持IP协议的设备（如投影机）进行远程重启、参数配置、固件升级。
3.1.3 场景模式管理
核心功能：将复杂的多设备联动逻辑封装为“一键式”场景。
实现方式：
图形化配置：通过拖拽式界面，以时间轴或流程图方式编排设备动作。
典型场景示例：
讲解模式：
讲解员到达A展区 -> 自动调亮A区灯光、降低其他区域亮度、开启A区投影和音响、播放指定视频内容。
会议模式：
关闭演示性展项、开启会议灯光、降下投影幕布、开启投影仪及麦克风。
清场模式：
一键关闭所有非安防用电设备（灯光、媒体播放），启动安防布防。
3.1.4 日程计划任务管理
核心功能：实现展厅的自动化运行，减少人工干预。
实现方式：
日历式排程：设置每日、每周、特定日期的自动化任务。
任务示例：
定时开/关馆：工作日9:00执行“开馆模式”，17:30执行“清场模式”。
节能控制：中午休息时间，自动调暗公共区域灯光或关闭部分展项。
设备维护：每周日凌晨3:00，自动重启所有网络设备，保持系统稳定性。
3.1.5 能耗监测统计分析
核心功能：
量化能源消耗，为绿色、低碳展厅运营提供数据支持。
实现方式：
数据采集：
通过智能电表或设备自身的能耗数据接口，采集各回路、各设备的实时功率和用电量。
多维度分析：
按时间（日/月/年）、区域（A区/B区）、设备类型（照明/AV设备）进行能耗统计与对比分析。
能效报表：
自动生成能耗报表，识别能耗异常和高耗能设备，辅助制定节能策略。
3.1.6 数据可视化大屏
核心功能：为管理层提供全局、直观的运营态势“一张图”。
展示内容：
设备总览：在线设备数量、故障设备告警列表。
能耗总览：当日总耗电量、与昨日对比、各区域能耗占比饼图。
环境监测：各区域实时温湿度、空气质量数据。
参观数据：实时在馆人数（通过与门禁或客流计数器联动）、各展项互动热度排名。
3.2 受控子系统集成方案
通过中控主机及其扩展模块，实现对展厅内各子系统的集中管控。
3.2.1 音视频系统控制
控制对象：投影机、液晶屏、LED屏、视频矩阵、音频处理器、功放、音响。
控制方式：
投影机/LED屏：通过IP或RS232协议，控制其开/关、输入源切换。
视频矩阵：
通过IP或RS232协议，实现信号路由切换（如将1号电脑的信号切换到3号投影机）。
音频处理器/功放：
通过IP、RS232或红外学习，控制整体音量、静音、输入源选择。
联动效果：
启动“宣传片播放”场景时，自动开启指定显示器、切换至对应信号源、调节音量至合适水平。
3.2.2 灯光系统控制
控制对象：基础照明（筒灯、灯带）、氛围照明（射灯、RGB彩灯）、展项照明（重点照明灯具）。
控制方式：
开关控制：通过继电器模块，控制灯光回路通断。
调光控制：
通过DALI或0-10V调光模块，实现灯光亮度的无极调节，营造不同氛围。
场景控制：不同模式下，调用预设的灯光场景（如全亮、半亮、重点照明）。
节能策略：配合红外传感器，实现“人来灯亮，人走灯暗”。
3.2.3 展项互动系统控制
控制对象：
互动触摸屏、互动投影、VR/AR设备、沙盘、特殊效果控制器（如雾机、风机）。
控制方式：
电源管理：通过电源时序器或智能插座，顺序上电/断电，保护精密设备。
程序联动：
通过TCP/IP协议向互动主机发送指令，启动/停止特定的互动内容或应用程序。
状态同步：
确保当参观者触发互动时，相关联的灯光、音响设备能同步响应。
3.2.4 环境系统控制
控制对象：中央空调、新风系统、电动窗帘/遮阳幕。
控制方式：
空调/新风：
通过Modbus、BACnet等楼宇自控协议，设定温度、风速、模式，并监测环境温湿度。
电动窗帘：通过干接点或KNX等协议，控制其开、关、停。
舒适与节能：
根据日程和人员活动情况，自动调节环境至舒适状态，无人时自动进入节能模式。
3.2.5 安防系统联动
联动对象：门禁系统、视频监控系统、入侵报警系统。
联动逻辑：
布防联动：
执行“清场模式”后，自动向安防平台发送布防信号，并调取关键通道的监控画面显示在中控大屏上。
报警联动：
当报警系统被触发，自动执行“报警模式”：全厅灯光全亮、相关区域视频画面弹出、录像，并通知安保人员。
3.3 中控操作终端方案
3.3.1 固定式中控触摸屏
部署位置：总控室、讲解员主控台、展厅入口等关键节点。
特点：
工业级设计，稳定性高，集成在墙面或台面，提供7x24小时不间断服务。界面布局固定，信息密度高，适合进行全面、复杂的控制。
3.3.2 移动式中控终端（iPad/Android平板APP）
核心价值：赋予操作者（尤其是讲解员）极大的移动性和灵活性。
功能特点：
与固定屏功能同步：可执行所有场景控制和设备操作。
位置感应：
结合iBeacon等室内定位技术，当讲解员走近某展区时，APP界面自动切换至该展区的控制面板。
离线容错：在网络短暂中断时，仍能执行已下载的场景指令。
3.3.3 可视化操作界面（UI/UX）设计
设计原则：直观、高效、防误操作。
关键要素：
图形化映射：操作界面与展厅物理布局完全对应，设备图标一目了然。
状态可视化：
设备状态通过颜色（绿色在线/红色故障/灰色离线）和动画实时反馈。
场景化导航：
一级界面即为几个核心的“场景模式”大按钮，简化高频操作。
分级权限显示：
不同权限的用户登录后，只能看到和操作其权限范围内的设备和功能。
第4章 核心设备选型与技术参数
4.1 中控系统核心设备
4.1.1 中控主机（系统的“大脑”）
中控主机是整个系统的运算与控制核心，负责处理所有逻辑指令并与外围设备通信。
选型维度
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推荐配置与技术要求
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备注与说明
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品牌与型号
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国际一线品牌：Crestron（快思聪）CP4系列、AMX（哈曼）NX系列。 |
国际品牌性能稳定、生态成熟，但成本高；国内品牌性价比高，服务响应快。需根据预算抉择。
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核心性能参数
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- 处理器：多核ARM或x86架构，主频≥1.5GHz。 |
端口数量是衡量主机能力的关键，需确保端口类型和数量满足当前及未来3-5年的扩展需求。
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协议支持
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必需支持：TCP/IP, UDP, HTTP/HTTPS, RS232, RS485, IR（红外）, Contact Closure（干接点）。 |
协议支持越广泛，系统集成能力越强，兼容性越好。
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选型：
对于大型或高端展厅，建议采用国际品牌以确保极致稳定性和对复杂协议的完美支持。对于中小型或预算敏感项目，选择国内一线品牌的旗舰产品，其功能完全满足常规需求。
4.1.2 网络协议网关（系统的“翻译官”）
由于中控主机无法直接理解所有设备的“语言”（协议），用协议网关进行协议转换。
网关类型
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功能描述
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典型应用场景
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KNX/IP网关
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将KNX总线信号与TCP/IP网络进行双向转换。
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连接基于KNX标准的智能照明、窗帘、空调面板等欧洲标准的楼宇控制系统。
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DALI网关
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将DALI灯光控制信号转换为TCP/IP信号。
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对每个灯具进行精确的调光、场景控制和状态监测。
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BACnet/IP网关
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将BACnet MS/TP总线信号（常用于暖通空调）转换为TCP/IP。
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接入中央空调机组、新风机组等环境设备。
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通用串口服务器
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将RS232/RS485信号转换为TCP/IP信号。
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接入仅支持串口通信的“老旧”或专业设备，如老旧投影机、大屏、矩阵等。
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参数：
协议转换效率（延迟）、带载设备数量、工作温度范围。
4.1.3 中控触摸屏（系统的“脸面”）
类型
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技术参数与要求
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安装与适用场景
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固定式触摸屏
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- 尺寸：7英寸至15英寸不等，常用10英寸。 |
安装在总控室、展厅入口等固定位置，提供7x24小时不间断服务，适合全面控制。
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移动式平板电脑
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- 系统：iOS（iPad）或 Android。 |
供讲解员或工作人员移动使用，灵活性极高，是团队接待模式的理想终端。
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4.2 受控设备接口协议清单
4.2.1 常用控制协议对比
协议名称
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全称/特点
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典型应用
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优点
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缺点
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TCP/IP
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传输控制协议/网际协议
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几乎所有新型网络设备（网络摄像头、网络音频处理器、智能电视）
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标准化、高速、远程控制、可跨网络
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设备需有网络栈，配置稍复杂
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RS232/RS485
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串行通信协议
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投影机、显示器、矩阵、摄像头（球机）等专业AV设备
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协议简单、稳定、抗干扰强
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传输距离短（RS232<15m）、只能点对点（RS232）、速率低
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DMX512
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数字多路传输协议
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舞台灯光、景观照明、LED灯带等需要精确调光调色的设备
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专为灯光控制设计、512通道、可串联
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需要专用线缆，传输距离受限
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DALI
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数字可寻址照明接口
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灯具的精确调光、分组、场景控制
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双向通信（可反馈状态）、无需重新布线即可灵活分组
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系统相对封闭，主要针对照明
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KNX
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智能楼宇控制标准
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照明、窗帘、空调、安防等整个楼宇智能化系统
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标准化、开放、系统稳定、兼容性好
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系统成本较高，布线有特定要求
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红外（IR）
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红外遥控
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电视、空调等消费电子产品
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成本低、通用性强
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单向控制、需直视、易受干扰
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4.2.2 各品牌设备推荐控制方式清单
常见设备品牌的首选和备选控制方式，在项目中以设备具体型号的官方技术手册为准。
设备类型
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品牌示例
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首选控制方式
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备选控制方式
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关键控制指令（示例）
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投影机
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Barco（巴可）, Christie（科视）, Panasonic（松下）
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TCP/IP
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RS232
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PWR ON, PWR OFF, SOURCE HDMI1
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液晶/OLED显示器
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Samsung（三星）, LG, Sony（索尼）
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TCP/IP
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RS232
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PWR ON, PWR OFF, VOL UP
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视频矩阵
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Extron（爱思创）, Crestron（快思聪）
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TCP/IP
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RS232
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SWITCH INPUT 1 OUTPUT 3
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音频处理器
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Biamp（拜安普）, QSC
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TCP/IP
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RS232
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MUTE CH1 ON, VOLUME CH2 50
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中央空调
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大金（Daikin）, 麦克维尔（McQuay）
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BACnet/IP或 MODBUS
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干接点
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SET TEMP 24, FAN SPEED AUTO
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LED显示屏
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利亚德（Leyard）, 洲明（Unilumin）
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TCP/IP
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RS232/RS485
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PLAY LIST1, BRIGHTNESS 80
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电动窗帘/屏幕
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Somfy（尚飞）, Screen Research
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干接点或 RS485
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KNX
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OPEN, CLOSE, STOP
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要点：
1.控制代码库：
在项目初期，应要求设备供应商或集成商提供完整的、可测试的控制代码库（CCL）或协议文档。
2.提前测试：
在设备安装前，务必在实验室环境中完成中控主机与各类设备的通信联调测试，确保所有指令准确无误。
3.统一规划：
尽可能优先选择支持TCP/IP协议的设备，简化布线（利用现有网络）和系统结构。
第5章 典型应用场景流程
系统在三种核心业务场景下的自动化工作流程。这些流程通过时间轴事件、人员触发和系统联动相结合的方式实现，旨在提升运营效率、优化参观体验并保障安全。
5.1 团队接待模式
场景目标：
为重要访客、旅行团或商务考察团队提供一条龙、无缝衔接的高规格接待服务，展现展厅的专业性与科技感。
参与系统：
预约系统、楼宇自控系统、灯光系统、音视频系统、门禁系统、中控平台。
流程系统联动逻辑：
流程步骤：
1.预约触发（前序步骤）：
访客或接待部门通过线上预约系统提交申请，信息（时间、人数、单位）同步至中控平台。
平台自动为该预约创建一条接待任务。
2.环境预启动（提前30分钟，自动执行）：
在预约时间前30分钟，平台定时任务自动触发“预启动”指令。
环境系统：
开启展厅空调和新风系统，将温湿度调节至舒适范围（如夏季24℃），确保团队入场时环境宜人。
3.讲解员就位与身份认证（接待开始时）：
讲解员在入口处通过刷卡、扫码或人脸识别进行身份认证。
中控系统识别身份后，自动将“团队接待”的控制权限下发至该讲解员绑定的iPad APP，界面自动呈现定制化的接待场景按钮。
4.一键启动欢迎仪式（讲解员主导触发）：
讲解员点击APP上的 “欢迎模式”按钮。
序厅联动效果：
灯光：序厅主照明缓缓调至100%亮度，重点照明聚焦于企业标识或主题展墙。
音视频：背景音乐响起，弧形幕或多媒体墙开始播放企业宣传片或欢迎视频。
此举瞬间提升访客的期待感和仪式感。
5.按路线自动激活展项（流程核心，自动化进行）：
讲解员引导团队进入A展区。系统可通过以下两种方式感知并自动激活：
自动感知：
通过红外传感器或UWB定位技术检测到人群进入A展区，自动触发A展区场景。
手动触发：讲解员在iPad上轻扫或点击“下一展区”。
激活动作：点亮A区灯光、开启投影机播放特定内容、互动展项进入待机状态。
节能与氛围控制：
同时，系统自动熄灭或调暗刚刚离开的序厅的灯光和设备，实现能源节约和视觉引导。
6.接待结束与一键清场（讲解员主导触发）：
全体人员离场后，讲解员点击APP上的 “清场模式”。
系统执行：按照预设顺序（如：先关闭音视频，再关闭照明，最后关闭空调）延时关闭所有设备，避免电流冲击，并进入安防布防状态。
数据记录：平台自动记录本次接待的能耗、设备运行时长等数据，用于后续分析。
5.2 无人参观模式（节能与自动化模式）
场景目标：在散客或无团队时段，实现展厅的自动化运行与精细化管理，最大限度节约能源，降低运营成本。
参与系统：人流传感器、灯光系统、音视频系统、环境系统。
详细流程：
1.待机状态：
展厅处于低功耗待机状态，仅保留必要的安防设备和监控摄像头运行。公共区域保持基础照明或完全关闭。
2.人员进入检测：
当游客进入展厅入口或某个展区时，红外或激光人流传感器检测到移动信号，并将信号上传至中控平台。
3.自动激活区域资源：
平台接收到信号后，立即执行该区域的“无人参观”场景指令：
灯光系统：将该区域的基础照明调亮至安全舒适的亮度（如70%）。
音视频系统：以较低音量播放背景音乐或导览词。
互动展项：启动待机程序，准备响应互动。
4.持续监测与延时关闭：
传感器持续监测区域内的活动。如果在设定的时间段内（如10分钟）未再检测到人员，系统判定人员已离开。
平台触发延时关闭指令（如延迟2分钟），平稳地关闭该区域的灯光、音响等设备，恢复至待机状态。
5.价值：
此模式实现了“人来灯亮、人走灯熄”的智能化管理，相比传统全天候全开模式，节约高达40%的能耗。
5.3 紧急安防模式
场景目标：
在发生消防报警、非法入侵等紧急情况时，系统自动执行预设预案，为人员疏散和安全处置创造有利条件，并将警情信息集中推送。
参与系统：
消防报警系统、入侵报警系统、视频监控系统、灯光系统、音视频系统、中控平台。
详细流程：
1.报警触发：
当消防系统的烟感/温感探测器，或安防系统的红外对射、门磁被触发时，报警主机产生硬接点报警信号。
2.系统自动联动（毫秒级响应）：
中控平台通过干接点采集模块接收到报警信号，立即无条件执行“紧急安防”模式，无需人工确认：
灯光系统：强制开启所有照明回路至100%亮度，确保疏散通道清晰可见。
音视频系统：
立即停止或大幅调低所有背景音乐和媒体播放音量，避免干扰警报声和指挥指令。
广播系统：自动切入消防应急广播，播放疏散指令。
视频监控系统：
联动预置位，自动将报警点附近的监控摄像头转向预设的观察位置，并将实时画面弹窗显示在中控大屏的最顶层。
3.信息集中告警：
中控大屏和所有操作员终端上以最高优先级弹出醒目的报警窗口，显示报警时间、位置、类型（如火警、入侵）。
同时触发声光报警器，并自动将报警信息通过短信或App推送通知给安保负责人。
4.辅助决策：
原创声明：本文仅供学习交流，未经作者书面授权不得用于商业目的。
