Escape Game: Chromatic Lock: Unterschied zwischen den Versionen

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|+ '''Tabelle 1: Anforderungen an das Chromatic Lock System'''
'''Tabelle 1: Anforderungen an das Chromatic Lock System'''
! ID !! Inhalt !! Prio !! Ersteller !! Datum !! Geprüft von !! Datum
! ID !! Inhalt !! Prio !! Ersteller !! Datum !! Geprüft von !! Datum
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| 01 || Die Stromversorgung muss über eine wiederaufladbare Powerbank (5V, 5000mAh+) erfolgen. || high || D. Kamdem, T. Kouomo || 03. 10. 2025 || ||  
| 01 || Die Stromversorgung muss über einen Steckernetzteil mit 9 V Ausgangsspannung und 2 A Stromstärke erfolgen. || high || D. Kamdem, T. Kouomo || 03. 10. 2025 || ||  
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| 02 || Der Arduino muss drei Rotary Encoder auslesen und deren Drehrichtung sowie Tastendruck erkennen können. || high || D. Kamdem, T. Kouomo || 03. 10. 2025 || ||  
| 02 || Der Arduino muss drei Rotary Encoder auslesen und deren Drehrichtung sowie Tastendruck erkennen können. || high || D. Kamdem, T. Kouomo || 03. 10. 2025 || ||  
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== Funktionaler Systementwurf ==
== Funktionaler Systementwurf ==
=== Systemarchitektur und Komponentenübersicht ===


Das System ist als Farbcode‑Rätsel aufgebaut, das in mehreren Schritten abläuft:<br>
Das System ist als Farbcode‑Rätsel aufgebaut, das in mehreren Schritten abläuft:<br>
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*Status‑LED für visuelle Rückmeldung.<br>
*Status‑LED für visuelle Rückmeldung.<br>
Bedienung: Reset‑Taster auf der Front, seitlicher Ein-/Aus‑Schalter.<br>
Bedienung: Reset‑Taster auf der Front, seitlicher Ein-/Aus‑Schalter.<br>
Stromversorgung: Steckernetzteil (10 W, 5 V, 2 A).<br>
Stromversorgung: Steckernetzteil (18 W, 9 V, 2 A).<br>
Gehäuse: 3D‑gedruckt, ca. 150 × 100 mm, mit Aussparungen für Bedienelemente.
Gehäuse: 3D‑gedruckt, ca. 150 × 100 mm, mit Aussparungen für Bedienelemente.


[[Datei:Chromatic Lock fzz.png | thumb | none | 700px | Abbildung 1: Schaltungsaufbau des Chromatic Lock]]
 
''' Schaltplan '''
 
[[Datei:Chromatic Lock fzz.png | thumb | none | 700px | Abbildung 1: Schaltungsaufbau des Chromatic Lock - mit Fritzing erstellt]]
 
 
''' Pin-Belegung der Arduino '''
 
{| class="wikitable"
'''Tabelle 2: Pin-Belegung der Arduino(Mega 2560)'''
! ID !! Komponente !! Signal/Funktion !! Arduino Mega Pin(s)
|-
| 1 || Encoder 1 || CLK, DT || D2, D3
|-
| 2 || Encoder 2 || CLK, DT || D18, D19
|-
| 3 || Encoder 3 || CLK, DT || D22, D23
|-
| 4 || TFT‑Display (ILI9341, SPI) || CS, RESET, DC, MOSI, SCK, MISO || D53, D49, D48, D51, D52, D50
|-
| 5 || LCD 20×4 (I²C) || SDA, SCL || D20, D21
|-
| 6 || Piezo‑Buzzer || Buzzer‑Ansteuerung || D6
|-
| 7 || Status‑LED || Statusanzeige || D5
|-
| 8 || Reset‑Taster || Reset‑Eingang || D7
|-
|}


===Softwarearchitektur:===
===Softwarearchitektur:===
*Arduino IDE für Encoder‑Auswertung, Farbpalettenverwaltung, Vergleichslogik, Displaysteuerung und Codegenerierung.<br>
*Arduino IDE für Encoder‑Auswertung, Farbpalettenverwaltung, Vergleichslogik, Displaysteuerung und Codegenerierung.<br>
*Simulink zur Modellierung des Signalflusses (Encoder → Farblogik → Vergleich → Ausgabe).
*Simulink zur Modellierung des Signalflusses (Encoder → Farblogik → Vergleich → Ausgabe).
''' Zustandsautomat und Datenflussdiagramm '''
[[Datei:Zustandsautomat des Chromatic Lock.png | thumb | left | 400px | Abbildung 2: Zustandsautomat des Chromatic Lock]]
[[Datei:Datenflussdiagramm des Chromatic Lock.png | thumb | left | 400px | Abbildung 3: Datenflussdiagramm des Chromatic Lock]]
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== Komponentenspezifikation ==
== Komponentenspezifikation ==


=== Material und Stückliste ===
=== BOM – Komponentenübersicht ===


{| class="wikitable"
{| class="wikitable"
'''Tabelle 3: Material und Stückliste'''
! ID !! Anzahl !! Komponente !! Technische Bezeichnung !! Kosten (Stück) !! Datenblatt !! Link zum Artikel
! ID !! Anzahl !! Komponente !! Technische Bezeichnung !! Kosten (Stück) !! Datenblatt !! Link zum Artikel
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| 7 || 1 || Reset LED || 3 mm LED blau || 0,35 € || [https://www.make-it.ca/nodemcu-arduino/3mm-led/ 3mm LED Specs] || [https://www.reichelt.de/de/de/shop/produkt/led_3_mm_bedrahtet_blau_25_mcd_30_-230833 Reichelt Blau]
| 7 || 1 || Reset LED || 3 mm LED blau || 0,35 € || [https://www.make-it.ca/nodemcu-arduino/3mm-led/ 3mm LED Specs] || [https://www.reichelt.de/de/de/shop/produkt/led_3_mm_bedrahtet_blau_25_mcd_30_-230833 Reichelt Blau]
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|-
| 8 || 5 || Widerstand || 220 Ω, 0,25 W || 0,18 € || - || [https://www.reichelt.de/de/de/shop/produkt/widerstand_metalloxyd_220_ohm_0207_1_0_w_5_-1800 Reichelt Widerstand]
| 8 || 2 || Widerstand || 220 Ω, 0,25 W || 0,18 € || - || [https://www.reichelt.de/de/de/shop/produkt/widerstand_metalloxyd_220_ohm_0207_1_0_w_5_-1800 Reichelt Widerstand]
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|-
| 9 || 1 || Gehäuse || 3D-Druck PLA || - || - || -
| 9 || 1 || Gehäuse || 3D-Druck PLA || - || - || -
|-
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| 10 || 1 || Steckernetzteil || 10 W, 5 V, 2 A || 5,70 € || [https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/D400/YS12V-XXX_DB-EN.pdf Datenblatt] || [https://www.reichelt.de/de/de/shop/produkt/steckernetzteil_10_w_5_v_2_a-370227 Reichelt Netzteil]
| 10 || 1 || Steckernetzteil || 18 W, 9 V, 2 A || 11,95 € || [https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/D400/EA1019_DB-EN.pdf Datenblatt] || [https://www.reichelt.de/de/de/shop/produkt/steckernetzteil_18_w_9_v_2_a-349482?PROVID=2788 Reichelt Netzteil]
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|-
| 11 || 1 || Verkabelung || Jumper Wires + Platine || 3,36 € || - || [https://www.roboter-bausatz.de/p/65-jumper-wire-kabel-im-set Roboter-Bausatz Jumper] / [https://funduinoshop.com/en/components/plugboards-and-circuit-boards/breadboards/double-sided-pcb-printed-circuit-board-green-60-x-80mm-pitch-2.54-mm Funduino Platine]
| 11 || 1 || Verkabelung || Jumper Wires + Platine || 3,36 € || - || [https://www.roboter-bausatz.de/p/65-jumper-wire-kabel-im-set Roboter-Bausatz Jumper] / [https://funduinoshop.com/en/components/plugboards-and-circuit-boards/breadboards/double-sided-pcb-printed-circuit-board-green-60-x-80mm-pitch-2.54-mm Funduino Platine]
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| || || '''Gesamtkosten :''' || || '''52,64 €''' || ||  
| || || '''Gesamtkosten :''' || || '''59,07 €''' || ||  
|}
|}


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== Umsetzung (HW/SW) ==
== Umsetzung (HW/SW) ==
=== Mechanische Umsetzung ===
Für das Projekt Chromatic Lock wurde ein maßgeschneidertes Gehäuse entwickelt, das zentrale Komponenten wie den Mikrocontroller, die Anzeigeeinheiten und die Bedienelemente aufnimmt. Ziel war eine robuste, wartungsfreundliche Konstruktion, die sowohl funktional als auch optisch klar strukturiert ist.
[[Datei:CL IsometricView.jpg | 700px | 500px | thumb | left | Abbildung 4: Chromatic Lock Gehäuse]]
[[Datei:CL Exploded View.jpg | 700px | 500px | thumb | left | Abbildung 5: CAD Exploded View]]
[[Datei:CL TZ.jpg | 700px | 1000px | left | thumb | Abbildung 6: Technisches Zeichnen der Chromatic Lock]]
<br clear="all">
Die Gehäusekonstruktion entstand in mehreren Iterationsschritten. Nach ersten Skizzen und Diskussion im Team wurde das finale Design in SolidWorks modelliert und anschließend als 3D‑Modell visualisiert.
<br >
Die Gehäusewände sind so dimensioniert, dass sie mechanischen Belastungen durch Tastenbetätigung standhalten und die verbauten Komponenten zuverlässig schützen. Am Boden befinden sich stabile Halterungen, die eine sichere und präzise Aufnahme des Arduino-Boards ermöglichen. Die Verschraubung erfolgt ausschließlich am oberen Gehäusedeckel, wo die Schrauben in den dafür vorgesehenen Bohrungen fixiert werden. Diese Konstruktion sorgt für eine gleichmäßige Kraftverteilung und verhindert das Eindringen von Staub oder Fremdkörpern.
<br >
Auf der Rückseite des Gehäuses befinden sich zwei Öffnungen für Stromversorgung und den USB Programmierzugang. Die Kabelzuführung erfolgt über definierte Kanäle, die die Funktionalität nicht beeinträchtigen und gleichzeitig eine saubere Innenführung ermöglichen.
[[Datei:CL Gehaeuse.jpg| left | 700px | 500px | thumb | Abbildung 7: Unterer Teil des Gehäuses]]
<br clear="all">
Die Oberseite des Gehäuses ist als abgesetztes Deckelteil gestaltet, das neben der strukturellen Stabilität auch die Montage der Bedienelemente und Schnittstellen erleichtert. Hier sind Aussparungen für Displays, Taster und Drehregler vorgesehen, die eine klare und intuitive Benutzerführung ermöglichen. Die Komponente Öffnungen sind so gestaltet, dass die Module von hinten eingesetzt und sicher fixiert werden können. Die Pins lassen sich ins Gehäuseinnere führen und dort direkt verdrahten. Alternativ ist auch eine vorkonfektionierte Montage möglich.
<br >
Besondere Aufmerksamkeit gilt der Frontplatte. Sie enthält klar beschriftete Aussparungen für Anzeige, Power-Button und Reset-Funktion. Die Anordnung der Bedienelemente folgt einer intuitiven, benutzerfreundlichen Logik, die eine einfache und schnelle Bedienung gewährleistet. Dadurch wird eine klare Orientierung unterstützt und ein flüssiger Bedienfluss ermöglicht.
[[Datei:CL Interface FrontView.jpg | 700px | 500px | thumb | left | Abbildung 8: Front View der Chromatic Lock Interface]]
[[Datei:CL Interface RearView.jpg | 700px | 500px | thumb | left | Abbildung 9: Rear View der Chromatic Lock Interface]]
<br clear="all">
=== Elektronische Umsetzung ===
=== Software Umsetzung ===


== Komponententest ==
== Komponententest ==
=== Durchführung ===
Die Komponententests wurden durchgeführt, um die Funktionsfähigkeit sämtlicher Hardwarekomponenten des Systems vor der Integration sicherzustellen. Alle Tests folgten einem standardisierten Vorgehen.
;''' Vorbereitung '''
Alle relevanten Komponenten wurden gemäß der definierten Pinbelegung und Systemarchitektur auf einem separaten Testaufbau installiert. Hierzu zählten unter anderem Mikrocontroller, Drehencoder, Anzeigeeinheiten, akustische Ausgabegeräte, Statusanzeigen sowie die Spannungsversorgung.
;''' Einzeltests '''
Jede Komponente wurde isoliert geprüft, um elektrische und funktionale Eigenschaften ohne Einfluss anderer Systembestandteile zu evaluieren. Dabei wurde insbesondere auf Signalstabilität, Steuerbarkeit und Reaktionsverhalten geachtet.
;''' Integrationstest '''
Nach erfolgreichem Abschluss der Einzelprüfungen wurden alle Komponenten in das Gesamtsystem integriert. Anschließend wurde der vollständige Funktionsablauf getestet, einschließlich Farbauswahl, Wertedetektion, Berechnung, Vergleich mit dem Zielwert sowie finale Ausgabe des vierstelligen Codes.
;''' Dokumentation '''
Die Test Ergebnisse wurden dokumentiert. Auffälligkeiten wurden analysiert und behoben.
=== Textfassung ===
{| class="wikitable"
'''Tabelle 4: Textfassung der Komponententest'''
! Test Nr. !! Komponente !! Durchführung !! Erwartetes Ergebnis !! Test bestanden?
|-
| TC01 || Stromversorgung (Netzteil 9 V) || Netzteil angeschlossen und Spannungsstabilität gemessen || Ausgangsspannung konstant bei 9 V ± 0,1 V. System startet ohne Spannungseinbruch || style="background-color: #ccffcc;" | Ja
|-
| TC02 || Rotary Encoder R || Drehimpulse einzeln geprüft || Drehimpulse werden korrekt gezählt und erzeugt eindeutiges Signal am vorgesehenen Pin || style="background-color: #ccffcc;" | Ja
|-
| TC03 || Rotary Encoder G || Testverfahren wie bei TC02 || Drehimpulse werden korrekt gezählt und erzeugt eindeutiges Signal am vorgesehenen Pin || style="background-color: #ccffcc;" | Ja
|-
| TC04 || Rotary Encoder B || Testverfahren wie bei TC02 || Drehimpulse werden korrekt gezählt und erzeugt eindeutiges Signal am vorgesehenen Pin || style="background-color: #ccffcc;" | Ja
|-
| TC05 || TFT-Display 2.8" || Ausgabe eines Testbildes über SPI || Testbild zeigt Test RGB-Farbkanäle ohne Artefakte. Der SPI-Kommunikation ist stabil || style="background-color: #ccffcc;" | Ja
|-
| TC06 || LCD 20×4 (I²C) || Ausgabe des Texts „Hello World“ über I²C || Text erscheint vollständig und ohne Zeichensprünge. Die I²C-Adresse wurde korrekt erkannt || style="background-color: #ccffcc;" | Ja
|-
| TC07 || Piezo-Buzzer || Erzeugung mehrere Prüftöne per PWM || PWM-Signal erzeugt Ton bei 1 kHz und die Lautstärke ist konstant. Keine Verzerrungen bemerkt || style="background-color: #ccffcc;" | Ja
|-
| TC08 || Status-LEDs (rot/blau) || LEDs per Software ein- und ausgeschaltet || LEDs leuchten bei HIGH-Signal stabil || style="background-color: #ccffcc;" | Ja
|-
| TC09 || Reset-Taster / Ein-Aus-Schalter || Reset-Vorgang und vollständiger Neustart geprüft || System startet nach Tastendruck neu und alle Register werden zurückgesetzt || style="background-color: #ccffcc;" | Ja
|-
| TC10 || Gehäusemontage || Mechanische Passform und Kabelführung geprüft || Bauteile sind passgenau montiert; Kabel verlaufen spannungsfrei und ohne Quetschung ||
|}
=== Zusammenfassung ===


== Ergebnis ==
== Ergebnis ==
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== Projektunterlagen ==
== Projektunterlagen ==
=== Projektplan ===
=== Projektplan ===
[[Datei:GanntUpdate CL.png| thumb | none | 1000px | 1500px | Abbildung 10: Projektplan]]
===ZIP-Archiv===
Im folgenden Ordner befindet sich das Zip-Archiv des Projekts:
[[Datei:CL Projektdaten.zip]]
=== Projektdurchführung ===
=== Projektdurchführung ===


Aktuelle Version vom 28. November 2025, 01:04 Uhr

Autoren: Dominique Kamdem und Tatiana Kouomo Tchengang
Betreuer: Prof. Krome


Einleitung

Das „Chromatic Lock“ ist ein Rätsel für Escape‑Games, bei dem die Spieler durch Drehen an drei Reglern eine bestimmte Farbkombination einstellen müssen. Treffen sie die gesuchte Farbe, wird ein vierstelliger Code auf einem Display ausgegeben, der für den weiteren Spielverlauf benötigt wird. Akustisches und visuelles Feedback unterstützt den Moment der Lösung. Mit einer durchschnittlichen Spieldauer von rund fünf Minuten ist das Rätsel kompakt, mobil einsetzbar und für unterschiedliche Zielgruppen geeignet.

Schwierigkeitslevel:
Das Chromatic Lock verfügt über drei Schwierigkeitsstufen: Einsteiger, Fortgeschrittene und Profis. Die Unterscheidung erfolgt über die Komplexität der Farbhinweise, die von einfachen alltagsnahen Begriffen bis hin zu kulturellen, historischen und abstrakten Referenzen reichen. Dadurch lässt sich das Rätsel flexibel an unterschiedliche Zielgruppen und Spielniveaus anpassen.

Lernziele:
- Mikrocontroller-Programmierung mit Interrupts und Zustandsautomaten
- Integration von Sensorik (Encoder) und Aktorik (LED, Buzzer, Display)
- Anwendung von RGB-Farbtheorie und Farbtoleranzberechnung

Bezug zum MTR Studium:
- Praktische Umsetzung von Inhalten aus Elektrotechnik-Praktikum, Informatik, Lichttechnik und CAD
- Anwendung von Farbmetrik und Displaytechnologie im Kontext Lighting Systems Engineering
- Verbindung von Embedded Systems, Sensorintegration und technischer Dokumentation

Anforderungen

Tabelle 1: Anforderungen an das Chromatic Lock System
ID Inhalt Prio Ersteller Datum Geprüft von Datum
01 Die Stromversorgung muss über einen Steckernetzteil mit 9 V Ausgangsspannung und 2 A Stromstärke erfolgen. high D. Kamdem, T. Kouomo 03. 10. 2025
02 Der Arduino muss drei Rotary Encoder auslesen und deren Drehrichtung sowie Tastendruck erkennen können. high D. Kamdem, T. Kouomo 03. 10. 2025
03 Das System muss für jeden Farbkanal (R, G, B) eine vordefinierte Palette von 5-6 Farbstufen bereitstellen. high D. Kamdem, T. Kouomo 03. 10. 2025
04 Das 2.8" TFT-Display muss oben die aktuelle Mischung (AKTUELL) und unten die Zielfarbe (ZIEL) anzeigen. high D. Kamdem, T. Kouomo 03. 10. 2025
05 Das 20×4 LCD muss kontextabhängige Hinweise basierend auf Schwierigkeitsgraden anzeigen. high D. Kamdem, T. Kouomo 03. 10. 2025
06 Das System muss die gewählte Farbkombination mit einer vordefinierten Zielfarbe vergleichen und bei Übereinstimmung einen Match erkennen. high D. Kamdem, T. Kouomo 03. 10. 2025
07 Die Zielfarbe muss zufällig generiert werden und alle Schwierigkeitsgrade müssen gelöst werden. high D. Kamdem, T. Kouomo 03. 10. 2025
08 Bei erfolgreichem Farbmatch muss ein vierstelliger Code auf dem LCD angezeigt werden, begleitet von einer Glückwunschnachricht. high D. Kamdem, T. Kouomo 03. 10. 2025
09 Das System muss über einen Reset-Taster auf der Front für die Spielleitung und einen seitlichen Ein-/Aus-Schalter verfügen. high D. Kamdem, T. Kouomo 03. 10. 2025
10 Das System muss über eine rote LED für Ein-/Aus-Status (Stromversorgung) und eine blaue LED für Reset verfügen. low D. Kamdem, T. Kouomo 03. 10. 2025
11 Das System muss akustisches Feedback über einen Piezo-Buzzer bei Erfolg und Fehlversuchen geben. low D. Kamdem, T. Kouomo 03. 10. 2025
12 Das System muss in einem kompakten 3D-gedruckten Gehäuse untergebracht werden. low D. Kamdem, T. Kouomo 03. 10. 2025

Funktionaler Systementwurf

Systemarchitektur und Komponentenübersicht

Das System ist als Farbcode‑Rätsel aufgebaut, das in mehreren Schritten abläuft:
- Initialisierung: Beim Start werden Zielfarbe und Hinweise geladen und angezeigt.
- Eingabe: Spieler wählen über drei Drehgeber diskrete Werte für Rot, Grün und Blau.
- Anzeige:

  • TFT zeigt aktuelle Mischung und Zielfarbe.
  • LCD gibt Hinweise abhängig vom Schwierigkeitsgrad und zeigt im Erfolgsfall den vierstelligen Code.

- Vergleich: Die aktuelle Farbmischung wird mit der Zielfarbe innerhalb einer Toleranz verglichen.
- Feedback: Akustisches Signal über Buzzer und visuelles Signal über LED.
- Erfolg: Bei Übereinstimmung erscheint der Code, begleitet von Feedback.
- Reset: Über einen Taster kann das System zurückgesetzt werden; ein Schalter steuert die Stromversorgung.

Die Kernfunktionen sind damit: Eingabe von Farbwerten, Anzeige von Informationen, Vergleich mit der Zielfarbe, Ausgabe von Rückmeldungen und Code sowie Rücksetzung des Systems.

Technischer Systementwurf

Die technische Umsetzung basiert auf einer Hardware‑ und Softwarearchitektur:

Hardwarearchitektur:

Steuereinheit: Arduino Mega 2560 als zentrale Logik.
Eingabe: Drei Rotary Encoder (KY‑040) für die RGB‑Werte.
Ausgabe:

  • TFT‑Display (2.8″, SPI) für aktuelle Mischung und Zielfarbe.
  • LCD (20×4, I²C) für Hinweise und Code.
  • Piezo‑Buzzer für akustisches Feedback.
  • Status‑LED für visuelle Rückmeldung.

Bedienung: Reset‑Taster auf der Front, seitlicher Ein-/Aus‑Schalter.
Stromversorgung: Steckernetzteil (18 W, 9 V, 2 A).
Gehäuse: 3D‑gedruckt, ca. 150 × 100 mm, mit Aussparungen für Bedienelemente.


Schaltplan

Abbildung 1: Schaltungsaufbau des Chromatic Lock - mit Fritzing erstellt


Pin-Belegung der Arduino

Tabelle 2: Pin-Belegung der Arduino(Mega 2560)
ID Komponente Signal/Funktion Arduino Mega Pin(s)
1 Encoder 1 CLK, DT D2, D3
2 Encoder 2 CLK, DT D18, D19
3 Encoder 3 CLK, DT D22, D23
4 TFT‑Display (ILI9341, SPI) CS, RESET, DC, MOSI, SCK, MISO D53, D49, D48, D51, D52, D50
5 LCD 20×4 (I²C) SDA, SCL D20, D21
6 Piezo‑Buzzer Buzzer‑Ansteuerung D6
7 Status‑LED Statusanzeige D5
8 Reset‑Taster Reset‑Eingang D7

Softwarearchitektur:

  • Arduino IDE für Encoder‑Auswertung, Farbpalettenverwaltung, Vergleichslogik, Displaysteuerung und Codegenerierung.
  • Simulink zur Modellierung des Signalflusses (Encoder → Farblogik → Vergleich → Ausgabe).


Zustandsautomat und Datenflussdiagramm

Abbildung 2: Zustandsautomat des Chromatic Lock
Abbildung 3: Datenflussdiagramm des Chromatic Lock


Komponentenspezifikation

BOM – Komponentenübersicht

Tabelle 3: Material und Stückliste
ID Anzahl Komponente Technische Bezeichnung Kosten (Stück) Datenblatt Link zum Artikel
1 1 Mikrocontroller-Board Arduino Mega 2560 (Funduino kompatibel) 18,90 € Arduino Mega Funduino Mega 2560
2 3 Rotary Encoder KY-040 Drehgeber 1,25 € KY-040 Roboter-Bausatz
3 1 TFT Display 2.8" SPI TFT 240x320 (ILI9341) 12,45 € ILI9341 Roboter-Bausatz
4 1 LCD 20x4 I²C LCD HD44780 6,90 € HD44780 Funduino LCD 20x4
5 1 Piezo Buzzer Aktiver Buzzer 5 V 0,90 € Components101 Buzzer Funduino Buzzer
6 1 Power LED 3 mm LED rot 0,15 € 3mm Red LED LED-Shop Rot
7 1 Reset LED 3 mm LED blau 0,35 € 3mm LED Specs Reichelt Blau
8 2 Widerstand 220 Ω, 0,25 W 0,18 € - Reichelt Widerstand
9 1 Gehäuse 3D-Druck PLA - - -
10 1 Steckernetzteil 18 W, 9 V, 2 A 11,95 € Datenblatt Reichelt Netzteil
11 1 Verkabelung Jumper Wires + Platine 3,36 € - Roboter-Bausatz Jumper / Funduino Platine
Gesamtkosten : 59,07 €

Technische Komponentenspezifikation

Arduino Mega 2560

  • Funktion: Zentrale Steuereinheit für komplexere Projekte mit vielen Ein- und Ausgängen
  • Mikrocontroller: ATmega2560
  • Digitale I/O: 54 Pins (davon 15 PWM-fähig)
  • Analoge Inputs: 16 Pins
  • Speicher: 256 KB Flash, 8 KB SRAM, 4 KB EEPROM
  • Verwendete Schnittstellen: Digital I/O, I²C, SPI, UART (4 serielle Schnittstellen)

Rotary Encoder (KY-040)

  • Funktion: Farbpalettennavigation durch Drehbewegung
  • Ausgänge: CLK, DT (Quadraturencoder)
  • Rastung: 20 Schritte/Umdrehung
  • Auswertung: Interrupt-basierte Zählung (CLK/DT Flanken)

2.8" TFT-Display (ILI9341)

  • Funktion: Visuelle Darstellung der Farbmischung und Zielfarbe
  • Auflösung: 240×320 Pixel
  • Schnittstelle: SPI (MOSI, SCK, CS, DC, RST)
  • Farbtiefe: 16-bit RGB (65.536 Farben)
  • Darstellung: Geteilter Bildschirm (50/50 für Ist/Soll-Farbe)

20×4 LCD-Display (I²C)

  • Funktion: Textausgabe für Hinweise und Code
  • Schnittstelle: I²C (SDA, SCL)
  • I²C-Adresse: 0x27 oder 0x3F (konfigurierbar)
  • Zeichen: 20 Zeichen × 4 Zeilen

Piezo-Buzzer

  • Funktion: Akustisches Feedback bei erfolgreicher Lösung
  • Typ: Passiver Buzzer
  • Frequenzbereich: 2-4 kHz
  • Ansteuerung: PWM-Signal (Pin 12)
  • Tonsequenz: Erfolgssignal (z.B. C-E-G Akkord)

Power LED (Rot)

  • Funktion: Anzeige des Betriebszustands (Ein/Aus)
  • Typ: 3mm Standard-LED
  • Farbe: Rot
  • Vorwiderstand: 220Ω

Reset LED (Blau)

  • Funktion: Anzeige des Reset-Status
  • Typ: 3mm Standard-LED
  • Farbe: Blau
  • Vorwiderstand: 220Ω

Umsetzung (HW/SW)

Mechanische Umsetzung

Für das Projekt Chromatic Lock wurde ein maßgeschneidertes Gehäuse entwickelt, das zentrale Komponenten wie den Mikrocontroller, die Anzeigeeinheiten und die Bedienelemente aufnimmt. Ziel war eine robuste, wartungsfreundliche Konstruktion, die sowohl funktional als auch optisch klar strukturiert ist.

Abbildung 4: Chromatic Lock Gehäuse
Abbildung 5: CAD Exploded View
Abbildung 6: Technisches Zeichnen der Chromatic Lock


Die Gehäusekonstruktion entstand in mehreren Iterationsschritten. Nach ersten Skizzen und Diskussion im Team wurde das finale Design in SolidWorks modelliert und anschließend als 3D‑Modell visualisiert.
Die Gehäusewände sind so dimensioniert, dass sie mechanischen Belastungen durch Tastenbetätigung standhalten und die verbauten Komponenten zuverlässig schützen. Am Boden befinden sich stabile Halterungen, die eine sichere und präzise Aufnahme des Arduino-Boards ermöglichen. Die Verschraubung erfolgt ausschließlich am oberen Gehäusedeckel, wo die Schrauben in den dafür vorgesehenen Bohrungen fixiert werden. Diese Konstruktion sorgt für eine gleichmäßige Kraftverteilung und verhindert das Eindringen von Staub oder Fremdkörpern.
Auf der Rückseite des Gehäuses befinden sich zwei Öffnungen für Stromversorgung und den USB Programmierzugang. Die Kabelzuführung erfolgt über definierte Kanäle, die die Funktionalität nicht beeinträchtigen und gleichzeitig eine saubere Innenführung ermöglichen.

Abbildung 7: Unterer Teil des Gehäuses


Die Oberseite des Gehäuses ist als abgesetztes Deckelteil gestaltet, das neben der strukturellen Stabilität auch die Montage der Bedienelemente und Schnittstellen erleichtert. Hier sind Aussparungen für Displays, Taster und Drehregler vorgesehen, die eine klare und intuitive Benutzerführung ermöglichen. Die Komponente Öffnungen sind so gestaltet, dass die Module von hinten eingesetzt und sicher fixiert werden können. Die Pins lassen sich ins Gehäuseinnere führen und dort direkt verdrahten. Alternativ ist auch eine vorkonfektionierte Montage möglich.
Besondere Aufmerksamkeit gilt der Frontplatte. Sie enthält klar beschriftete Aussparungen für Anzeige, Power-Button und Reset-Funktion. Die Anordnung der Bedienelemente folgt einer intuitiven, benutzerfreundlichen Logik, die eine einfache und schnelle Bedienung gewährleistet. Dadurch wird eine klare Orientierung unterstützt und ein flüssiger Bedienfluss ermöglicht.

Abbildung 8: Front View der Chromatic Lock Interface
Abbildung 9: Rear View der Chromatic Lock Interface


Elektronische Umsetzung

Software Umsetzung

Komponententest

Durchführung

Die Komponententests wurden durchgeführt, um die Funktionsfähigkeit sämtlicher Hardwarekomponenten des Systems vor der Integration sicherzustellen. Alle Tests folgten einem standardisierten Vorgehen.

Vorbereitung

Alle relevanten Komponenten wurden gemäß der definierten Pinbelegung und Systemarchitektur auf einem separaten Testaufbau installiert. Hierzu zählten unter anderem Mikrocontroller, Drehencoder, Anzeigeeinheiten, akustische Ausgabegeräte, Statusanzeigen sowie die Spannungsversorgung.

Einzeltests

Jede Komponente wurde isoliert geprüft, um elektrische und funktionale Eigenschaften ohne Einfluss anderer Systembestandteile zu evaluieren. Dabei wurde insbesondere auf Signalstabilität, Steuerbarkeit und Reaktionsverhalten geachtet.

Integrationstest

Nach erfolgreichem Abschluss der Einzelprüfungen wurden alle Komponenten in das Gesamtsystem integriert. Anschließend wurde der vollständige Funktionsablauf getestet, einschließlich Farbauswahl, Wertedetektion, Berechnung, Vergleich mit dem Zielwert sowie finale Ausgabe des vierstelligen Codes.

Dokumentation

Die Test Ergebnisse wurden dokumentiert. Auffälligkeiten wurden analysiert und behoben.

Textfassung

Tabelle 4: Textfassung der Komponententest
Test Nr. Komponente Durchführung Erwartetes Ergebnis Test bestanden?
TC01 Stromversorgung (Netzteil 9 V) Netzteil angeschlossen und Spannungsstabilität gemessen Ausgangsspannung konstant bei 9 V ± 0,1 V. System startet ohne Spannungseinbruch Ja
TC02 Rotary Encoder R Drehimpulse einzeln geprüft Drehimpulse werden korrekt gezählt und erzeugt eindeutiges Signal am vorgesehenen Pin Ja
TC03 Rotary Encoder G Testverfahren wie bei TC02 Drehimpulse werden korrekt gezählt und erzeugt eindeutiges Signal am vorgesehenen Pin Ja
TC04 Rotary Encoder B Testverfahren wie bei TC02 Drehimpulse werden korrekt gezählt und erzeugt eindeutiges Signal am vorgesehenen Pin Ja
TC05 TFT-Display 2.8" Ausgabe eines Testbildes über SPI Testbild zeigt Test RGB-Farbkanäle ohne Artefakte. Der SPI-Kommunikation ist stabil Ja
TC06 LCD 20×4 (I²C) Ausgabe des Texts „Hello World“ über I²C Text erscheint vollständig und ohne Zeichensprünge. Die I²C-Adresse wurde korrekt erkannt Ja
TC07 Piezo-Buzzer Erzeugung mehrere Prüftöne per PWM PWM-Signal erzeugt Ton bei 1 kHz und die Lautstärke ist konstant. Keine Verzerrungen bemerkt Ja
TC08 Status-LEDs (rot/blau) LEDs per Software ein- und ausgeschaltet LEDs leuchten bei HIGH-Signal stabil Ja
TC09 Reset-Taster / Ein-Aus-Schalter Reset-Vorgang und vollständiger Neustart geprüft System startet nach Tastendruck neu und alle Register werden zurückgesetzt Ja
TC10 Gehäusemontage Mechanische Passform und Kabelführung geprüft Bauteile sind passgenau montiert; Kabel verlaufen spannungsfrei und ohne Quetschung

Zusammenfassung

Ergebnis

Zusammenfassung

Lessons Learned

Projektunterlagen

Projektplan

Abbildung 10: Projektplan

ZIP-Archiv

Im folgenden Ordner befindet sich das Zip-Archiv des Projekts: Datei:CL Projektdaten.zip

Projektdurchführung

YouTube Video

Weblinks

Literatur

→ zurück zur Übersicht: WS 25/26: Escape Game

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