Final Countdown

Autoren:	Linus Schockmann und Felix Bönhoff
Betreuer:	Prof. Schneider oder Prof. Göbel oder Marc Ebmeyer

Einleitung

Im Rahmen des Fachpraktikums Mechatronik im 5. Semester soll ein eigenes mechatronisches Spielkonzept entwickelt und praktisch umgesetzt werden. Dabei stehen neben der technischen Realisierung auch die Planung, Erprobung und Dokumentation des Projekts im Mittelpunkt. Das Spiel soll sich an den grundlegenden Elementen eines Escape Games orientieren und durch das Lösen der Aufgaben zu einem eindeutigen Ziel führen.

• Woraus besteht das Rätsel?

Das Rätsel besteht aus mehreren kleinen Aufgaben, durch die die Spieler verschiedene Zahlenwerte bzw. Zeitpunkte ermitteln. Diese werden anschließend benötigt, um eine zeitgesteuerte Anlage zu entschärfen. Nach dem Start läuft ein Countdown, währenddessen die Spieler zu den zuvor ermittelten Zeitpunkten die richtigen Taster betätigen müssen. Durch eine falsche oder zu späte Eingabe wird ein Fehler ausgelöst. Ziel ist es, die vorgegebene Tasterfolge innerhalb der verfügbaren Zeit korrekt auszuführen.

• Bezug zum Studium?

Das Rätsel verbindet spielerische Elemente mit Inhalten aus dem Bereich der Mechatronik und Automatisierungstechnik. Die Umsetzung erfolgt mit MATLAB/Simulink und einem Mikrocontroller, wobei digitale Ein- und Ausgänge, Zeitsteuerungen, logische Verknüpfungen und Zustandsabläufe eingesetzt werden. Dadurch können Kenntnisse aus der Steuerungs- und Regelungstechnik sowie der Programmierung praktisch angewendet werden.

Lernziel: Ziel ist es, die praktische Anwendung von Grundlagen der Automatisierungstechnik und Programmierung zu vermitteln. Die Teilnehmenden sollen durch das Lösen der Aufgaben logisches und strukturiertes Denken fördern und gleichzeitig den Zusammenhang zwischen ermittelten Werten, zeitlichen Abläufen und einer technischen Steuerung nachvollziehen.

Schwierigkeitsgrad: Mittel

Anforderungen

Tabelle 1: Anforderungen an das Final Countdown-Game

ID	Inhalt	Prio	Ersteller	Datum	Geprüft von	Datum
1	Ein Netzteil muss die Betriebsspannung von 9 V für den Arduino liefern.	1	F. Bönhoff	01.10.2026
2	Das Rätsel muss in ein Fach des Escape-Mobils passen. (28 cm × 30 cm, Tiefe 26 cm)	1	F. Bönhoff	01.10.2026
3	Das Rätsel muss in mindestens 2 und höchstens 5 Minuten lösbar sein.	1	F. Bönhoff	01.10.2026
4	Das System muss nach dem Start einen Countdown ablaufen lassen und anzeigen.	1	F. Bönhoff	01.10.2026
5	Das System muss vier farbige Taster einlesen und prüfen, ob sie zum richtigen Zeitpunkt gedrückt werden	1	F. Bönhoff	01.10.2026
6	Bei falscher oder zu später Eingabe muss das System einen Fehler anzeigen (rote LED) und einen Neustart erlauben.	2	F. Bönhoff	01.10.2026
7	Nach korrekter Tasterfolge muss das System den Erfolg anzeigen (grüne LED) und das Ergebnis ausgeben (Zahlenkombination oder Schlüssel).	2	F. Bönhoff	01.10.2026
8	Alle elektrischen Verbindungen müssen gelötet sein (Lochrasterplatine), Steckverbindungen sind nicht zulässig.	1	F. Bönhoff	01.10.2026
9	Für die Spielleitung müssen zwei Tipps und eine Musterlösung bereitstehen.	2	F. Bönhoff	01.10.2026
10	Mit dem RFID-Leser muss die richtige Personen-IDKarte erkannt werden.	2	F. Bönhoff	01.10.2026

Beachten Sie den Artikel: Formulierungsregeln für Anforderungen

Beantworten Sie die Frage: Was soll das System leisten?

Funktionaler Systementwurf

Das Rätsel besteht aus einem Gehäuse mit LCD, einem RFID-Leser, vier farbigen Leuchttastern (rot, grün, blau, gelb) und zwei Status-LEDs sowie vier Aufgabenkarten in den Tasterfarben (Abb. 1).

Spielablauf:

1. Zunächst muss sich ein Überblick über den NOTFALLPLAN verschafft werden.
2. Die Spieler müssen nun die richtige RFID-Karte herausfinden und in das Spielgerät einstecken.
3. Die Spieler lösen die vier Aufgabenkarten nach dem Notfallplan. Jede Karte ergibt eine Zahl.
4. Die Zahl ist die Restzeit in Sekunden, bei der der Taster in der Kartenfarbe gedrückt werden muss.
5. Ein beliebiger Tastendruck startet den Countdown von bspw. 120 s. Das LCD zeigt die Restzeit.
6. Die Spieler drücken die vier Taster zu den entsprechenden Zeitpunkten. Nach jeder richtigen Eingabe leuchtet die grüne LED.
7. Bei falschem Taster, verpasstem Zeitpunkt oder Ablauf des Countdowns leuchtet die rote LED und das Spiel beginnt von vorn.
8. Nach vier richtigen Eingaben leuchtet die grüne LED und das LCD zeigt den Zahlencode für das nächste Escape-Game.

Abb. 1: Optischer Entwurf

Technischer Systementwurf

Der Arduino Uno R3 wird über die DC-Buchse von einem 9-V-Netzteil versorgt. Alle Bauteile erhalten 5 V (mit Ausnahme RFID-Empfänger 3,3 V) und GND vom Arduino .

Peripherie:

• Vier Leuchttaster als Eingabe: je ein Kontakt an 5 V, der andere am digitalen Eingang (D2 bis D5) und über einen Pulldown-Widerstand von 10 kΩ an GND. Gedrückt = HIGH.
• Die LEDs in den Tastern werden über die digitalen Ausgänge D2 bis D5 geschaltet.
• Zwei Status-LEDs (rot an D6, grün an D7) mit je einem Vorwiderstand von 220 Ω. Strom: (5 V − 1,95 V) / 220 Ω ≈ 14 mA.
• LCD 16×2 mit I²C-Adapter an A4 (SDA) und A5 (SCL), Versorgung 5 V.
• Der RFID-Empfänger(MFRC522) bekommt 3,3V, GND, SDA-D10, RST-D9, MOSI-D11, MISO-D12 und den digitalen Eingang D6.
• Eine Lochrasterplatine verbindet und fixiert alle Bauelemente. Alle Verbindungen sind gelötet.

Komponentenspezifikation

Die Komponentenspezifikation beschreibt anschließend genau, welche Anforderungen eine einzelne Komponente erfüllen muss.

Sie beantwortet die Frage: Welche Eigenschaften muss jede konkrete Komponente erfüllen?

Tabelle 2: Stückliste

ID	Anzahl	Kosten pro Stück €	Summe	Bezeichnung / Komponente	technische Bezeichnung	Abbildung
1	1x	19,90 €	19,90 €	Arduino UNO R3	min. 6 digitale I/O Pins wobei einer PWM unterstützt 5V Ausgangsspannung 9V Eingangsspannung per Jack Buschse Prozessor ATmega328p gleiche Abmaße S.12 16MHz Oszillator 2KB SRAM 32KB Flasch	Abb.6: [Arduino Uno R3]
2	1x	3,90 €	3,90 €	Netzteil für Mikrocontroller 9V 1A	230VAC 50Hz Eingangsspannung 9V Ausgangsspannung 1A max. Ausgangsstrom	Abb.7: Netzteil
3	1x	0,30€	0,30 €	StatusLEDred	10mm Durchmesser 1,95V Betriebsspannung 20mA Betriebsstrom	[[ Abb.8:StatusLEDred]]
4	1x	0,21 €	0,21 €	StatusLEDgreen	10mm Durchmesser 1,95V Betriebsspannung 20mA Betriebsstrom	[[ Abb.9: StatusLEDgreen]]
5	4x (farbig!)	4,33 €	17,32 €	LEDTaster	5V Versorgungsspannung LEDfarben: rot, grün, blau, gelb je 1 Mal 19mm Außendurchmesser vom Gewinde	[[Abb.10:LEDTaster ]]
6	1x			[ ]	3.3V Versorgungsspannung .....	RFID-Empfänger
7	4x			[ ]	.....	RFID-Karten

Umsetzung (HW/SW)

Hier beschreiben Sie, wie Sie Ihr Projekt gebaut haben. Anhand dieser Dokumente und Beschreibung muss es möglich sein, Ihr Projekt 1:1 nachzubauen!

Das sind Dokumente wie z. B.

• Entwürfe, Skizzen (auch handschriftliche)
• Schaltplan
• Verkabelungsplan
• Pin-Belegungsplan
• CAD-Ansichten
• mathematische Berechnungen
• u.s.w.

Bei allen Dokumenten verlinken Sie dieses mit Ihrem Dokument in SVN!

Ergebnis

Literatur

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