交通信号灯故障智能更换预警装置

■湖南省长沙县第一中学 王子烨 杨文韬 王俊杰

交通信号灯昼夜不停地工作，时间久了易出现各种故障，如果不及时修理，可能会引发交通事故。

交通信号灯故障主要表现为灯光变暗看不清、信号灯不亮、信号灯长亮不熄、信号灯灯座倾斜无法被来车司机看见等。交通信号灯出现故障后，交通部门和司机并不能实时知晓。

我们学习了简单机械结构、人工智能小车课程后，设计了一种能智能控制和实时反馈信息的交通信号灯装置，当交通信号灯出现异常时可实现智能更换。

当该装置被汽车碰撞或被大风吹至倾斜时，位于信号灯顶部、底部的备用红、绿双色灯亮起。当 倾斜角度太大，正面三个交通信号灯全部熄灭，顶部或底部的红、绿双色灯亮起。这样就能保证交通信号灯不论在什么时候、处于怎样的角度，都能正常工作。

图1 整体形状与布局

一、设计原理

本装置选用光敏电阻、倾斜传感器、电压检测模块、电流检测模块采集交通信号灯的亮度、倾斜度信息，并汇集到主控板，通过物联网模块将信息传递给交通管理部门后提醒管理者及时维护，并提醒司机及时绕行。

光敏电阻检测交通信号灯的亮度情况，倾斜传感器可检测交通信号灯的倾斜程度，电压检测模块与电流检测模块分别检测交通信号灯的电压与电流，以判断交通信号灯是否存在故障。

光敏电阻检测到交通信号灯亮度异常，或电压检测模块检测到电压、电流大于预设值时，程序自动启动，控制底盘舵机、灯板伸缩舵机旋转一定角度，并通过舵机、滑块轨道以及连杆结构协同控制交通信号灯更换主灯和备用灯。

当该装置被汽车碰撞或被大风吹至倾斜时，倾斜水银开关组控制电流方向，位于交通信号灯顶部或底部的备用红、绿双色灯亮起。当倾斜度大于预设值时，正面的三个交通信号灯熄灭，只有顶部或底部的红、绿双色灯亮起。

二、结构设计

本装置由ARDUINO MEGA R3 2560主板、光敏电阻、倾斜传感器、电压检测模块、电流检测模块、继电器模块、时钟模块、物联网模块、舵机、倾斜水银开关组、滑块轨道、连杆结构、锂电池、铝合金框架等组成，主要包含自动换灯结构、水银开关组、电流灯控系统、信息采集传输系统。

将导线与主板连接，安装在交通信号灯内部。再通过该装置的设计原理编程，并将其上传到交通信号灯的主板上。

图2 自动换灯结构

图3 程序框图

三、创新点

1.本装置能智能检测交通信号灯的各种故障，并通过换灯装置自动更换出现故障的交通信号灯，减少人力、物力、财力、时间的浪费以及交通事故的发生。

2.当交通信号灯因某些原因而倾斜后，位于其顶部或底部的备用信号灯亮起，可保证该装置不论处于何种姿态都能正常指挥交通。倾斜到一定程度时，正面的三个交通信号灯熄灭，环保节能。

3.该装置能通过5G 网络以及物联网模块将故障原因以及所处位置反馈至交通管理部门和车主的电脑或手机上，预防事故的发生。