摘 要：采用太阳能无线多点控制技术设计一款适用于高端别墅用户的多点操控太阳能智能控制系统，满足现有市场上太阳能热水器高端客户群体的热水使用需求。多点控制技术可实现多个卫生间和厨房的共享使用与控制，手机无线远程网络监控可实现热水自由掌控，集温控补水、定时上水、恒温电热、定时电热等多种功能于一体，实现控制系统自动控制补水，充分吸收太阳能，保证太阳能热水器水箱内温度恒定，时时都有充足的热水供应。太阳能无线多点控制系统功能齐全，多点操作，随手操控，使用便捷。
关键词：多点控制；太阳能；智能控制系统；多点安装；温控补水
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2024）08-0194-05
DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.08.041
0 引 言
随着智能控制技术的发展，智能家居行业不断地进行技术创新与改进，作为智能家居中极具代表性的太阳能热水系统，因其具有无污染、低能耗的特性而更加符合智能物联与低碳生活的时代发展。太阳能热水系统的应用从早期的简单洗浴演变到现在的全方位热水、采暖等，使用方式越来越便捷、智能，使用需求越来越高端、精细。
太阳能无线多点控制技术使清洁能源应用与智能化便捷操作巧妙结合，解决了人们智能化的热水需求，给人们带来了更加丰富的智慧生活体验和享受。
1 技术现状
目前，太阳能控制系统多是由太阳能热水器厂家采用OEM或ODM，专业控制仪表厂家之间未形成统一标准，产品质量普遍较差[1]。
虽然太阳能热水器所具有的环保节能和经济实用特点与智能家居的主体理念不谋而合，但是太阳能热水器与当前主流智能家居系统的契合度并不高，智能化水平不高，现有的太阳能控制系统功能不够完善，针对多处用水的高端别墅用户，太阳能控制系统不具备多点控制功能，绝大部分操控以在室内直接点按操控为主，且在阴雨天光照不足时，对水箱内水的加热必须通过人工手动操作完成，在水温控制方面也很难达到人们的预期。另外，连续阴雨天气所带来的影响也使用户的智能热水体验感下降[1]。
太阳能控制系统自有的单机设计、单一安装点，不能实现多个卫生间和厨房的共享使用与控制，不能满足高档别墅用户享用智能热水的需求。因此，专门研究开发一款太阳能无线多点分布式控制系统，满足高端别墅用户多点操控太阳能的需求，解决了现行控制仪表只能在一处安装，不同用水点需要频繁不断地去仪表安装处进行调整的问题。
2 技术研究
根据太阳能热水系统主体的不同，太阳能无线多点控制系统分为紧凑式控制系统、非承压分体式控制系统、承压分体式控制系统三种，以紧凑式控制系统为例，安装位置示意图如图1所示。
借助太阳能无线多点控制技术可实现一拖多太阳能智能控制系统，满足高端别墅用户多点用热水的需求，并且解决了高端别墅用户多点操作、随手控制的问题，所涉及的主要技术如下：
1）实体平台搭建。搭建太阳能远程数据监控平台，实现实时远程监控太阳能运行数据；同时进行手机APP开发，通过路由器实现手机与太阳能热水系统的连接，连接后手机可直接控制太阳能热水系统的运行。
2）多点控制技术。通过主控器+多线控器设计实现多点操作、随手控制，无须到远处操作或频繁出入浴室。
3）集信息接收、智能控制、故障检测多种功能于一体。手机远程操控上水、电热，实现精准掌控热水信息，让安全舒适的热水顺畅到家。
4）温控补水，充分吸收太阳光热。系统根据水温自动控制补水，充分吸收太阳能，让充足的热水给全家人带来舒适的体验。
5）恒温电热，贴心到位。保证热水器水箱内温度恒定，时时都有充足的热水供用户享用。
太阳能无线多点控制系统包括一套控制系统主机（主控器，如图2所示）和多套显控分机（线控器，如图3所示），线控器与主控器组通信。主控器负责采集各种温度以及控制所有的输出设备；线控制器显示水箱温度、集热器温度、电热工作状态等，还进行按键操作以及进行各种参数的设置等。一套主机可连接1～10个显控分机，实现同时操作控制厨房与多个浴室用水点。
太阳能无线多点控制系统包含四路温度传感器，分别为水箱下部温度传感器T1、水箱上部温度传感器T2、集热器温度传感器T3、管道温度传感器T4 [2]。
菜单参数设置界面可以进行8项参数设定，依次为手动电热温度TS2设定、定温循环启动温度TS1设定、水位设定、本地时间设定、定时上水时段参数设定、定时电热时段参数设定、定时循环时段参数设定、启动/停止温差设定。
设置菜单参数时，可通过“上调”键或“下调”键设置当前参数值的大小，按“设置”键或8秒内无按键操作则自动保存当前参数值，并切换到下一参数设定状态。
3 技术设计实现
3.1 热水器上水功能程序设计
智控系统上水功能包括手动上水、温控补水、自动上水、定时上水、防干烧上水、防漏水、防炸管上水[3]：
1）手动上水。点按控制系统“上水”键开始上水，水位到达设置水位后自动停止上水。中途如需停止上水，只需再次点按“上水”键即可。
2）温控补水。长按“上水”键5秒钟，温控补水功能打开，温控补水图标点亮；再次长按“上水”键5秒钟，温控补水功能关闭。温控补水功能启动后，点按“上水”键即可停止上水，60分钟后，允许再次判断温控补水条件。
在温控补水状态下并且在9：00至17：30时间段内，当水位高于20%且水温升至60 ℃时，温控补水功能启动，开始上水；当水温降至55 ℃时，自动停止上水；当水温再次升至60 ℃时，温控补水功能再次启动，开始上水；如此循环往复，直至水箱里的水满为止。这样，在温控补水运行状态下，控制系统将根据水温自动控制补水，为用户提供更多的热水。
3）自动上水。水位低于20%时自动上水，达到设置水位时自动停止上水。
4）定时上水。控制系统可设置两次定时上水时间，长按“预约/查询”键5秒钟，设置定时上水时间，在时间到达定时上水时间时系统自动上水至设置水位。
5）防干烧上水。当水箱水位低于50%时，点按“电热”键，电加热不启动，为防止干烧，先启动上水至水位50%，自动停止上水。
6）防漏水。上水超过水满时间30分钟而未达到设定水位，判断为漏水，停止所有上水动作，蜂鸣器提示报警，以后每隔5分钟鸣叫一次予以提醒。
7）防炸管上水。当水箱内水位低于20%且水温高于90 ℃时，为防止真空管碎裂，所有上水功能失效。
3.2 热水器电加热功能程序设计
智控系统电加热功能包括手动加热、定时电热、防冻电热等[4]，设置电加热功能时，TS2为水箱设置温度30～75 ℃。
1）手动加热。在正常工作界面下，点按“电热”键，当水箱温度≤设置温度TS2-5 ℃时，即可手动开启电加热；当水箱温度T1≥TS2时，电加热关闭。电加热启动后，再次点按“电热”键，即可手动关闭电加热。
2）定时电热。时间进入电热开启时间段时，当水箱温度T2（上部传感器）≤电热设置温度TS2-5 ℃时，电加热启动；当水箱温度T2（上部传感器）≥电热设置温度TS2时，电加热关闭。
3）防冻电热。当水箱温度T2（上部传感器）≤3 ℃时，电加热启动；当水箱温度T2（上部传感器）≥8 ℃时，电加热关闭。
4）电热优先级。恒温电热功能启动后，恒温电热功能优先级将高于任何其他电热功能。
5）电加热图标指示。当电加热启动时， 屏幕图标闪烁显示；当没有任何电热功能启动且电加热也没有启动时， 屏幕图标常灭显示；当恒温电加热功能和定时电加热功能启动但不满足电加热启动条件时， 屏幕图标常亮显示。
3.3 集热功能程序设计
智控系统集热控制功能包括集热功能、用水管道循环、管道防冻等。
3.3.1 集热功能
集热功能主要是进行温差循环、防冻循环、防炸管循环控制和显示：
1）温差循环。当温差T3-T2≥ΔT“on”时，启动温差循环泵P1；当温差T3-T2≤ΔT“off”时，关闭温差循环泵P1。
注：当温差＜ΔT“on”时，循环30分钟后强行停止循环。
2）温差循环泵工作指示。温差循环泵启动后， 屏幕图标闪烁显示。
3）集热防冻循环。当T3≤5 ℃时，启动温差循环泵P1；当T3≥10 ℃时，关闭温差循环泵P1。
4）防炸管循环。当T3＞95 ℃时，温差循环泵P1运行10分钟停止20分钟，保持一定间隔循环运行，直至T3≤95 ℃时停止该循环。
5）防断电炸管保护。当温差T3-T2≥30 ℃时，以上所有温差循环功能失效；当温差T3-T2≤25 ℃时，以上所有温差循环功能恢复[5]。
3.3.2 用水管道循环
用水管道循环主要是进行手动管道循环、定时恒温循环、高温保护、管道防冻等控制和显示：
注：TS1为设置的管道定温循环启动温度30～
50 ℃。
1）手动管道循环。手动管道循环功能启动后，当用水管道温度T4≤TS1-5 ℃且水箱温度T2≥TS1+5 ℃时，定温循环泵P2启动；当用水管道温度T4≥TS1或水箱温度T2≤TS1时，定温循环泵P2关闭[6]。
2）定时恒温循环。在设定的时间段内，若用水管道温度T4≤TS1-5 ℃且水箱温度T2≥TS1+5 ℃时，定温循环泵P2启动；当用水管道温度T4≥TS1或水箱温度T2≤TS1时，定温循环泵P2关闭。
注：当用水管道温度T4＞TS1-5 ℃时，循环30分钟后强行停止循环。当时段的开启时间和关闭时间相等时，该时段的定时恒温循环功能无效。
3）管道循环指示。当手动管道循环功能启动时或在定时恒温循环时间段内，屏幕图标" 常亮显示，反之，该图标常灭显示。循环泵循环输出过程中图标闪烁显示。
4）高温保护。水箱高温保护：当水箱上部温度T2≥85 ℃时，禁止所有温差循环功能；当水箱上部温度T2≤82 ℃时，恢复所有温差循环功能。集热器高温保护：当集热器温度≥110 ℃时，禁止所有温差循环功能；当集热器温差≤104 ℃时，恢复所有温差循环功能。
5）管道防冻。当管道温度T4≤5 ℃时，防冻电热带启动；当管道温度T4≥10 ℃时，防冻电热带关闭。
注：电热带图标指示：当防冻电热带启动时图标 闪烁显示，防冻电热带关闭时该图标常灭显示。
3.4 智控系统设计
对于太阳能无线多点控制系统来说，一个主机可连接1～10个显控分机，若连接两个以上的显控分机，每个显控分机与主控器并联连接。接线完成后，须设置显控分机的地址码，可设置为01、02、03……显控分机地址码不可重复设置。
3.4.1 显示面板
智控系统显示面板如图4所示。
3.4.2 智能控制按键
面板按键如图5所示，从左侧起分别为设置键、查询键、模式键、▼/电热键、▲/上水键。
长按“预约/查询”键5秒钟，可依次设置定时上水时间、定时电加热时段及温度、定时定温循环时段及温度。
通过点按“▲/上水”和“▼/电热”键来设定参数值，按“预约/查询”键保存当前参数值，并切换到下一参数设定状态。若8秒内无按键操作，则自动保存当前数值[7]。
3.4.3 主控器与线控器接线端子
太阳能无线多点控制系统主控器接线端子如图6所示，主控电源板与线控显示板接线端子如图7所示。
4 无线多点控制系统主要创新点
无线多点控制系统是一款专为高端别墅用户设计的太阳能热水控制系统，主要从控制技术、功能、工业设计等方面进行创新，创新点如下：
1）通过主控器+多线控器设计，实现多点操作，随手控制，无须到远处操作或频繁出入浴室，相比传统单一安装点的控制仪更加省力、省时。
2）手机远程网络监控。通过路由器实现手机与太阳能热水系统的连接，连接后手机可直接控制太阳能热水系统的运行，热水自由掌控，演绎科技与时尚的完美结合。
3）经过专门的工业设计，设计出精致小巧的分机线控器，屏幕采用流行的负显白背光液晶，配置时尚触摸式按键；高级别防潮防水主控器可隐蔽安装，不破坏室内布局及美观。
4）智控系统具备温控补水、两次定时上水、手动上水、手动循环、手动电热、三时段定时定温循环等智能化功能，功能齐全，操作简便[8]。
5）不同接口设置适用于紧凑式太阳能热水系统、阳台分体热水系统、非承压分体式热水系统等，应用范围广，适用性强。
5 无线多点控制系统主要工作模式
无线多点控制系统精致小巧多点操控模式齐全，操作简便，其主要工作模式包括以下四种：
1）假日模式选择“假日模式”后，电热、管道循环等输出负载关闭，太阳能高低温保护功能启动
2）经济模式选择“经济模式”后，按照用户设定的参数运行
3）节能模式选择“节能模式”后，电加热部分全部取消，只使用太阳能
4）舒适模式选择“舒适模式”后，按照用户设定的参数运行，当水箱温度≤水箱设置温度-5 ℃时，电加热启动；当水箱温度≥水箱设置温度时，电加热关闭[9]。
6 应用发展前景
二十大报告提出“加快发展数字经济，促进数字经济与实体经济的深度融合，打造具有国际竞争力的数字产业集群”[10]。乘着政策的东风，在太阳能智能控制方面，开发功能完善、性能优良、使用便捷的太阳能控制系统可以满足人们享受全方位热水生活的需求。
太阳能无线多点控制技术的开发应用给人们的生活提供了方便快捷的智慧用热水体验。尽管行业技术不断创新，取得了一定的进步，但距离人们的美好生活期盼还有一定的距离，未来还要与互联网、大数据、人工智能等前瞻性技术深度融合，从用户使用、智能等多角度出发设计出更加符合用户需求的太阳能控制产品。
7 结 论
太阳能无线多点控制技术的研究与实现，为高端别墅用户实现多点操控太阳能系统提供了一套可靠可行的解决方案，是纯净能源与智能化便捷化的巧妙结合，它在智能家居大体系中，扮演了非常重要的角色。
参考文献：
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作者简介：刘春喜（1978—），女，汉族，山东德州人，高级工程师，本科，主要研究方向：太阳能热利用技术、智能控制技术。
收稿日期：2023-08-24
Research and Design Implementation of Solar Wireless Multipoint Control Technology
LIU Chunxi1，2
（1.Shandong Huayu University of Technology， Dezhou 253034， China; 2.Himin Solar Co.， Ltd.， Dezhou 253034， China）
Abstract： It designs a multi-point manipulation solar intelligent control system suitable for high-end villa users using solar wireless multi-point control technology， to meet the hot water usage needs of the high-end customer group of solar water heaters in the existing market. Multi-point control technology can achieve shared use and control of multiple bathrooms and kitchens. Mobile wireless remote network monitoring can achieve free control of hot water， integrating multiple functions such as temperature control water replenishment， timed water supply， constant temperature electric heating， and timed electric heating. The control system can automatically control water replenishment， fully absorb solar energy， and ensure that the temperature inside the solar water heater tank is constant， with sufficient hot water supply at all times. The solar wireless multi-point control system is fully functional， with multi-point operation， easy to operate， and convenient to use.
Keywords： multi-point control; solar; intelligent control system; nulti-point installation; temperature control water supply
