交通信號燈故障智能更換預警裝置

■湖南省長沙縣第一中學 王子燁 楊文韜 王俊杰

交通信號燈晝夜不停地工作，時間久了易出現各種故障，如果不及時修理，可能會引發交通事故。

交通信號燈故障主要表現為燈光變暗看不清、信號燈不亮、信號燈長亮不熄、信號燈燈座傾斜無法被來車司機看見等。交通信號燈出現故障后，交通部門和司機并不能實時知曉。

我們學習了簡單機械結構、人工智能小車課程后，設計了一種能智能控制和實時反饋信息的交通信號燈裝置，當交通信號燈出現異常時可實現智能更換。

當該裝置被汽車碰撞或被大風吹至傾斜時，位于信號燈頂部、底部的備用紅、綠雙色燈亮起。當 傾斜角度太大，正面三個交通信號燈全部熄滅，頂部或底部的紅、綠雙色燈亮起。這樣就能保證交通信號燈不論在什么時候、處于怎樣的角度，都能正常工作。

圖1 整體形狀與布局

一、設計原理

本裝置選用光敏電阻、傾斜傳感器、電壓檢測模塊、電流檢測模塊采集交通信號燈的亮度、傾斜度信息，并匯集到主控板，通過物聯網模塊將信息傳遞給交通管理部門后提醒管理者及時維護，并提醒司機及時繞行。

光敏電阻檢測交通信號燈的亮度情況，傾斜傳感器可檢測交通信號燈的傾斜程度，電壓檢測模塊與電流檢測模塊分別檢測交通信號燈的電壓與電流，以判斷交通信號燈是否存在故障。

光敏電阻檢測到交通信號燈亮度異常，或電壓檢測模塊檢測到電壓、電流大于預設值時，程序自動啟動，控制底盤舵機、燈板伸縮舵機旋轉一定角度，并通過舵機、滑塊軌道以及連桿結構協同控制交通信號燈更換主燈和備用燈。

當該裝置被汽車碰撞或被大風吹至傾斜時，傾斜水銀開關組控制電流方向，位于交通信號燈頂部或底部的備用紅、綠雙色燈亮起。當傾斜度大于預設值時，正面的三個交通信號燈熄滅，只有頂部或底部的紅、綠雙色燈亮起。

二、結構設計

本裝置由ARDUINO MEGA R3 2560主板、光敏電阻、傾斜傳感器、電壓檢測模塊、電流檢測模塊、繼電器模塊、時鐘模塊、物聯網模塊、舵機、傾斜水銀開關組、滑塊軌道、連桿結構、鋰電池、鋁合金框架等組成，主要包含自動換燈結構、水銀開關組、電流燈控系統、信息采集傳輸系統。

將導線與主板連接，安裝在交通信號燈內部。再通過該裝置的設計原理編程，并將其上傳到交通信號燈的主板上。

圖2 自動換燈結構

圖3 程序框圖

三、創新點

1.本裝置能智能檢測交通信號燈的各種故障，并通過換燈裝置自動更換出現故障的交通信號燈，減少人力、物力、財力、時間的浪費以及交通事故的發生。

2.當交通信號燈因某些原因而傾斜后，位于其頂部或底部的備用信號燈亮起，可保證該裝置不論處于何種姿態都能正常指揮交通。傾斜到一定程度時，正面的三個交通信號燈熄滅，環保節能。

3.該裝置能通過5G 網絡以及物聯網模塊將故障原因以及所處位置反饋至交通管理部門和車主的電腦或手機上，預防事故的發生。