Sieben-Lampen-Rätsel

Abb. 1: Aufbau des Sieben-Lampen-Rätsels [1]

Autor:	Jan van Pels, Joe Schröder
Betreuer:	Prof. Göbel

Autor: Jan van Pels, Joe Schröder

Einleitung

Das Knobelspiel „Sieben-Lampen-Rätsel“ ist ein einfaches Knobelspiel, in dem das Ziel ist, alle 7 Lampen zum Leuchten zu bringen. In Abbildung 1 ist der Aufbau der Lampen im Kreis zu erkennen. Die Lampen haben außerdem einen zugeordneten Taster. Zusätzlich gibt es einen Taster zum Zurücksetzen des Spiels (alle Lampen ausschalten). Wenn alle 7 Lampen leuchten wird auf dem Display ein Zahlencode angezeigt, um das nächste Escape Game spielen zu können.
Wenn ein Taster einer Lampe gedrückt wird, geht diese Lampe an. Es gehen ebenfalls die Lampen rechts und links neben der gedrückten Lampe an. Wenn eine dieser Lampen leuchten sollte, geht diese Lampe wieder aus.

Anforderungen

Tabelle 1: Anforderungen an das Escape Game

ID	Inhalt	Prio	Ersteller	Datum	Geprüft von	Datum
1	Die entsprechenden Lampen müssen angehen, wenn ein Taster gedrückt wurde.	1	Jan van Pels	28.09.2024
1	Die Lampen müssen ausgehen, wenn diese leuchtet und ein entsprechender Taster gedrückt wird.	1	Jan van Pels	28.09.2024
1	Die Zahlenkombination muss angezeigt werden, wenn alle Lampen an sind.	1	Jan van Pels	28.09.2024
1	Das Betätigen des Zurücksetzen-Buttons muss alle Lampen ausschalten.	1	Jan van Pels	28.09.2024

Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf

Das System ist in Abbildung 1 zu sehen und besteht aus den Komponenten in Tabelle 2. Die sieben Taster und Lampen können alternativ auch in ein Bauteil zusammengeführt werden. Die Taster und Lampen werden über den Arduino ausgelesen und angesteuert. Eine Zahlenkombination, die vorher festgelegt wurde, wird auf dem Display angezeigt, wenn der Arduino erkennt das alle Lampen leuchten. Dafür wird das Signal mit der Zahlenkombination vom Arduino an das Display versendet.

Tabelle 2: Materialliste

Nr.	Anz.	Beschreibung
1	1	Funduino Arduino UNO R3
2	8	Taster
3	1	16x2 LCD-Display mit I2C-Modul
4	7	Lampen/LED mit integriertem Vorwiderstand
5	?	Verbindungskabel

Funktionaler Systementwurf

Der funktionale Systementwurf ist in Abbildung 1 dargestellt. Dazu kommt das Display zum Anzeigen der Zahlenkombination. Außerdem ist es möglich das die Lampen und Taster nicht in einem Bauteil wie in Abbildung 1 zusammengefasst sind.

Technischer Systementwurf

Möglicher Schaltplan für einzelne Taster und Lampen:

Abb. 2: Systementwurf des Sieben-Lampen-Rätsels [2]




• Taster 1 bis 8 an den Pins D2 bis D9 angeschlossen und Pull-Down Widerstand mit GND verbunden oder Pull-Up Widerstand des Arduinos aktiviert.
• Lampen 1 bis 7 an den Pins D10 bis D13 sowie A0 bis A2.
  
  • Anoden mit Widerstand und Arduino Pins verbunden (möglicherweise 220 Ohm) oder LEDs mit integriertem Vorwiderstand genutzt.
  • Kathoden mit GND verbunden.
• LCD-Display mit I2C an SDA (Pin A4) und SCL (Pin A5) angeschlossen, zusätzlich mit 5V und GND.








Komponentenspezifikation

Stückliste (BOM)

Tabelle 3: BOM

ID	Anzahl	Kosten pro Stück €	Summe	Bezeichnung / Komponente	Einkaufsseite	Beschreibung	Datenblatt	Abbildung
1	1x	22,08€	22,08€ + 4,16€ Versand	Arduino Uno Rev 3 smd Breadboard + Kabel	Arduino Uno Rev 3 Einkaufsseite	Der Arduino Uno Rev 3 verfügt über 14 digitale I/O - Schnittstellen. Des weiteren sind 6 analoge Eingänge für die Verarbeitung analoger Signale vorhanden.	Arduino Uno Rev 3	Abb. 03: Arduino Uno Rev 3
2	1x	5,80€	5,80€ + 5,95€ Versand	LCD 16x2 Display	LCD 16x2 Display Einkaufsseite	Das Display hat eine I2c Schnittstelle, mit der das Display am Arduino angeschlossen wird.	Datenblatt LCD 16x2 Display	Abb. 04: LCD 16x2 Display
3	8x	4,33€	34,64€ + 4,90€ Versand	Drucktaster, Chrom - 5V, LED beleuchtet	Taster mit LED Einkaufsseite	Der Drucktaster mit LED wird mit 5V betrieben und die Farbe der LED ist Blau.	Abb. 06: Datenblatt Taster mit LED	Abb. 05: Taster mit LED

Umsetzung HW (mechanisch)

Umsetzung HW (elektrisch)

Verdrahtungsplan und Schaltplan

Abb. 6: Verdrahtungsplan Seite 1	Abb. 7: Verdrahtungsplan Seite 2	Abb. 8: Verdrahtungsplan Seite 3




In dem gezeigten Verdrahtungs- und Schaltplan in den Abbildungen 6 - 8 ist die Verdrahtung der acht Taster und acht LEDs mit dem Arduino dargestellt. Das LCD Display ist auch angeschlossen. Vcc und Ground sind in allen drei Abbildungen zur Übersichtlichkeit als durchgehende Leitung dargestellt. Beim Verdrahten werden die Bauteile mit einzelnen Kabeln über eine Breadboard Verbindung versorgt.

Anbindung des Tasters

Im Schaltplan ist die Anbindung des Tasters dargestellt. Um im nicht-geschaltetem Zustand ein definiertes Potential zu gewährleisten, muss ein Pullup-Widerstand oder Pulldown-Widerstand verwendet werden. Für unsern Projekt wird der interne Pullup-Widerstand des Arduinos benutzt. Somit muss kein Pullup- oder Pulldown-Widerstand verdrahtet werden.

Vorwiderstände der LEDs

Um den Strom, der durch die LED fließt, zu begrenzen, wird ein Vorwiderstand benötigt. Dieser Vorwiderstand schützt die LED vor Beschädigung durch Überstrom und sorgt dafür, dass der Strom innerhalb der zulässigen Grenzen bleibt. Die verwendete LED, hat nach Anfrage beim Verkäufer, einen bereits integrierten Vorwiderstand. Es muss damit kein weitere Vorwiderstand verdrahtet werden.




Umsetzung SW

Verwendete Toolbox: Matlab Support Package für Arduino Hardware, Simulink Support Package für Arduino Hardware

Komponententest

Ergebnis

Zusammenfassung

Lessons Learned

Projektunterlagen

Projektplan

Projektdurchführung

YouTube Video

Weblinks

[1] Beschreibung des Rätsels: Sieben-Lampen


Literatur

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