Zeitschätzung: Unterschied zwischen den Versionen

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[[Kategorie:ProjekteET MTR BSE WS2024]]
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[[Datei:Zeitschätzung.png|thumb|rigth|370px|Abb. 01: Skizze des Projekts Zeitschätzung]]


== Einleitung ==
== Einleitung ==
In diesem interaktiven Rätselspiel müssen vier 7-Segment-Anzeigen so eingestellt werden, dass sie die richtigen Zahlen zeigen. Über jeder Anzeige befindet sich eine Frage, deren Antwort eine einstellige Zahl ist – etwa aus den Bereichen Wissenschaft, Allgemeinwissen oder zur HSHL. Mithilfe verschiedener Eingabegeräte wie Tastern, Schaltern, Sensoren oder Drehreglern können die Spieler die Zahlen auf den Anzeigen auf vielfältige Weise beeinflussen. Ziel und Herausforderung des Spiels ist es, alle Rätsel korrekt zu beantworten und die entsprechenden Zahlen auf den Anzeigen einzustellen.
Bereits im Grundschulalter versuchen wir Kindern ein Gefühl für Zeit zu vermitteln. Indem sie Zeitintervalle schätzen und dabei oft feststellen, wie sehr sie danebenliegen können, erkennen sie die Bedeutung von Zeit und beginnen Uhren zu tragen. Als Erwachsene haben wir zwar ein besseres Zeitgefühl entwickelt, doch die genaue Schätzung von Zeit und Entfernungen bleibt eine Herausforderung.
 
Unser Escape Game greift diese Phänomene auf spannende Weise auf. Die Aufgabe klingt einfach, erweist sich jedoch als knifflig: Halten Sie Ihren Finger genau 10 Sekunden lang auf einen Knopf – ohne Hilfsmittel zur Zeitmessung. Sobald diese erste Aufgabe erfolgreich abgeschlossen ist, müssen Sie zusätzlich eine Entfernung von 10 cm abschätzen. Zur Entfernungsmessung wird ein IR-Sensor verwendet, der die Genauigkeit der Schätzung ermittelt. Eine LED über dem IR-Sensor beginnt zu blinken, um anzuzeigen, dass die Entfernung nun geschätzt werden soll. Sobald Sie glauben, die richtige Entfernung gefunden zu haben, müssen Sie erneut den Knopf drücken, um Ihre Schätzung zu bestätigen.
 
Lassen Sie den Knopf zu früh oder zu spät los, oder schätzen Sie die Entfernung falsch, ertönt eine traurige Melodie und die tatsächlich gedrückte Zeit oder die geschätzte Entfernung werden angezeigt. So erfahren Sie genau, wie weit Sie von den Zielwerten entfernt waren und ob Ihre Schätzungen zu kurz oder zu lang waren. Treffen Sie jedoch die richtigen Werte, werden Sie mit einer Siegermelodie belohnt, und der Code für das Schloss erscheint auf dem Display. Nur mit diesem Code können Sie das Escape-Schloss öffnen und erfolgreich entkommen. Wichtig: Es wird immer erst die Zeit und anschließend die Entfernung geschätzt. Ist eine der beiden Schätzungen falsch, müssen Sie von vorne beginnen, beginnend mit der Zeitmessung.
 
Dieses Spiel verbindet Spaß und Spannung und zeigt auf unterhaltsame Weise, wie herausfordernd es sein kann, sowohl Zeit als auch Entfernungen präzise einzuschätzen. Stellen Sie Ihr Gefühl auf die Probe und finden Sie heraus, ob Sie den Code knacken können!


== Anforderungen ==
== Anforderungen ==
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! ID  !! Inhalt !! Prio!! Ersteller !! Datum !! Geprüft von !! Datum
! ID  !! Inhalt !! Prio!! Ersteller !! Datum !! Geprüft von !! Datum
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| 1  ||
| 1   || Das Escape Game muss in 5 min lösbar sein                                                          || Hoch  || Niklas Reeker  || 02.10.2024  || Oliver Scholze  || 02.10.2024 
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| 2  || Der Spieler muss den Button für 8 Sekunden +-1 Sekunde gedrückt halten um zum zweiten Rätsel der Abstandsmessung zu gelangen . || Hoch  || Niklas Reeker  || 02.10.2024  || Oliver Scholze  || 02.10.2024 
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| 3  || Wenn die Zeit falsch ist, wird die tatsächlich gedrückte Zeit auf dem Display angezeigt und der Spieler muss von vorne beginnen. || Hoch  || Niklas Reeker  || 02.10.2024  || Oliver Scholze  || 02.10.2024 
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| 4  || Ist die Zeit richtig geschätzt, blinkt eine LED, alle 500ms, bei der Entfernungsschätzung um dem Benutzer zu zeigen wo es weitergeht.        || Hoch  || Niklas Reeker  || 02.10.2024  || Oliver Scholze  || 02.10.2024 
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| 5  || Ist die Zeit richtig geschätzt, beginnt die Entfernungsschätzung von 10 cm +-1 cm.                        || Hoch  || Niklas Reeker  || 02.10.2024  || Oliver Scholze  || 02.10.2024 
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| 6  || Wenn die Entfernung falsch geschätzt wird, beginnt das Spiel von vorne mit der Zeitmessung.        || Hoch  || Niklas Reeker  || 02.10.2024  || Oliver Scholze  || 02.10.2024 
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| 7  || Bei richtiger Zeit- und Entfernungsschätzung wird eine Siegesmelodie abgespielt und der Code für das Schloss auf dem Display ausgegeben. || Hoch  || Niklas Reeker  || 02.10.2024  || Oliver Scholze  || 02.10.2024 
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| 8  || Das Spiel muss ohne visuelle Hilfsmittel zur Zeit- und Entfernungsmessung (wie Uhren oder Lineale) funktionieren.  || Hoch  || Niklas Reeker  || 02.10.2024  || Oliver Scholze  || 02.10.2024  
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| 9  || Die Interaktion erfolgt über einen einfachen Knopf für die Zeitmessung und ein Display für Rückmeldungen.          || Mittel || Niklas Reeker  || 02.10.2024  || Oliver Scholze  || 02.10.2024 
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| 10  || Das System muss benutzerfreundlich und für Kinder wie Erwachsene geeignet sein.                    || Mittel || Niklas Reeker  || 02.10.2024  || Oliver Scholze  || 02.10.2024 
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| 11  || Das Arduino-System wird über Simulink gesteuert und muss zuverlässig funktionieren.                || Hoch  || Niklas Reeker  || 02.10.2024  || Oliver Scholze  || 02.10.2024 
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| 12  || Das Escape Game muss in einen Schuhkarton passen.                                              || Mittel || Niklas Reeker  || 02.10.2024  || Oliver Scholze  || 02.10.2024 
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|}
|}


== Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf ==
== Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf ==
Tabelle 2 zeigt die vorläufige Materialliste. Ein '?' in der Spalte für die Anzahl des jeweiligen Materials zeigt an, dass der genaue Bedarf derzeit noch unklar ist. Diese Details werden in Abstimmung mit dem Betreuer weiter präzisiert.
[[Datei:Zeiteinschätzung - Funktionaler Systementwurf.png|right|mini|535px|Abb. 02: Funktionaler Systementwurf]]
[[Datei:Zeitschätzung-Systementwurf.png|right|mini|535px|Abb. 03: Technischer Systementwurf]]
=== Funktionaler Systementwurf ===
Das Eingabegerät wird durch den/die Spieler/in aktiviert, wie in Abbildung 02 dargestellt, woraufhin die Zeitmessung beginnt. Die Aufgabe für den/die Spieler/in besteht darin, das Gerät für eine vorgegebene Dauer zu bedienen, basierend auf der Einschätzung, wann die geforderte Zeit erreicht wurde.


Sobald diese Zeitspanne erfolgreich eingehalten wurde, wird der/die Spieler/in aufgefordert, eine Entfernung von 10 cm zu schätzen. Nach der Zeitmessung muss der/die Spieler/in die Entfernung ohne Hilfsmittel bestimmen. Erst wenn beide Aufgaben – Zeit- und Entfernungsschätzung – korrekt abgeschlossen wurden, erhält der/die Spieler/in einen Code, der es ermöglicht, mit dem nächsten Escape-Spiel fortzufahren.
Sollten die Zeitvorgabe oder die Entfernung nicht korrekt geschätzt werden, ist es erforderlich, den Vorgang zu wiederholen, beginnend mit der Zeitmessung, bis beide Herausforderungen erfolgreich gemeistert wurden.
=== Technischer Systementwurf ===
Die Steuerung und Überwachung des gesamten Spielablaufs obliegt einem Mikrocontroller, wie im funktionalen Systementwurf unter Abbildung 03 ersichtlich ist. Dieser ist direkt an die Spannungsversorgung angeschlossen, um eine kontinuierliche Funktionstüchtigkeit zu gewährleisten. Das Eingabegerät für den/die Spieler/in wird über einen Taster realisiert, der unmittelbar mit dem Mikrocontroller verbunden ist. Bei Aktivierung des Tasters initiiert dieser den Start der Stoppuhrfunktion im Mikrocontroller, um die Zeitmessung zu beginnen.
Nach erfolgreicher Zeitmessung wird der/die Spieler/in aufgefordert, eine Entfernung von 10 cm zu schätzen. Zur Entfernungsmessung wird ein IR-Sensor verwendet, der ebenfalls direkt mit dem Mikrocontroller verbunden ist. Um dem/der Spieler/in anzuzeigen, dass die Entfernungsmessung erfolgen soll, beginnt eine LED über dem IR-Sensor zu blinken. Diese LED ist ebenfalls an den Mikrocontroller angeschlossen und sorgt für eine visuelle Rückmeldung, wann der nächste Schritt – die Entfernungsschätzung – erfolgen muss.
Um das Spielergebnis – sei es die gemessene Zeit, die geschätzte Entfernung oder der freizuschaltende Code, abhängig vom Erfolg des/der Spieler/s – adäquat darzustellen, werden drei 7-Segment-Displays verwendet. Vor diesen Displays wird ein 7-Segment-Decoder geschaltet, um die Anzahl der notwendigen Verbindungen zum Mikrocontroller möglichst gering zu halten und so die Effizienz des Systems zu optimieren.
Zusätzlich wird ein Buzzer in das System integriert, um eine auditive Rückmeldung in Form einer Melodie zu ermöglichen, wie in der Einleitung beschrieben. Dieses Element trägt zur interaktiven und ansprechenden Gestaltung des Spielerlebnisses bei, indem es den/die Spieler/in sowohl bei Erfolg als auch bei Misserfolg über den Spielstatus informiert.
=== Materialliste ===
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|+ style = "text-align: left"| Tabelle 2: Materialliste
|+ style = "text-align: left"| Tabelle 2: Materialliste
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! Nr. !! Anz.    !! Beschreibung  
! Nr. !! Anz.    !! Beschreibung  
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|-
|1 || 1 || [[Mikrocontrollerboard Arduino Mega 2560|Mikrocontrollerboard Arduino Mega 2560]]  
|1 || 1 || [[Arduino|Funduino Arduino UNO R3]]  
|-
|2 || 1 || Taster
|-
|3  || 3 || 7-Segment-Display
|-
|4  || 1 || [[Steckbrett]]
|-
|5  || 1 || Verbindungskabel
|-
|6 || 3 || 7-Segment-Decoder
|-
|7  || 1 || Summer
|-
|8  || 1 || LED
|-
|-
|2 || 4 || 7-Segment-Display
|9  || 2 || Widerstand 10kOhm
|-
|-
|3 || 1 || Gehäuse (ggf. 3D-Druck)
|10 || 1 || Netzteil + Kabel
|-
|-
|4 || ? || Verbindungskabel
|11 || 1 || Gehäuse 3D-Druck
|}
 
== Komponentenspezifikation ==
===Stückliste (BOM)===
Die Bill of Materials befindet sich in der Dokumentation, diese ist in der Zusammenfassung hinterlegt.<br>
{| class="wikitable"
! style="font-weight: bold;" | ID
! style="font-weight: bold;" | Anzahl
! style="font-weight: bold;" | Kosten pro Stück €
! style="font-weight: bold;" | Summe
! style="font-weight: bold;" | Bezeichnung / Komponente
! style="font-weight: bold;" | technische Bezeichnung
! style="font-weight: bold;" | Beschreibung
! style="font-weight: bold;" | Datenblatt
! style="font-weight: bold;" | Abbildung
|-
|-
|5  || ? || Schalter
|1
|1x
|23,70€
|23,70€
|Mikrocontroller-Board
|[https://www.reichelt.de/de/de/arduino-uno-rev-3-dip-variante-atmega328-usb-arduino-uno-dip-p154902.html?PROVID=2788&gad_source=1&gclid=EAIaIQobChMI5u_UkcXviAMV2JqDBx3_RjRGEAQYAiABEgKWsvD_BwE&&r=1 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
|[https://docs.arduino.cc/resources/datasheets/A000066-datasheet.pdf?_gl=1*91lky6*_ga*NzQyOTQzNzUuMTY2NjA5Mjc3Mw..*_ga_NEXN8H46L5*MTY3MzE5ODg2OS44LjAuMTY3MzE5ODg3MC4wLjAuMA.. Datenblatt Arduino Uno]
|[[Datei:ArduinoDue.png|125px|mini|links|Abb. 04: Arduino Uno]]
|-
|-
|6 || ? || Taster
|-
|-
|7 || ? || Temperatur-Sensor
|2
|1x
|1,90€
|1,90€
|Taster
|[https://www.reichelt.de/micro-arcade-button-mit-mikrostaster-27-1-mm-blau-arc-button-mc-bl-p252671.html?PROVID=2788&gad_source=1&gclid=EAIaIQobChMI9KWMscXviAMVXWhBAh1SEAGbEAQYCSABEgLDEfD_BwE ARC BUTTON MC BL Micro Arcade Button mit Mikrostaster, Ø=27,1 mm, blau]
|Der Taster weißt eine Größe von 27.5 x 33.96mm auf und kann mit bis zu 12V belastet werden.
|[https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/C200/BUTTON-MICRO-DATASHEET.pdf Taster]
|[[Datei:Taster blau.png|125px|mini|links|Abb. 05: Taster]]
|-
|-
|8 || ? || Helligkeitssensor
|-
|-
|9 || ? || Potentiometer
|3
|3x
|0,99€
|2,97€
|7 Segment Display
|[https://www.reichelt.de/single-7-segment-anzeige-rot-14-2mm-6-4-mcd-gem-anode-sa-56-11-rt-p54112.html?PROVID=2788&gad_source=1&gclid=EAIaIQobChMIwNaV3sfviAMVWaiDBx19owePEAQYAiABEgK7SPD_BwE Single-7-Segment-Anzeige, rot, 14,2mm, 6,4 mcd, gem. Anode]
|Ein 7-Segment-Display stellt eine elektronische Anzeigevorrichtung dar, die primär für die Visualisierung numerischer Daten verwendet wird.
|[https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A500/SA56-11EWA.pdf 7 Segment Display]
|
[[Datei:7 Segment Display.png|125px|mini|links|Abb. 06: 7 Segment Display]]
|-
|-
|10 || ? || Kapazitiver Berührungssensor
|-
|-
|11 || ? || Drahtwiderstände
|4
|3x
|0,84€
|2,52€
|BCD-to-7-Segment-Decoder
|[https://www.reichelt.de/single-7-segment-anzeige-rot-14-2mm-6-4-mcd-gem-anode-sa-56-11-rt-p54112.html?PROVID=2788&gad_source=1&gclid=EAIaIQobChMIwNaV3sfviAMVWaiDBx19owePEAQYAiABEgK7SPD_BwE CD 74HC4511E TEX Latch, 7-Segment, 2 ... 6 V, DIL-16]
|Ein 7-Segment-Decoder ist ein digitales Logikschaltkreis-Element, das digitale Eingangssignale in eine entsprechende 7-Segment-Anzeige umwandelt und die Anzahl der Anschlüsse von 7 Segment anzeigen auf die hälfte Reduzieren.
|[https://www.ti.com/lit/ds/symlink/cd74hct4511.pdf?ts=1727798209720&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F BCD-to-7-Segment-Decoder]
|[[Datei:7 Segment Decoder.png|125px|mini|links|Abb. 07: 7 Segment Decoder]]
|-
|-
|12  || 1 || Netzteil
|-
|-
|13  || 4 || BCD-to-7-Segment-Decoder
|5
|2x
|0,07€
|0,07€
|Pullup Widerstand 10kOhm
|[https://www.reichelt.de/widerstand-metallschicht-2-10-kohm-0207-0-6-w-1--metall-2-10k-p11581.html?PROVID=2788&gad_source=1&gclid=EAIaIQobChMInIP04M7viAMVXpeDBx0vjyqfEAQYASABEgKDXvD_BwE METALL 2,10K Widerstand, Metallschicht, 2,10 kOhm, 0207, 0,6 W, 1%]
|Der Pullup-Widerstand dient dazu den Eingang am Arduino auf einem definierten Wert zu halten und somit ein eindeutiges Zustand zu gewährleisten.
|[https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/B400/METALL%23YAG.pdf Pullup Widerstand 10kOhm]
|[[Datei:Widerstand.png|125px|mini|links|Abb. 08: Widerstand 10k]]
|-
|-
|-
|6
|1x
|1,50€
|1,50€
|Summer
|[https://www.reichelt.de/buzzer-85db-2300-hz-5-v-cmi-1295-0585t-p360835.html?PROVID=2788&gad_source=1&gclid=EAIaIQobChMI5qGv-tLviAMVBoODBx2LNhJTEAQYBiABEgLg1fD_BwE CMI-1295-0585T Buzzer, 85dB, 2300 Hz, 5 V]
|Ein Summer wandelt elektrische in akustische Signale um, indem er bei Anlegung einer Spannung zu vibrieren beginnt und so Töne erzeugt.
|[https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A900/CMI-1295-0585T.pdf Summer]
|
[[Datei:CMI-1295-0585T Buzzer.png|125px|mini|links|Abb. 09: Summer]]
|}
|}
== Funktionaler Systementwurf ==
Der funktionale Systementwurf wird in Abb. 1 dargestellt.
== Technischer Systementwurf ==
Im Folgenden wird der technische Systementwurf im Groben erläutert:
<ul>
<li>Der Arduino wird durch das Netzteil mit Strom versorgt.</li>
<li>Die 7-Segment-Displays werden jeweils durch einen BCD-to-7-Segment-Decoder angesteuert.</li>
<li>Die BCD-7-Segment-Decoder sind an den digitalen I/O-Ports des Arduinos angeschlossen.</li>
<li>Die Signalgeber mit analogen Ausgangssignalen sind an den analogen Input-Ports des Arduinos angeschlossen.</li>
<li>Die Signalgeber mit digitalen Ausgangssignalen sind an den digitalen I/O-Ports des Arduinos angeschlossen.</li>
<li>Die LEDs werden an den digitalen I/O-Ports des Arduinos angeschlossen.<br>
<ul>
== Komponentenspezifikation ==


== Umsetzung (HW/SW) ==
== Umsetzung (HW/SW) ==

Aktuelle Version vom 10. Oktober 2024, 12:13 Uhr

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Autor: Niklas Reeker & Oliver Scholze
Betreuer: Prof. Schneider oder Prof. Göbel oder Marc Ebmeyer
Abb. 01: Skizze des Projekts Zeitschätzung

Einleitung

Bereits im Grundschulalter versuchen wir Kindern ein Gefühl für Zeit zu vermitteln. Indem sie Zeitintervalle schätzen und dabei oft feststellen, wie sehr sie danebenliegen können, erkennen sie die Bedeutung von Zeit und beginnen Uhren zu tragen. Als Erwachsene haben wir zwar ein besseres Zeitgefühl entwickelt, doch die genaue Schätzung von Zeit und Entfernungen bleibt eine Herausforderung.

Unser Escape Game greift diese Phänomene auf spannende Weise auf. Die Aufgabe klingt einfach, erweist sich jedoch als knifflig: Halten Sie Ihren Finger genau 10 Sekunden lang auf einen Knopf – ohne Hilfsmittel zur Zeitmessung. Sobald diese erste Aufgabe erfolgreich abgeschlossen ist, müssen Sie zusätzlich eine Entfernung von 10 cm abschätzen. Zur Entfernungsmessung wird ein IR-Sensor verwendet, der die Genauigkeit der Schätzung ermittelt. Eine LED über dem IR-Sensor beginnt zu blinken, um anzuzeigen, dass die Entfernung nun geschätzt werden soll. Sobald Sie glauben, die richtige Entfernung gefunden zu haben, müssen Sie erneut den Knopf drücken, um Ihre Schätzung zu bestätigen.

Lassen Sie den Knopf zu früh oder zu spät los, oder schätzen Sie die Entfernung falsch, ertönt eine traurige Melodie und die tatsächlich gedrückte Zeit oder die geschätzte Entfernung werden angezeigt. So erfahren Sie genau, wie weit Sie von den Zielwerten entfernt waren und ob Ihre Schätzungen zu kurz oder zu lang waren. Treffen Sie jedoch die richtigen Werte, werden Sie mit einer Siegermelodie belohnt, und der Code für das Schloss erscheint auf dem Display. Nur mit diesem Code können Sie das Escape-Schloss öffnen und erfolgreich entkommen. Wichtig: Es wird immer erst die Zeit und anschließend die Entfernung geschätzt. Ist eine der beiden Schätzungen falsch, müssen Sie von vorne beginnen, beginnend mit der Zeitmessung.

Dieses Spiel verbindet Spaß und Spannung und zeigt auf unterhaltsame Weise, wie herausfordernd es sein kann, sowohl Zeit als auch Entfernungen präzise einzuschätzen. Stellen Sie Ihr Gefühl auf die Probe und finden Sie heraus, ob Sie den Code knacken können!

Anforderungen

Tabelle 1: Anforderungen an das Escape Game
ID Inhalt Prio Ersteller Datum Geprüft von Datum
1 Das Escape Game muss in 5 min lösbar sein Hoch Niklas Reeker 02.10.2024 Oliver Scholze 02.10.2024
2 Der Spieler muss den Button für 8 Sekunden +-1 Sekunde gedrückt halten um zum zweiten Rätsel der Abstandsmessung zu gelangen . Hoch Niklas Reeker 02.10.2024 Oliver Scholze 02.10.2024
3 Wenn die Zeit falsch ist, wird die tatsächlich gedrückte Zeit auf dem Display angezeigt und der Spieler muss von vorne beginnen. Hoch Niklas Reeker 02.10.2024 Oliver Scholze 02.10.2024
4 Ist die Zeit richtig geschätzt, blinkt eine LED, alle 500ms, bei der Entfernungsschätzung um dem Benutzer zu zeigen wo es weitergeht. Hoch Niklas Reeker 02.10.2024 Oliver Scholze 02.10.2024
5 Ist die Zeit richtig geschätzt, beginnt die Entfernungsschätzung von 10 cm +-1 cm. Hoch Niklas Reeker 02.10.2024 Oliver Scholze 02.10.2024
6 Wenn die Entfernung falsch geschätzt wird, beginnt das Spiel von vorne mit der Zeitmessung. Hoch Niklas Reeker 02.10.2024 Oliver Scholze 02.10.2024
7 Bei richtiger Zeit- und Entfernungsschätzung wird eine Siegesmelodie abgespielt und der Code für das Schloss auf dem Display ausgegeben. Hoch Niklas Reeker 02.10.2024 Oliver Scholze 02.10.2024
8 Das Spiel muss ohne visuelle Hilfsmittel zur Zeit- und Entfernungsmessung (wie Uhren oder Lineale) funktionieren. Hoch Niklas Reeker 02.10.2024 Oliver Scholze 02.10.2024
9 Die Interaktion erfolgt über einen einfachen Knopf für die Zeitmessung und ein Display für Rückmeldungen. Mittel Niklas Reeker 02.10.2024 Oliver Scholze 02.10.2024
10 Das System muss benutzerfreundlich und für Kinder wie Erwachsene geeignet sein. Mittel Niklas Reeker 02.10.2024 Oliver Scholze 02.10.2024
11 Das Arduino-System wird über Simulink gesteuert und muss zuverlässig funktionieren. Hoch Niklas Reeker 02.10.2024 Oliver Scholze 02.10.2024
12 Das Escape Game muss in einen Schuhkarton passen. Mittel Niklas Reeker 02.10.2024 Oliver Scholze 02.10.2024

Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf

Abb. 02: Funktionaler Systementwurf
Abb. 03: Technischer Systementwurf

Funktionaler Systementwurf

Das Eingabegerät wird durch den/die Spieler/in aktiviert, wie in Abbildung 02 dargestellt, woraufhin die Zeitmessung beginnt. Die Aufgabe für den/die Spieler/in besteht darin, das Gerät für eine vorgegebene Dauer zu bedienen, basierend auf der Einschätzung, wann die geforderte Zeit erreicht wurde.

Sobald diese Zeitspanne erfolgreich eingehalten wurde, wird der/die Spieler/in aufgefordert, eine Entfernung von 10 cm zu schätzen. Nach der Zeitmessung muss der/die Spieler/in die Entfernung ohne Hilfsmittel bestimmen. Erst wenn beide Aufgaben – Zeit- und Entfernungsschätzung – korrekt abgeschlossen wurden, erhält der/die Spieler/in einen Code, der es ermöglicht, mit dem nächsten Escape-Spiel fortzufahren.

Sollten die Zeitvorgabe oder die Entfernung nicht korrekt geschätzt werden, ist es erforderlich, den Vorgang zu wiederholen, beginnend mit der Zeitmessung, bis beide Herausforderungen erfolgreich gemeistert wurden.

Technischer Systementwurf

Die Steuerung und Überwachung des gesamten Spielablaufs obliegt einem Mikrocontroller, wie im funktionalen Systementwurf unter Abbildung 03 ersichtlich ist. Dieser ist direkt an die Spannungsversorgung angeschlossen, um eine kontinuierliche Funktionstüchtigkeit zu gewährleisten. Das Eingabegerät für den/die Spieler/in wird über einen Taster realisiert, der unmittelbar mit dem Mikrocontroller verbunden ist. Bei Aktivierung des Tasters initiiert dieser den Start der Stoppuhrfunktion im Mikrocontroller, um die Zeitmessung zu beginnen.

Nach erfolgreicher Zeitmessung wird der/die Spieler/in aufgefordert, eine Entfernung von 10 cm zu schätzen. Zur Entfernungsmessung wird ein IR-Sensor verwendet, der ebenfalls direkt mit dem Mikrocontroller verbunden ist. Um dem/der Spieler/in anzuzeigen, dass die Entfernungsmessung erfolgen soll, beginnt eine LED über dem IR-Sensor zu blinken. Diese LED ist ebenfalls an den Mikrocontroller angeschlossen und sorgt für eine visuelle Rückmeldung, wann der nächste Schritt – die Entfernungsschätzung – erfolgen muss.

Um das Spielergebnis – sei es die gemessene Zeit, die geschätzte Entfernung oder der freizuschaltende Code, abhängig vom Erfolg des/der Spieler/s – adäquat darzustellen, werden drei 7-Segment-Displays verwendet. Vor diesen Displays wird ein 7-Segment-Decoder geschaltet, um die Anzahl der notwendigen Verbindungen zum Mikrocontroller möglichst gering zu halten und so die Effizienz des Systems zu optimieren.

Zusätzlich wird ein Buzzer in das System integriert, um eine auditive Rückmeldung in Form einer Melodie zu ermöglichen, wie in der Einleitung beschrieben. Dieses Element trägt zur interaktiven und ansprechenden Gestaltung des Spielerlebnisses bei, indem es den/die Spieler/in sowohl bei Erfolg als auch bei Misserfolg über den Spielstatus informiert.

Materialliste

Tabelle 2: Materialliste
Nr. Anz. Beschreibung
1 1 Funduino Arduino UNO R3
2 1 Taster
3 3 7-Segment-Display
4 1 Steckbrett
5 1 Verbindungskabel
6 3 7-Segment-Decoder
7 1 Summer
8 1 LED
9 2 Widerstand 10kOhm
10 1 Netzteil + Kabel
11 1 Gehäuse 3D-Druck

Komponentenspezifikation

Stückliste (BOM)

Die Bill of Materials befindet sich in der Dokumentation, diese ist in der Zusammenfassung hinterlegt.

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. 04: Arduino Uno
2 1x 1,90€ 1,90€ Taster ARC BUTTON MC BL Micro Arcade Button mit Mikrostaster, Ø=27,1 mm, blau Der Taster weißt eine Größe von 27.5 x 33.96mm auf und kann mit bis zu 12V belastet werden. Taster
Abb. 05: Taster
3 3x 0,99€ 2,97€ 7 Segment Display Single-7-Segment-Anzeige, rot, 14,2mm, 6,4 mcd, gem. Anode Ein 7-Segment-Display stellt eine elektronische Anzeigevorrichtung dar, die primär für die Visualisierung numerischer Daten verwendet wird. 7 Segment Display
Abb. 06: 7 Segment Display
4 3x 0,84€ 2,52€ BCD-to-7-Segment-Decoder CD 74HC4511E TEX Latch, 7-Segment, 2 ... 6 V, DIL-16 Ein 7-Segment-Decoder ist ein digitales Logikschaltkreis-Element, das digitale Eingangssignale in eine entsprechende 7-Segment-Anzeige umwandelt und die Anzahl der Anschlüsse von 7 Segment anzeigen auf die hälfte Reduzieren. BCD-to-7-Segment-Decoder
Abb. 07: 7 Segment Decoder
5 2x 0,07€ 0,07€ Pullup Widerstand 10kOhm METALL 2,10K Widerstand, Metallschicht, 2,10 kOhm, 0207, 0,6 W, 1% Der Pullup-Widerstand dient dazu den Eingang am Arduino auf einem definierten Wert zu halten und somit ein eindeutiges Zustand zu gewährleisten. Pullup Widerstand 10kOhm
Abb. 08: Widerstand 10k
6 1x 1,50€ 1,50€ Summer CMI-1295-0585T Buzzer, 85dB, 2300 Hz, 5 V Ein Summer wandelt elektrische in akustische Signale um, indem er bei Anlegung einer Spannung zu vibrieren beginnt und so Töne erzeugt. Summer
Abb. 09: Summer

Umsetzung (HW/SW)

Komponententest

Ergebnis

Zusammenfassung

Lessons Learned

Projektunterlagen

Projektplan

Projektdurchführung

YouTube Video

Weblinks

Literatur

→ zurück zur Übersicht: WS 23/24: Angewandte Elektrotechnik (BSE)

Abgerufen von „https://wiki.hshl.de/wiki/index.php?title=Zeitschätzung&oldid=125208“