RFID Quiz

Abb. 01: Funktionaler Systementwurf

Autoren:	Fabian Naber und Lena Larissa Kaib
Betreuer:	Prof. Schneider oder Prof. Göbel oder Marc Ebmeyer

Einleitung

Woraus besteht das Rätsel?

Spielende müssen verschiedene Fragen aus einem LCD-Display beantworten und farbige Figuren auf 3 RFID-Feldern richtig platzieren. Bei 5 richtigen Antworten in Folge wird der Code genannt. Die Fragen müssen in entsprechender Zeit richtig beantwortet werden. Bei falscher Anordnung oder abgelaufener Zeit müssen wieder 5 neue Fragen in Folge richtig beantwortet werden.

Bezug zum Studium?

• Einstellen eines LCD-Displays; Lesen von RFID-Sensoren; LEDs und Buzzer ansteuern (Informatikpraktikum 1 & 2)
• Elektrische Verbindungen korrekt auslegen durch Löten (Elektrotechnikpraktikum & Praxisseminar 2)
• Nutzung von 3D-Druck (CAD-Praktikum & Technisches Zeichnen)

Lernziel: Beantworten von verschiedenen Mechatronik-Fragen aus einem Fragenpool

Schwierigkeitsgrad: Einsteiger/Fortgeschrittene

Anforderungen

Tabelle 1: Anforderungen RFID-Quiz

ID	Inhalt	Prio	Ersteller	Datum	Geprüft von	Datum
1	Ein LCD-Display muss die Aufgabe definieren und die Interaktion korrekt darstellen.	1	F. Naber	01.10.2026
2	Die 3 Felder müssen die erfassten RFID-Chips in den farbigen Blöcken korrekt einlesen.	1	F. Naber	01.10.2026
3	Die LEDs zeigen die Richtigkeit der Antwort an (grün = richtig, rot = falsch).	1	F. Naber	01.10.2026
4	Ein Buzzer signalisiert die Richtigkeit der Antwort (2000 Hz = richtig, 200 Hz = falsch).	2	F. Naber	01.20.2026
5	Ein Buzzer signalisiert den Ablauf der Zeit von 2 min.	1	F. Naber	01.10.2026
6	Eine RGB-LED signalisiert durchgehend den Ablauf der Zeit durch Farbveränderung (grün bis rot).	2	F. Naber	01.10.2026
7	Das Spiel misst maximal 26 x 28 x 30 cm.	1	F. Naber	01.10.2026
8	Das System misst die Zeit von 2 min korrekt.	1	F. Naber	01.10.2026
9	Das System zählt die Folge von richtigen Antworten und kann diese auch zurücksetzen.	1	F. Naber	01.10.2026
10	Das System gibt in jedem Durchlauf unterschiedliche Fragen aus, welche sich nicht wiederholen.	1	F. Naber	01.10.2026

Beachten Sie den Artikel: Formulierungsregeln für Anforderungen

Was soll das System leisten?

Das System soll ein spielerisches Sortier-Quiz darstellen, welches die Interaktion des Nutzers ansprechend ausführt

Funktionaler Systementwurf

Abb. 01: Funktionaler Systementwurf

Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI / Visualisierung): Textuelle Ausgabe der Fragestellungen sowie optische Darstellung des Countdowns (Farbverlauf) und des Systemstatus (Codeausgabe).

Sensorik (Erfassung): Lokale Identifikation der drei geometrisch angeordneten Antwortobjekte im unmittelbaren Nahbereich der Spielfläche.

Ablaufsteuerung (Logik): Zyklische Validierung der Antwort-Reihenfolge, Abgleich mit dem Fragenpool, Tracking der fünf aufeinanderfolgenden Stufen sowie Zeitüberwachung (2-Minuten-Timer).

Akustisches und visuelles Feedback: Ausgabe von akustischen Statussignalen bei korrekten oder fehlerhaften Interaktionen des Spielers.

Ein funktionaler Systementwurf beschreibt, was ein technisches System leisten soll und welche funktionalen Teilsysteme dafür benötigt werden, ohne bereits festzulegen, wie diese Funktionen technisch konkret umgesetzt werden.

Es beantwortet die Frage: Was muss das System tun? Welche Funktionen muss das System ausführen, um die Anforderungen zu erfüllen?

Technischer Systementwurf

Abb. 02: Technischer Systementwurf

Verarbeitungseinheit: Ein Arduino Uno R3 bildet das Herzstück und führt den generierten Code aus.

Sensorik-Schnittstelle: Drei separate RFID-Reader kommunizieren mit dem Mikrocontroller.

Anzeigeeinheit: Ein LCD-Display stellt die Fragen dar.

Feedback-Aktorik: Ein aktiver Piezo-Buzzer übernimmt die akustische Signalisierung, während Status-LEDs (Grün, Rot) für visuelles Feedback sorgen.

Im technischen Systementwurf werden die Funktionen aus dem funktionalen Entwurf auf konkrete technische Komponenten und Technologien abgebildet.

Er beantwortet die Frage: Wie wird das System technisch aufgebaut?

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	Beschreibung	Datenblatt	Abbildung
1	1x	23,70€	23,70€	Mikrocontroller-Board	Arduino UNO R3	Der Mircocontroller mit dem ATmega328P verfügt über 14 digitale I/O - Schnittstellen, sechs davon können als PWM Ausgang genutzt werden. Des weiteren sind sechs analoge Eingänge die die Verarbeitung analoger Signale vorhanden	Datenblatt Arduino Uno	Abb. 03: Arduino Uno
2	1x	5,90€	5,90€	Netzteil für den Arduino	Netzteil für den Arduino	Schaltnetzteil fuer Mikrocontroller-Projekte 12 V Ausgangsspannung Stromstaerke bis 2 A 24 W Leistung Stabilisierte Ausgabe fuer empfindliche Elektronik Schutzschaltungen gegen Ueberbelastung und Kurzschluss Fest integriertes Anschlusskabel	Datenblatt Netzteil	Abb. 03: Arduino Uno
3	3x	2,86€	8,58€	RFID-Leser	RFID-Leser	RFID Set für Arduino. 90° Stiftleiste bereits angelötet Chip MFRC522 ISO, IEC 14443A, Mifare Protokoll: SPI Betriebsspannung: 3.3V Frequenz: 13,56 MHz Stromaufnahme: 13-26mA Stromaufnahme Standby: 10-13mA Betriebstemperatur: -20 bis 80°C		Abb. 05: RFID-Leser
4	1x	0,49€	0,49€	RGB-LED	RGB-LED	integrierter Steuerchip zur digitalen Ansteuerung Individuelle Farbsteuerung per Software Ansteuerung über eine Datenleitung Betriebsspannung 5 V Darstellung verschiedener Farben und Farbeffekte Erweiterbar durch Reihenschaltung mehrerer LEDs Geringer Anschluss- und Verdrahtungsaufwand	Datenblatt RGB-LED	Abb. 06: RGB-LED
5	1x	0,90€	0,90€	Buzzer	Buzzer	Signalgeber für akustische Töne und Piepsignale Elektromagnetischer Antrieb statt Piezokristall Betriebsspannung 5 V, erfordert Rechtecksignal 2 Anschlussdrähte, Polung beliebig Steckbrettkompatibel mit ca. 7 mm Rastermaß Baugröße 12 * 9,5 mm	Datenblatt Buzzer	Abb. 07: Buzzer
6	4x	HSHL Projektwerkstatt	HSHL Projektwerkstatt?	220 Ω Widerstand				Abb. 08: 220 Ω Widerstand
7	1x	6,90€	6,90€	LCD Modul 20x4 - I2C	LCD Modul 20x4 - I2C	Displaygröße: 20 Zeichen x 4 Zeilen HD44780-kompatibler Controller mit aufgelötetem I2C-Adapter Anschluss über nur 4 Pins, GND, VCC, SDA, SCL Betrieb mit 3,3 V oder 5 V Logikspannung Blauer Hintergrund mit weißer Schrift, Kontrast justierbar Mehrere Module am selben I2C-Bus möglich	Datenblatt LCD Modul 20x4 - I2C	Abb. 09: LCD Modul 20x4 - I2C
8	20x (?)	HSHL Projektwerkstatt	HSHL Projektwerkstatt	Schrauben zur Montage
9	500g (?)	HSHL Projektwerkstatt	HSHL Projektwerkstatt	Druckerfilament
10	3m (?)	HSHL Projektwerkstatt	HSHL Projektwerkstatt	Kabel

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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