家用太阳能热水器控制器发展演绎历程
来源：中国太阳能产业联盟网
显示仪，顾名思义主要功能是显示太阳能热水器水箱内的水温和水位情况。太阳能热水器上水最初是人工操作，往往是把水箱里的水用完了才手动开启球阀上水，当水从溢流管里溢时表示水已上满，再手动关闭球阀。用水时，不知道热水器里有多少水量和水的温度，给用户生活带来了很大的不便。针对这些不便，早期一些太阳能热利用企业研发出了显示仪。显示仪的主要功能就是显示太阳能热水器里的水温和水位，缺水报警，水满提示，犹如给了太阳能热水器一双眼睛。虽然早期的显示仪外观比较简单，但是很受市场青睐。
上水仪的主要功能除了显示水温水位以外，还能够控制电磁阀自动上水。这样用户在使用太阳能热水器时就不用担心忘记上水，或忘记停止上水而溢流。
随着太阳能热水器在全国各地的推广，也遇到一些特殊的使用情况，比如自来水水压低而无法上水，北方地区冬季上下水管冻堵等。针对这些问题一种新型的控制器—全自动控制器出现了。它和上水仪主要的区别就是能够控制增压泵和电热带。
1.4全智能控制器（见图4）
由于太阳能热水器的能量来源是太阳光照，有些地区有时光照不足，或者阴天下雨导致太阳能热水器没有热水可用，针对这一情况，一些仪表控制企业经过努力，研发全智能控制器。它与全自动控制器主要的区别就是可以辅助加热，这样就可以保证用户每天都有热水用，真正实现“随心所浴”。
2太阳能热水器控制器主机的技术进程太阳能热水器控制器的主要技术体现在控制器的功能和可靠性方面。功能是以方便使用为核心。可靠性是以软硬件结合的方式，以用水用电安全为目的。2008年太阳能热利用行业制定了《家用太阳能热水系统控制器》国家标准，标志着太阳能热水器控制器有标准可依。
2.1太阳能热水器控制器的硬件
早期的控制器屏幕是用两位数码管来显示水温，用4个发光二极管来表示水位，后来采用LCD或彩色LED屏幕。显示仪显示内容丰富直观，有水温水位、北京时间、警告故障图标提醒，工作状态等。
控制器的核心器件应属单片机。如果把太阳能热水器控制器比作是太阳能热水器的大脑，那么单片机就是控制器的大脑。太阳能热水器控制器早期是用RC震荡技术来进行水温水位测量的，后来随着全球芯片价格的降低，2009年行业开始引进AD技术，该技术的最大优点就是采样精确度高，控制更加精准。随着太阳能热利用行业的壮大，目前市场上已有专门为太阳能热水器控制器定制的单片机，专业应对各种苛刻条件，使用更加适合、稳定、可靠。
2.2太阳能热水器控制器的软件创新
太阳能热水器控制器的软件有很多技术创新功能,如人工智能、过载保护、水位自适应功能等。
1.人工智能：可以通过软件实现模仿太阳的升起和降落，再根据天气阴晴变化，日照强度，水量多少，水温高低，在合适的时间自动启动上水和加热。即节能又人性化。
2.过载保护：当启动电加热、电热带或水泵时，若电流超过负载额定电流或负载短路时，控制器会自动切断相应的供电电源，以免造成电加热管、电热带、水泵或控制器损坏。
3.水位自适应：控制器根椐用户使用水质的纯净程度和传感器长期使用造成的灵敏度下降情况自动调节灵敏度，保证水位显示正确性。
2.3太阳能热水器控制器的功能
1.安全自检：开机时全屏点亮进行安全自检，并发出“嘀”提示音，表示机器处于正常状态。
2.北京时间：实时显示北京时间。
3.水位、水温指示：显示太阳能热水器内部实际水位和实际水温。
4.水位、水温预置：可预置加水水位50%、80%、100%；可预置加热温度范围：30℃～80℃。
5.缺水报警：当水位从高变低，出现缺水状态时，蜂鸣报警，同时20%水位闪烁。
6.高温炸管保护：通电时，水位＜20%（缺水）且水温≥95℃时禁止自动上水，防止炸管。建议此状态下不要手动开启上水。
7.掉电记忆：在断电情况下，控制器会保存用户之前设置的所有参数，当通电时控制器能按以前设定的模式及功能运行。
8.自动防溢流：缺水上水60分钟后，仍缺水视为真空管破裂停止上水。80%水位启动上水功能30分钟后，水位没有上满则停止上水。
9.强制上水：水位传感器出现故障时，按上水键实现强制上水8分钟，每分钟会有蜂鸣提示。
10.过载保护：当控制器负载电流超过额定电流或负载短路时，控制器会自动切断供电电源，同时蜂鸣10声，“过载”指示灯闪烁。此功能可有效防止因水泵堵转发热或电加热管、电热带老化从而引起诸如电热带起火等一系列恶性事故。
11.缺水上水：当水位从高变低到缺水状态时，延时30分钟自动上水至手动上水预置水位。
12.低水压保护：在上水过程中，水压过低或停水，控制器会自动进入低水压状态。此功能可避免在低水压或停水时产生以下后果：a.电磁阀、水泵长期通电运行，造成水泵空转烧毁；b.由于太阳能真空管破裂或其他原因漏水，造成长期流水。
13.温控上水：当水箱水未加满且水温高于用户设定的温控上水温度时自动补水至低于温控温度10℃的合适水温。此功能可防止出现低水量、高水温的不合理现象。具备温控功能的时间：9:00-17:00。
14.补水延时：在温控模式下，当正在用水（水位发生下降）或有按键关水时，控制器自动延时60分钟启动上水。此功能可避免用户正在用水时启动上水。
15.恒温加热：水箱内水温低于设定恒温加热温度5℃，立即启动加热至预置恒温加热温度。加热时水位不能低于整个水箱的50%，若水位低于整个水箱50%，先启动上水，再启动加热，以避免干烧。若手动关闭加热，则暂停恒温加热功能一小时。
16.恒水位：水箱水位低于预置的恒水位，延时15分钟启动上水至手动预置水位（若手动预置水位小于等于恒水位预置水位，则将水箱上满水）；若手动停止上水，则暂停恒水位上水功能1h。
17.管道解冻：冬天室外气温较低时，可按解冻键启动电热带，防止水管冻裂。解冻时间可以按设置键进行设定；通电时间到达设定时间后自动关闭电热带，也可按解冻键即时关闭电热带。当电热带正在工作时有停电，控制器会记忆此状态；重新来电时，控制器会自动开启电热带。
18.自动增压：在供水水压较低时，可连接水泵辅助增加上水压力，在上水时，控制器打开电磁阀同步启动水泵加压供水，上水结束时，两者同时关闭。
19.省电屏保：控制器在45分钟内无操作则自动熄灭，可按任意键点亮；设置中选择关闭省电屏保功能，则屏幕一直点亮；出厂设置为常亮（0F）。
20.防干烧保护：当水位低于整个水箱的50%启动电加热时，先自动上水至50%，再启动电加热至设置温度。
21.水箱防冻保护：当水箱内水温低于5℃时自动启动电辅助加热至10℃时停止，防止水箱上冻以致堵塞。若水位低于50％，先立即启动上水，再启动加热，以免干烧。
22.漏电保护：当辅助电加热管、增压泵、电热带漏电达到额定动作电流时，控制器会自动切断所有输出电源，同时蜂鸣10声，“漏电”图标闪烁。
23.定时模式：可设定多次定时上水、多次定时加热。时间及参数用户可根据需要重新设定，完全满足用户个性化需求。
24.智能模式：可以通过软件实现模仿太阳的升起和降落，再根据天气阴晴变化，日照强度，水量多少，水温高低，在合适的时间自动启动上水和加热。
3主要技术指标
1.测温精度：±1℃；
2.测温范围：0～99℃；
3.控温精度：±1℃；
4.水位分档显示；
5.可控水泵、电热带、电加热；
6.漏电动作电流：≤10mA0.1s。太阳能热水器控制器技术还包括低功耗技术、排空计算、触摸技术、语音技术、有线无线通信技术、手机无线掌控技术、以太网技术、热水计量技术等。
4水温水位传感器技术
水温传感器：广泛使用1%精度负温度系数NTC的热敏电阻，B值3435。水位传感器：主要有电极式、电容式、压力式3种。电极式传感器是比较实用普遍的，电容式传感器和压力式传感器优点是可以细化测量水量的比例，但是电容式的抗干扰能力较弱，而压力式水位传感器的价格普遍较高，不适合用于家用太阳能热水器。以下重点介绍电极式水位传感器。
太阳能热水器电极式水位传感器原理：用4个电阻把水箱划分为5挡，分别为缺水20%、50%、80%、100%。水是导电液体，水浸没哪个电极就可以通过主机采样识别是哪一档。
太阳能热水器水位传感器的难题是防水性能、结垢和导电性能。随着不断的探索和改进，以上难题已逐步克服。电极式传感器按照结构形式分类主要有不锈钢棒形、不锈钢爪式、硅胶棒形3种类型；按数据传输方式分类为有线传感器和无线传感器，其中有线传感器线的个数根据不同的设计有所不同，主要有2根、3根、4根。
水位传感器是测量水位的，所以就不得不提到水质对传感器的影响。大家都知道水是导电的液体，但是纯净水却是完全不导电的。现实中，在福建、广西、云南、贵州等地山区的泉水导电离子较少，导致水位采样出错。不过，通过收集不同地区，大量水质导电性的数据进行分析计算，才得以解决。水温水位传感器的发展和主机的发展是同步进行的。
5 太阳能热水器控制器的新技术未来，太阳能热水器控制器技术会向系统化、模块化方向发展。结合热泵、燃气、地热采暖等设备，利用电脑，手机等终端产品，基于网络平台组成系统化模块，应用于住房建设、农业、工业等领域。家用方面可以实现打开水龙头就有合适的热水可用，无需用户做任何操作。
触摸全智能产品（见图6），除了实现基本的功能以外，首次实现了红外感应技术在行业内的使用。设计风格上融入了更多家电的元素，力求做到家居一体化的效果。
全新一代产品，可实现基于无线2G或3G网络的远程控制，也可以通过局域无线网络连接实现基于广域网络的远程控制。
6 结语
我国太阳能热水器产业升级带动了控制器产品结构升级。如今，我国太阳能热水器控制产品已完成最初级的水温水位显示仪、上水仪到高端产品所需的高精度、高稳定性产品：全自动、全智能控制器等产品的过渡。下一步将广泛使用触摸智能控制器、远程控制器等新一代产品。太阳能热水器仪表企业只有不断地提升创新能力才能继续生存和发展并逐步壮大。
