■湖南省長沙縣第一中學(xué) 王子燁 楊文韜 王俊杰

交通信號燈晝夜不停地工作，時(shí)間久了易出現(xiàn)各種故障，如果不及時(shí)修理，可能會(huì)引發(fā)交通事故。

交通信號燈故障主要表現(xiàn)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(jī)看見等。交通信號燈出現(xiàn)故障后，交通部門和司機(jī)并不能實(shí)時(shí)知曉。

我們學(xué)習(xí)了簡單機(jī)械結(jié)構(gòu)、人工智能小車課程后，設(shè)計(jì)了一種能智能控制和實(shí)時(shí)反饋信息的交通信號燈裝置，當(dāng)交通信號燈出現(xiàn)異常時(shí)可實(shí)現(xiàn)智能更換。

當(dāng)該裝置被汽車碰撞或被大風(fēng)吹至傾斜時(shí)，位于信號燈頂部、底部的備用紅、綠雙色燈亮起。當(dāng) 傾斜角度太大，正面三個(gè)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(shí)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(shè)計(jì)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(lián)網(wǎng)模塊將信息傳遞給交通管理部門后提醒管理者及時(shí)維護(hù)，并提醒司機(jī)及時(shí)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(yù)設(shè)值時(shí)，程序自動(dòng)啟動(dòng)，控制底盤舵機(jī)、燈板伸縮舵機(jī)旋轉(zhuǎn)一定角度，并通過舵機(jī)、滑塊軌道以及連桿結(jié)構(gòu)協(xié)同控制交通信號燈更換主燈和備用燈。

當(dāng)該裝置被汽車碰撞或被大風(fēng)吹至傾斜時(shí)，傾斜水銀開關(guān)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(dāng)傾斜度大于預(yù)設(shè)值時(shí)，正面的三個(gè)交通信號燈熄滅，只有頂部或底部的紅、綠雙色燈亮起。

二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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(shí)鐘模塊、物聯(lián)網(wǎng)模塊、舵機(jī)、傾斜水銀開關(guān)組、滑塊軌道、連桿結(jié)構(gòu)、鋰電池、鋁合金框架等組成，主要包含自動(dòng)換燈結(jié)構(gòu)、水銀開關(guān)組、電流燈控系統(tǒng)、信息采集傳輸系統(tǒng)。

將導(dǎo)線與主板連接，安裝在交通信號燈內(nèi)部。再通過該裝置的設(shè)計(jì)原理編程，并將其上傳到交通信號燈的主板上。

圖2 自動(dòng)換燈結(jié)構(gòu)

圖3 程序框圖

三、創(chuàng)新點(diǎn)

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(dòng)更換出現(xiàn)故障的交通信號燈，減少人力、物力、財(cái)力、時(shí)間的浪費(fèi)以及交通事故的發(fā)生。

2.當(dāng)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(tài)都能正常指揮交通。傾斜到一定程度時(shí)，正面的三個(gè)交通信號燈熄滅，環(huán)保節(jié)能。

3.該裝置能通過5G 網(wǎng)絡(luò)以及物聯(lián)網(wǎng)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(jī)上，預(yù)防事故的發(fā)生。