Das Geheimnis der Feder: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 9. Oktober 2024, 15:59 Uhr

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Autor:	Sophie Koerner & Dorothea Tege
Betreuer:	Prof. Göbel

Einleitung

Escape Games haben sich als wirksame Methode zur Stärkung von Teamarbeit, Problemlösungsfähigkeiten und kritischem Denken. Ein Beispiel dafür ist das Spiel „Das Geheimnis der Feder“. Es stellt die Teilnehmenden vor die Herausforderung, eine präzise Gewichtsbalance zu ermitteln und die Funktionsweise eines sensorgesteuerten Systems zu testen.

Im Mittelpunkt des Spiels steht eine mechanische Anordnung. Eine Feder ist an einem Stativ befestigt, an dem ein Teller hängt. Die Spieler müssen die optimale Masse bestimmen und auf den Teller legen, um ein stabiles Gleichgewicht zu erreichen. So wird experimentell das Hooke‘ sche Gesetz getestet.

Eine LED-Anzeige liefert visuelle Rückmeldungen. Zwei rote und gelbe LEDs signalisieren Abweichungen vom optimalen Gewicht. Eine grüne LED zeigt an, dass die gewünschte Position mit der richtigen Masse erreicht wurde. Ein Ultraschallsensor misst die Distanz zwischen der Unterseite des Tellers und dem Sensor. Ziel des Spiels ist es, das exakte Gewicht zu identifizieren, das die optimale Balance im System sichert.

Das Escape Game „Das Geheimnis der Feder“ ist Teil einer Reihe von miteinander verknüpften Spielen. Das Lösen eines Spiels ist notwendig, um auf die nachfolgenden Herausforderungen zugreifen zu können. Dieses Konzept fördert die kognitive Flexibilität und die Zusammenarbeit innerhalb der Gruppe.

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	Sophie Koerner	03.10.2024	Dorothea Tege	03.10.2024
2	Der verbaute Sensor gibt muss eine Distanz messen können	Hoch	Sophie Koerner	03.10.2024	Dorothea Tege	03.10.2024
3	Die Distanz zum Teller wird durch ein LED-Ampelsystem visualisiert	Hoch	Sophie Koerner	03.10.2024	Dorothea Tege	03.10.2024
4	Wenn das gewählte Gewicht korrekt ist, leuchtet die LED in grün.	Hoch	Sophie Koerner	03.10.2024	Dorothea Tege	03.10.2024
5	Das Experiment kann entweder durch Ausprobieren (leicht) oder Berechnen (mittel/schwer) erfolgen.	Hoch	Sophie Koerner	03.10.2024	Dorothea Tege	03.10.2024
6	Das Experiment darf nur mit den gegebenen Hilfsmitteln bearbeitet werden: Zettel, Stift und Taschenrechner.	Mittel	Sophie Koerner	03.10.2024	Dorothea Tege	03.10.2024
7	Das System anwenderfreundlich sein.	Mittel	Sophie Koerner	03.10.2024	Dorothea Tege	03.10.2024
8	Die Steuerung des Arduino-Systems erfolgt über Simulink und muss ohne Verzögerung und zuverlässig funktionieren.	Hoch	Sophie Koerner	03.10.2024	Dorothea Tege	03.10.2024
10	Das Escape-Game muss in einen Schuhkarton passen.	Mittel	Sophie Koerner	03.10.2024	Dorothea Tege	03.10.2024

Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf

Funktionaler Systementwurf

Für das Escape Game „Das Geheimnis der Feder“ wird eine Feder an einem Stativ befestigt und ein Teller darunter gehängt. Spieler müssen die optimale Masse ermitteln, entweder durch Ausrechnen der angegebenen Formel (Schwierigkeisgrad Mittel) oder durch Ausprobieren mit Gewichten, die auf den Teller gelegt werden. Das System beinhaltet eine LED-Anzeige, die visuelle Rückmeldungen in Form von roten, gelben und grünen LEDs gibt. Die grüne LED zeigt den korrekten Bereich an. Die gelben und roten LEDs werden verwendet, um Abweichungen vom optimalen Gewicht zu signalisieren. Ein Ultraschallsensor misst kontinuierlich die Distanz zwischen der Unterseite des Tellers und dem Sensor.

Technischer Systementwurf

Das Escape Game „Das Geheimnis der Feder“ besteht aus mehreren integrierten Komponenten, die zusammenarbeiten. Im Zentrum steht eine mechanische Anordnung, einer Feder mit einem Teller an einem Stativ. Der Ultraschallsensor ist am Stativfuß positioniert und misst die Distanz zwischen der Unterseite des Tellers und dem Sensor. Der Arduino verarbeitet die Daten des Sensors und steuert die LED-Anzeige, die aus zwei roten LEDs, zwei gelben LEDs und einer grünen LED besteht. Die roten und gelben LEDs signalisieren Abweichungen vom optimalen Gewicht in positiver und negativer Richtung, während die grüne LED anzeigt, dass das richtige Gewicht erreicht wurde. Die gesamte Hardware wird durch einen durchsichtigen Kasten mit Aussparung für den Sensor geschützt. Die Software wird mit Hilfe von Simulink implementiert und in Echtzeit bearbeitet.

Materialliste

Tabelle 2: Materialliste
Nr.	Anz.	Beschreibung
1	1	Funduino Arduino UNO R3
2	1	IR-Abstandssensor Sharp GP2Y0A41SK0F
3	3	Widerstand 200Ohm
4	1	Steckbrett
5	4	Jumper Kabel männlich/weiblich, 20cm
6	X	Jumper Kabel männlich/männlich, 20cm
7	5	LEDs (2x rot, 2x gelb, 1x grün)
8	1	Stativfuß MF
9	1	Stativstange 25 cm, 10 mm Durchmesse
10	1	Muffenblock
11	1	Steckachse
12	2	Schraubenfeder 25 N/m (inkl. Ersatzfeder)
13	1	Hängegewichte-Set
14	1	Computer mit Simulink und USB-Anschluss für Arduino
15	1	Netzteil + Kabel
16	1	Gehäuse zum Schutz der Hardware

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 [[Kategorie:ProjekteET MTR BSE WS2024]]
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+[[Datei:Skizze Versuch.jpg|mini|Skizze zum Versuchsaufbau „Das Geheimnis der Feder“]]
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 Das Escape Game „Das Geheimnis der Feder“ ist Teil einer Reihe von miteinander verknüpften Spielen. Das Lösen eines Spiels ist notwendig, um auf die nachfolgenden Herausforderungen zugreifen zu können. Dieses Konzept fördert die kognitive Flexibilität und die Zusammenarbeit innerhalb der Gruppe.