一种屋顶自动除雪装置的制作方法

专利名称：一种屋顶自动除雪装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及除雪装置，具体涉及对屋顶的自动除雪装置。
背景技术：
近年来，随着人类对大自然无节制的开发，严重破坏了人类赖以为生的生态环境，导致了气候的不断恶化，极端天气也越来越频繁，冬季遭遇暴雪在最近几年世界各地经常发生，并且堆积的雪都是长时间不融化，这就产生了一系列的灾害事件，往往造成无法估量的严重后果。据报道，2013年2月8日，美国东北部地区遭遇特大暴雪“尼莫”侵袭，部分地区出现了不同程度的居民住宅房屋坍塌事件，严重的甚至还造成了人员伤亡和大量财产损失，给人们生活带来了极大的困扰。住宅房屋是人们生活的重要场所，为人们提供舒适安全的作息环境(防风、防雨、防止野兽侵扰等)，可以说人们的衣食住行都离不开所住居的房屋，房屋的安全也直接关系到人们的生命财产安全。然而冬季，往往由于暴雪天气，在屋顶长时间有积雪话，会给住宅房屋的安全带来了极大的隐患，特别是对无强劳动力的家庭，如果不能实现自动除雪，他们可能将面临房屋倒塌的灾难，因此，在冬季暴雪天气中及时除去住宅屋顶的积雪对保护房屋安全就起到了至关重要作用。目前清理屋顶积雪主要还是依靠人力铲除，如铲子铲雪，撒盐，用自来水冲等，这些方法既费时又费力而且效率低下，在恶劣的气候环境下也给人工的清理带来了很大的困难，同时也对清理人员的生命安全造成一定的威胁，对无强劳动力的家庭，这些方法更是难以实施。因此，开发一种适合住宅房屋的简便高效的屋顶除雪自动装置是解决此类问题的途径之一。中国公告号为CN102711294A的专利《一种发热膜和钢结构房顶全自动除雪系统》提出的利用发热膜产生的热量，结合自动控制技术实现自动除雪的目的，这种方案的优点是结构简单，将除雪装置与建筑巧妙地结合在了一起，但是这种方式安装比较困难，同时提出的利用温湿度探头检测积雪的温度和湿度信号来确定积雪是否超过安全的积雪高度，以此作为自动除雪系统开始工作的依据，然而在雨雪天气中，空气的温湿度很容易干扰到温湿度探头的探测，可能会发出错误的指令。又如公告号为CN202108167U的专利《一种屋顶除雪器》提出了一种螺旋推进器，上面安装有吸雪头，整个装置通过人工控制方式来达到除雪的目的。这种方案的优点是装置简单，人员操作起来也很方便，但是在除雪过程中，始终要有人力参与，对于老年人或身体虚弱的群体来说是使用起来很不方便，甚至不可能完成，而且在恶劣的天气状况下使用对人员自身安全也带来隐患；另外，该方案是通过将屋顶积雪压碎，然后通过输雪管输送到地面实现屋顶除雪，如此，这需要有较长的输雪管道，使用起来也是很不方便，尤其对于平房屋顶，整个装置甚至难以顺利有效地除雪。

发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明所要解决的问题就是提供一种可靠性高，抗干扰能力强，操作使用方便，经济适用的屋顶自动除雪装置。本发明装置是这样实现的:该装置包括铝膜、发热电阻丝、通电导线、压力传感器、继电器通断开关、单片机控制器及手动通断开关；其中，发热电阻丝编织成网状结构，并与通电导线相连接；铝膜与网状发热电阻丝的上下两个表面紧密连接在一起；压力传感器与单片机控制器相连接，单片机控制器控制继电器通断开关的通断；通电导线接经隔离变压器降压后的低压电源；手动通断开关与继电器通断开关串接于电路中。本发明自动除去屋顶积雪的过程如下:
冬季暴雪天气中，雪会逐渐堆积在屋顶上，屋顶上堆积的雪在重力作用下对屋顶产生压力，随着时间的增加，积雪不断变厚，对屋顶产生的压力也会越来越大。压力传感器检测屋顶积雪压力，并将信号实时传送至单片机控制器，当屋顶上单位面积的积雪产生的压力达到事先人为设定的压力值时，单片机控制器驱动继电器通断开关闭合，这样，整个电路回路接通。由于电流的热效应，网状发热电阻丝在通电的情况下产生热量，所产生的热量一方面经铝膜的导热作用传递到屋顶上表面，另一方面网状发热电阻丝加热缝隙中的空气，由于热气流向上移动，热量经空气的热对流作用传递到屋顶上表面。这两种方式传递的热量使得屋顶的积雪逐渐融化，融化的水沿着坡面屋顶或排水管排走，屋顶积雪逐渐减少，积雪对屋顶的压力也随之减小。当屋顶上单位面积的积雪产生的压力低于事先人为设定的压力值时，单片机控制器驱动继电器通断开关断开，切断整个电路，整个装置停止工作一如此循环下去。作为本发明的进一步完善，本发明设置多个压力传感器(至少四个)。压力传感器分别安装在屋顶的不同位置，各个压力传感器分别检测屋顶相应地方积雪压力，并分别将信号实时传送至单片机控制器，单片机控制器将计算平均值并与人为设定的屋顶单位面积所能承受的压力值进行比较，若高于此设定值，单片机控制器驱动继电器通断开关闭合，否则继电器通断开关断开，这样，一方面可以防止屋顶局部由于其他物体落在某个压力感应器上导致单片机控制器发出错误指令，另一方面，也可以防止某个传感器发生故障时，能够保证整个装置可以正常运行。在屋顶自动除雪装置的除雪过程中，由于本装置中采用了压力传感器与单片机控制器相结合的控制方式，由单片机控制器控制继电器通断开关的通断状态，从而实现整个除雪装置的自动控制，并在此基础上配备了手动通断开关，以便在极端情况以及设备调试情况下及时对设备做出控制；另一方面，发热电阻丝编制呈网状结构，增大了散热面积，使得除雪更加迅速；此外，连接在发热电阻丝的上下两面的铝膜既能增加装置的散热面积，同时也能对发热电阻丝起到保护作用。简言之，本发明是一种可靠性高，抗干扰能力强，操作使用方便，经济适用的屋顶自动除雪装置。下面结合附图对本发明作进一步的说明。


图1——本发明的原理结构示意 图2——本发明具体实施的示意图。图中:1.铝膜 2.电阻丝 3.通电导线 4.压力传感器 5.继电器通断开关6.单片机7.手动通断开关8.屋顶。
具体实施例方式一种屋顶自动除雪装置(参考图1)，其特征在于，该装置包括铝膜1、发热电阻丝
2、通电导线3、压力传感器4、继电器通断开关5、单片机控制器6及手动通断开关7 ;其中，发热电阻丝2编织成网状结构，并与通电导线3相连接；铝膜I与网状发热电阻丝2的上下两个表面紧密连接在一起；压力传感器4与单片机控制器6相连接，单片机控制器6控制继电器通断开关5的通断；通电导线3接经隔离变压器降压后的低压电源；手动通断开关7与继电器通断开关5串接于电路中。冬季暴雪天气中，雪会逐渐堆积在屋顶8上，屋顶8上堆积的雪在重力作用下对屋顶8产生压力，随着时间的增加，积雪不断变厚，对屋顶8产生的压力也会越来越大。如图2所示，压力传感器4检测屋顶积雪压力，并将信号实时传送至单片机控制器6，当屋顶8上单位面积的积雪产生的压力达到事先人为设定的压力值时，单片机控制器6驱动继电器通断开关5闭合，这样，整个电路回路接通。由于电流的热效应，网状发热电阻丝2在通电的情况下产生热量，所产生的热量一方面经铝膜I的导热作用传递到屋顶上表面，另一方面网状发热电阻丝2加热缝隙中的空气，由于热气流向上移动，热量经空气的热对流作用传递到屋顶8上表面。这两种方式传递的热量使得屋顶8上的积雪逐渐融化，融化的水沿着坡面屋顶或排水管排走，屋顶8积雪逐渐减少，积雪对屋顶8的压力也随之减小，当屋顶8上单位面积的积雪产生的压力低于事先人为设定的压力值时，单片机控制器6驱动继电器通断开关5断开，切断整个电路，整个装置停止工作——如此循环下去。本发明在具体实施过程中，设置多个压力传感器4 (至少四个)。为避免因除积雪以外的干扰物体覆盖在屋顶的局部上，而产生的压力传感器传感器4误报情况，本除雪装置采用多传感器4分散式布局的方式进行压力检测。根据屋顶8形状，在屋顶8几何平面上平均布置若干个压力传感器4，单片机控制器6接收到若干个压力传感器4上传的压力信号后，计算其平均值，将其作为屋顶平面单位面积的积雪压力。单片机控制器6将计算平均值并与人为设定的屋顶单位面积所能承受的压力值进行比较，若高于此设定值，则单片机控制器6驱动继电器通断开关5闭合，否则继电器开关断开。这样，一方面可以防止屋顶8局部由于其他物体落在某个压力感应器4上导致单片机控制器6发出错误指令，另一方面，也可以防止某个压力传感器4发生故障时，能够保证整个装置可以正常运行。在实际安装本发明装置过程中，从安全角度出发，所述手动通断开关7只在使用本装置时处于闭合状态，不使用本装置时处于断开状态，以便在极端情况以及设备调试情况下及时对设备做出控制；所述通电导线3连接的电源应经过隔离变压器降压，以保证安装或检查时人员的安全；此外，通电导线3应安装上相应的空气开关，保险丝等安全装置。本发明具有以下优点，在屋顶自动除雪装置的除雪过程中，由于本装置中采用压力传感器检测压力信号，并通过单片机控制器控制继电器通断开关的通断状态，从而实现了整个除雪装置自动控制，同时并采用多传感器分散式布局，并通过计算压力平均值的方法使本装置的检测部分抗干扰能力强，并且使用起来可靠性高；另一方面，发热电阻丝编制呈网状结构，增大了散热面积，使得除雪更加快速；此外，连接在发热电阻丝的上下两面的铝膜既能增加装置的散热面积，同时也能对发热电阻丝起到保护作用。本发明除了可以应用于常见的平房屋顶上的除雪，也可以应用于各类建筑的屋顶或顶棚上，实现除雪目的，既省去大量人工，也为建筑的安全增加了一道有利屏障，应用十分广泛。
权利要求
1.一种屋顶自动除雪装置，其特征在于:该装置包括铝膜(I)、发热电阻丝(2)、通电导线(3)、压力传感器(4)、继电器通断开关(5)、单片机控制器(6)及手动通断开关(7);其中，所述发热电阻丝(2)编织成网状结构，并与通电导线(3)相连接；所述铝膜(I)与网状发热电阻丝(2)的上下两个表面紧密连接在一起；所述压力传感器(4)与单片机控制器(6)相连接，单片机控制器(6)控制继电器通断开关(5)的通断；所述通电导线(3)接经隔离变压器降压后的低压电源；所述手动通断开关(7)与继电器通断开关(5)串接于电路中。
2.根据权利要求1所述屋顶自动除雪装置，其特征在于:所述发热电阻丝(2)为PE或PVC发热线，PVC发热线为佳。
3.根据权利要求1所述屋顶自动除雪装置，其特征在于:所述发热电阻丝(2)编制呈网状结构。
4.根据权利要求1所述屋顶自动除雪装置，其特征在于:所述压力传感器(4)设置至少四个以上，并分散布置在屋顶(8)上。
5.根据权利要求1所述屋顶自动除雪装置，其特征在于:所述继电器通断开关(6)由单片机控制器(6)控制通断。
6.根据权利要求1所述屋顶自动除雪装置，其特征在于:所述通电导线(3)上另外安装有手动通断开关(7)并与继电器通断开关(5)串接于电路中。
全文摘要
一种屋顶自动除雪装置，该装置包括铝膜、发热电阻丝、通电导线、压力传感器、继电器通断开关、单片机控制器及手动通断开关；其中，发热电阻丝编织成网状结构，并与通电导线相连接；铝膜与网状发热电阻丝的上下两个表面紧密连接在一起；压力传感器与单片机控制器相连接，单片机控制器控制继电器通断开关的通断；通电导线接经隔离变压器降压后的低压电源；手动通断开关与继电器通断开关串接于电路中。本发明是一种可靠性高，抗干扰能力强，操作使用方便，经济适用的屋顶自动除雪装置，可以在冬季有效除去房屋屋顶的积雪，也可以应用在不同类型结构的屋顶或建筑顶棚上。
文档编号E04D13/10GK103114685SQ20131007686
公开日2013年5月22日 申请日期2013年3月12日 优先权日2013年3月12日
发明者串禾, 张东凯, 陈曦, 张颜梅, 王小艳, 郑洁 申请人:重庆大学