Arduino basierte Quiz Box

Autor:	Anivesh Kumar und Marius Hoffknecht
Betreuer:	Marc Ebmeyer

Einleitung

Die Spieler müssen 3 Rätsel lösen, die von der Quiz Box ausgegeben werden. Sobald alle Rätsel richtig gelöst sind, öffnet sich automatisch eine kleine Kiste, die den Code für das nächste Schloss enthält. Die Quiz Box ist mit mehreren Displays, Potentiometern und RGB-LEDs ausgestattet und die Rätsel werden nacheinander ausgegeben. Es gibt einen Haupt-Display mit einer Haupt-LED. Darunter befinden sich drei kleinere Displays mit jeweils einer LED und einem Potentiometer. Die CAD-Zeichnung der Quiz Box wird noch hinzugefügt.

Rätsel:

1. Auf dem großen 2.4 Zoll Display werden immer zwei Zahlen mit einem Komma getrennt ausgegeben. Zu jedem Zahlenpaar leuchtet die große RGB LED Platine und jede Farbe steht für eine Verfahrensart, mit der die Zahlen verrechnet werden. Beispielsweise rot für +, grün für × und blau für -. Die Spieler müssen dann das richtige Ergebnis über das Potentiometer am großen Display eingeben.

2. Am großen 2,4 Zoll Display wird eine Rechenaufgabe ausgegeben, welche aus zwei gebenden Zahlen und einer Variablen besteht. Die Konstante wird ebenfalls ausgegeben und die Spieler können über einen der kleinen 0.9 Zoll Display den Wert der Variable x verstellen. Das verstellen erfolgt über das Potentiometer.

Beispielaufgabe (leicht) : 100 + x/2 = 150 , Ergebnis: x = 100 muss am Potentiometer eingestellt werden.

3. Die RGB LED Platine leuchtet 3-mal in verschiedenen Farben. Auf den kleinen Displays können die Zahlenwerte mit dem Potentiometer zwischen 0 und 255 verändert werden. Die LEDs verändern je nach eingestellter Zahl ihre Farbe und es muss der richtige Wert eingestellt werden, sodass die LED am kleinen Display genau in der gleichen Farbe leuchtet, wie die Haupt-LED

Schwierigkeitslevel: einfach

Anforderungen

Tabelle 1: Anforderungen an die Arduino basierte Quiz Box

ID	Inhalt	Prio	Ersteller	Datum	Geprüft von	Datum
1	Die Displays müssen veschiedene Zeichen zu verschiedenen Zeitpunkten ausgeben können.	hoch	Anivesh Kumar	10.10.24
2	Das Zusammenspiel zwischen LED, Display und Potentiometer muss zu jedem Zeitpunkt einwandfrei funktionieren.	hoch	Anivesh Kumar	10.10.24
3	Push Button für Neustarten muss funktionsfähig sein.	mittel	Anivesh Kumar	10.10.24
4	Push Button muss über ein Interrupt funktionieren.	niedrig	Anivesh Kumar	10.10.24
5	Servo Motor muss nach Spielende den Deckel öffnen.	hoch	Marius Hoffknecht	10.10.24
6	RGB-LED muss hell beleuchtet sein.	mittel	Anivesh Kumar	10.10.24

Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf

Abb. 01: Zeichnung Quiz Box

Abb. 02: Funktionaler Systementwurf

Technischer Systementwurf:

Der Arduino Mega wird als Controller verwendet und vom Netzteil mit Spannung versorgt. Die drei Displays werden über den Multiplexer angesteuert, da der Arduino Mega nur jeweils eine SCL und SDA Schnittstelle hat. Der Multiplexer verfügt über mehrere dieser Schnittstellen. Der große Display wird am Multiplexer an SD2 und SC2 angeschlossen. Die kleinen Displays werden an SC3 und SD3, sowie an SC4 und SD4 angeschlossen. Zudem benötigen die Displays einen Anschluss an die Versorgungsspannung und an Ground. Zur Steuerung der Displays wird der I2C-Bus verwendet. Die RGB-LEDs werden mit einem Vorwiderstand von 200 Ohm direkt an die PWM-Digital-Pins 2-7 angeschlossen. Die RGB-LED-Platine hat vier Anschlüsse. Zwei davon direkt auf Ground, einer an die Versorgungsspannung und ein Signalpin. Der Signalpin wird an den Digitalpin D3 des Arduino angeschlossen. Die Potentiometer haben drei Anschlüsse. Neben der Versorgungsspannung und Ground, werden die Analogpins an den Eingängen A0, A1 und A2 am Arduino Mega angeschlossen. Der Servo Motor wird ebenfalls an die Versorgungsspannung und an Ground angeschlossen. Zudem wird der Signalanschluss an PWM Pin 10 des Arduino Mega verbunden. Der Push-Button wird an Digital Pin D8 des Arduinos angeschlossen und muss vor Benutzung entprellt werden.

Tabelle 2: Materialliste

Nr.	Anz.	Beschreibung
1	1	Arduino Mega
2	1	Push-Button
3	2	RGB-LEDs
4	2	0,96 Zoll I2C OLED-Display, 2 kleine
5	3	Potentiometer (10kOhm)
6	2	Breadboard
7	1	Spannungsversorgung/Netzteil
8	1	Servo Motor 5V, 180 Grad
9	1	RGB-LED-Platine ws2812 -> Einzel addressierbar
10	1	Quiz-Box Gehäuse ggf(3D-Druck)
11	1	Lösungsbox Gehäuse (3D-Druck)
12	9	Widerstände (200 Ohm)
13	1	I2C Multiplexer TCA9548A
14	1	Breadboard Netzteil
15	?	Jumper Kabel m/m
16	?	Jumper Kabel f/m
17	1	DC Hohlstecker Y-Verteiler
18	1	2.4 Zoll TFT Display

Literatur

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