Zeit-, Entfernungs- und Gewichtsschätzung

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Autoren: Niklas Reeker, Oliver Scholze und Johann Kismann
Betreuer: 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. Ist diese Aufgabe korrekt gemeistert, erleuchtet die nächste LED über dem Drucksensor und es muss das dritte und damit auch das letzte Rätsel gelöst werden. Dies umfasst eine Gewichtsschätzung über einen Drucksensor. Dabei muss bei einer Auswahl von drei verschiedenen Gewichten (50 g/100 g/150 g) das Gewicht mit 100 g ausgewählt und auf den Drucksensor gestellt werden. Auch hier stellt ein erneuter Knopfdruck die Bestätigung der Auswahl dar.

Lassen Sie den Knopf zu früh oder zu spät los, schätzen Sie die Entfernung falsch oder wählen Sie das falsche Gewicht, ertönt eine traurige Melodie und die tatsächlich gedrückte Zeit, die geschätzte Entfernung oder das ausgewählte Gewicht 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, dann die Entfernung und anschließend das Gewicht geschätzt. Ist eine der drei 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

Im nachfolgenden werden die testbaren Anforderungen gezeigt welche den korrekten Betrieb der Zeit-, Entfernungs- und Gewichtsschätzung sicherstellen.

Tabelle 1: Anforderungen an das Escape Game
ID Inhalt Prio Ersteller Datum Geprüft von Datum
1 Das Escape Game muss in 4-5 Minuten lösbar sein Mittel Niklas Reeker 02.10.2024 Oliver Scholze 02.10.2024
2 Der Spieler muss den Button für 10 Sekunden +-1 s 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 geschätzt wurde, wird die tatsächlich gedrückte Zeit auf dem Display angezeigt. Hoch Niklas Reeker 02.10.2024 Oliver Scholze 02.10.2024
4 Wenn die Zeit falsch geschätzt wurde, beginnt das Spiel von vorne. Hoch Niklas Reeker 02.10.2024 Oliver Scholze 02.10.2024
5 Wenn die Zeit falsch geschätzt wurde, wird eine traurige Melodie abgespielt. Mittel Niklas Reeker 02.10.2024 Oliver Scholze 02.10.2024
6 Ist die Zeit richtig geschätzt, blinkt eine LED, alle 500 ms, bei der Entfernungsschätzung um dem Benutzer zu zeigen wo es weitergeht. Hoch Niklas Reeker 02.10.2024 Oliver Scholze 02.10.2024
7 Ist die Zeit richtig geschätzt, beginnt die Entfernungsschätzung von 10 cm +-1 cm. Hoch Niklas Reeker 02.10.2024 Oliver Scholze 02.10.2024
8 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
9 Wenn die Entfernung falsch geschätzt wird, wird die tatsächlich geschätzte Entfernung auf dem Bildschirm in cm angezeigt. Hoch Niklas Reeker 02.10.2024 Oliver Scholze 02.10.2024
10 Wenn die Entfernung falsch geschätzt wird, wird eine traurige Melodie abgespielt. Mittel Niklas Reeker 02.10.2024 Oliver Scholze 02.10.2024
11 Ist die Entfernung richtig geschätzt, leuchtet eine LED, bei der Gewichtsschätzung um dem Benutzer zu zeigen wo es weitergeht. Hoch Johann Kismann 11.10.2024 Oliver Scholze 11.10.2024
12 Ist die Entfernung richtig geschätzt, beginnt die Gewichtsschätzung von 100 g +-10%. Hoch Johann Kismann 11.10.2024 Oliver Scholze 11.10.2024
13 Wenn das Gewicht falsch geschätzt wird, beginnt das Spiel von vorne mit der Zeitmessung. Hoch Johann Kismann 11.10.2024 Oliver Scholze 11.10.2024
14 Wenn das Gewicht falsch geschätzt wird, wird das tatsächliche Gewicht auf dem Bildschirm in g angezeigt. Hoch Johann Kismann 11.10.2024 Oliver Scholze 11.10.2024
15 Wenn das Gewicht falsch geschätzt wird, wird eine traurige Melodie abgespielt. Mittel Johann Kismann 11.10.2024 Oliver Scholze 11.10.2024
16 Bei richtiger Zeitschätzung wird eine Siegesmelodie abgespielt. Mittel Niklas Reeker 02.10.2024 Oliver Scholze 02.10.2024
17 Bei richtiger Entfernungsschätzung wird eine Siegesmelodie abgespielt. Mittel Niklas Reeker 02.10.2024 Oliver Scholze 02.10.2024
18 Bei richtiger Gewichtsschätzung wird eine Siegesmelodie abgespielt. Mittel Johann Kismann 11.10.2024 Oliver Scholze 11.10.2024
19 Die Zeitmessung wird bei der Ausgabe auf ganze Sekunden gerundet (Bsp: 12,6 s entspricht 13 s). Hoch Niklas Reeker 02.10.2024 Oliver Scholze 02.10.2024
20 Die Entfernungsmessung wird bei der Ausgabe auf ganze Entfernungen in cm gerundet (Bsp: 12,6 cm entspricht 13 cm). Hoch Niklas Reeker 02.10.2024 Oliver Scholze 02.10.2024
21 Die Gewichtsmessung wird bei der Ausgabe auf ein ganzzahliges Gewicht in g gerundet (Bsp: 105,2 g entspricht 105 g). Hoch Johann Kismann 11.10.2024 Oliver Scholze 11.10.2024
22 Bei richtiger Gewichtsschätzung wird der dreistellige Code für das Schloss auf dem Display ausgegeben. Hoch Niklas Reeker 02.10.2024 Oliver Scholze 02.10.2024
23 Das Spiel muss ohne visuelle Hilfsmittel zur Zeit-, Entfernungs- und Gewichtsmessung (wie Uhren, Lineale oder Waagen) funktionieren. Hoch Niklas Reeker 02.10.2024 Oliver Scholze 02.10.2024
24 Die Interaktion erfolgt über einen einfachen Knopf und einen Display für Rückmeldungen. Mittel Niklas Reeker 02.10.2024 Oliver Scholze 02.10.2024
25 Das System muss benutzerfreundlich und für Kinder wie Erwachsene geeignet sein. Mittel Niklas Reeker 02.10.2024 Oliver Scholze 02.10.2024
26 Das Arduino-System wird über Simulink gesteuert. Hoch Niklas Reeker 02.10.2024 Oliver Scholze 02.10.2024
27 Das Escape Game muss in einen Schuhkarton passen. Gering 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 +-1 cm zu schätzen. Ist auch diese Aufgabe korrekt absolviert, wird der/die Spieler/in aufgefordert, ein Gewicht von 100 g zu schätzen. Alle drei Schätzungen dürfen jedoch nur ohne Hilfsmittel bestimmt werden. Erst wenn alle drei Aufgaben – Zeit-, Entfernungs- und Gewichtsschätzung – korrekt abgeschlossen wurden, erhält der/die Spieler/in einen Code, der es ermöglicht, mit dem nächsten Escape-Spiel fortzufahren.

Sollten die Zeitvorgabe, die Entfernung oder das Gewicht nicht korrekt geschätzt werden, ist es erforderlich, den Vorgang zu wiederholen, beginnend mit der Zeitmessung, bis alle drei 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 +-1 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. Für die Gewichtsschätzung wird ein Drucksensor verwendet. Ist die Entfernungsschätzung korrekt, soll eine weitere LED über dem Drucksensor für die Gewichtsschätzung blinken. Auch hierbei soll die LED als eine visuelle Rückmeldung fungieren, um den nächsten Schritt anzuzeigen.

Um das Spielergebnis – sei es die gemessene Zeit, die geschätzte Entfernung, das geschätzte Gewicht 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

Die Materialliste gibt einen Überblick der benötigten Komponenten. Zusätzlich wird der Bestellstatus festgehalten.

Tabelle 2: Materialliste
Nr. Anz. Beschreibung Bestellstatus
1 1 Funduino Arduino Mega
2 1 Taster
3 3 7-Segment-Display
4 1 (Lochrasterplatine) Vorhanden --> Überlegung Platine zu designen und zu fräsen
5 1 Verbindungskabel Vorhanden
6 3 7-Segment-Decoder
7 1 Summer
8 2 LED grün
9 2 Widerstand 10kOhm
10 1 Netzteil + Kabel
11 1 Gehäuse 3D-Druck
12 2 Widerstand 150Ohm
13 1 IR-Sensor
14 1 Drucksensor

Komponentenspezifikation

Stückliste (BOM)

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

Da alle weiteren Komponenten bei Reichelt bestellt werden können fallen dafür einmalig Versandkosten von 5,95€ an.
Tabelle 3: BOM
ID Anzahl Kosten pro Stück € Summe Bezeichnung / Komponente technische Bezeichnung Beschreibung Datenblatt Abbildung
1 1x 19,30€ 19,30€ Arduino Mega ARD MEGA2560 R3 Arduino kompatibles Mega 2560 R3 Board Der Mirkocontroller mit dem ATmega2560 verfügt über 54digitale I/O - Schnittstellen. Des weiteren sind 16 analoge Eingänge die die Verarbeitung analoger Signale vorhanden. ARD MEGA2560 R3 Arduino kompatibles Mega 2560 R3 Board
Abb. 04: Arduino Mega
2 1x 11,56€ 11,56€ + 4,95€ Versand Taster Pilztaster Not-Aus Pilz Taster IP65 Der Taster kann mit bis zu 24V belastet werden. Datenblatt 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€ 0,14€ 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
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
7 2x 0,08€ 0,16€ LED Grün EVL 333-2SYGT/S5 LED, 5 mm, bedrahtet, grün, 400 mcd, 10° Die LED hat eine Vorwärtsspannung von 2 V und darf bei maximal 20mA betrieben werden. LED
Abb. 10: LED
8 2x 0,07€ 0,14€ Widerstand 150Ohm METALL 150 Widerstand, Metallschicht, 150 Ohm, 0207, 0,6 W, 1% Der Widerstand dient als Vorwiderstand der LEDs. Widerstand 150Ohm
Abb. 08: Widerstand
9 1x 5,15€ 5,15€ Drucksensor ARD SEN PRESSURE Arduino - Drucksensor, 20 g bis 10 kg Der Drucksensor ist in der Lage, Gewichte im Bereich von 0 bis 10 kg zu erfassen und gibt in Abhängigkeit vom gemessenen Gewicht ein analoges Signal im Bereich von 0 bis 5 Volt aus. Drucksensor
Abb. 11: Drucksensor
10 1x 32,95 € 32,95 € IR-Sensor IR Abstandssensor, 40- 300mm, analog, inkl. Kabel Der GP2Y0A21YK0F-K Distanzsensor misst Entfernungen im Bereich von 40 mm bis 300 mm und gibt ein analoges Ausgangssignal proportional zur erfassten Distanz aus. Das Signal kann direkt zur weiteren Verarbeitung genutzt werden. Der Sensor wird mit einem Kabel geliefert, das eine einfache Integration ermöglicht. IR-Sensor
Abb. 12: SHARP IR GP2Y0A41SK0F
10 1x 9,20€ 9,20€ Steckernetzteil 9V für ARD Mega HNP 18-090V2 Steckernetzteil, 18 W, 9 V, 2 A 18 W Steckerschaltnetzteil mit Universaleingang 90 - 264 V AC für Spannungsversorgung des ARD Mega. Steckernetzteil
Abb. 13: Steckernetzteil

Technische Daten der Sensoren

Die technischen Daten (Tabelle 4) der Sensoren geben Aufschluss über den Einsatzbereich und die Anforderungen, die erfüllt werden müssen, um diese in die Messumgebung zu integrieren.

Tabelle 4: Technische Daten der Sensoren
GP2Y0A41SK0F ARD SENPRESSURE
Messbereich 4 - 30 cm 0 - 10 kg
Versorgungsspannung 4.5 V - 5.5 V 3,3 V - 5 V
Versorgungsstrom typ. 12 mA -
Genauigkeit - +-2,5%
Arbeitstemperatur -10 °C - +60 °C -20 °C - +60 °C

In Tabelle 5 wird die Pinbelegung der Sensoren erläutert, wobei beide Sensoren über drei Pins verfügen, die die Stromversorgung, den analogen Ausgang und die Erdung bereitstellen.

Tabelle 5: Pinbelegung der Sensoren
GP2Y0A41SK0F ARD SENPRESSURE
Pin 1 Versorgungsspannung VCC; 5 V Versorgungsspannung VCC; 5 V
Pin 2 Analoger Ausgang; 0 V .. 5 V Analoger Ausgang; 0 V .. 5 V
Pin 3 Masse (GND); 0 V Masse (GND); 0 V

Umsetzung HW (mechanisch)

Umsetzung HW (elektrisch)

Verdrahtungsplan und Schaltplan

Abb. 14: Verdrahtungsplan
Abb. 16: Schaltplan


Anbindung des Tasters

Abb. XX: Pullup-Widerstand [2]

Im Schaltplan ist die Anbindung des Tasters dargestellt. Um im nicht-geschaltetem Zustand ein definiertes Potential zu gewährleisten, wird ein Pullup-Widerstand von 10 kOhm verwendet, die die Leitung auf einen logischen High-Pegel bzw. 5V ziehen. Bei Betätigung des Tasters wird die Spannung auf GND gezogen, was einen logischen LOW-Pegel am entsprechenden digitalen Pin des Arduinos Mega bewirkt, wie es in Abbildung XX dargestellt ist [2].

Berechnung der 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 Berechnung des Vorwiderstands erfolgt nach folgender Formel [1]:

Aus den Datenblättern des Arduino Mega und der LEDs lassen diese Werte ermitteln:

  • die Betriebsspannung (hier 5V),
  • die Vorwärtsspannung der LED (hier 2V),
  • der Strom durch die LED (hier 20 mA).

Der benötigte Vorwiderstand beträgt also 150 Ohm.

Umsetzung SW

Umrechnung des Digitalwerts in Millivolt (mV) der beiden Sensoren (Drucksensor und IR-Sensor)

Im Simulink-Modell werden die analogen Sensorwerte als Digitalwert erfasst und durch ein Gain, innerhalb von Matlab Simulink, in Volt umgerechnet. Die Sensoren liefern einen 10-Bit-Digitalwert, der von 0 bis 1023 reicht und mit einer Referenzspannung von 5V arbeitet. Dieser Wert wird vom Analog-Digital-Wandler (ADC) des Arduino aufgenommen. Um den Digitalwert in Volt umzurechnen, wird folgender Berechnungsschritt durchgeführt:


Der resultierende V-Wert wird anschließend gefiltert und im Modell für weitere Berechnungen verwendet.

Signalverarbeitung für den IR-Sensor (GP2Y0A41SK0F)

Abb. XX: Simulink Modell der Abstandssensorik
Abb. XX: Zusammenhang zwischen Spannung und Distanz des GP2Y0A41SK0F

Das analoge Ausgangssignal des Sensors wird vom Arduino am Pin 2 in ein Digitalwort umgewandelt, wie es in der Abbildung XX dargestellt ist. Dieses Digitalwort wird anschließend in eine Spannung konvertiert, wie zuvor beschrieben. Um das Signal zu glätten und Störspitzen zu eliminieren, erfolgt eine Filterung mithilfe eines Medianfilters. Im nächsten Schritt wird die Spannung unter Zuhilfenahme des Sensors-Datenblatts in einen Abstand in Zentimetern umgerechnet. Das Datenblatt enthält eine Kennlinie (siehe Abbildung XX), die den Zusammenhang zwischen Spannung und Distanz beschreibt. Dieser Zusammenhang wird in Simulink durch eine 1D-Lookup-Tabelle abgebildet, welche die Zuordnung der gemessenen Spannung zur entsprechenden Distanz vornimmt.

Werte für die Lookup Table (in diesem Fall wird die Kennlinie für das graue Messobjekt verwendet):

% Daten für die Distanz
IR_distances = [2.9, 3.1, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11.9, 14, 16, 18, 20, 25, 30, 35, 40]; % in cm
% Spannung für weißes Messobjekt
IR_voltages_white = [3.03, 2.99, 2.71, 2.33, 2.02, 1.75, 1.56, 1.395, 1.275, 1.05, 0.861, 0.8, 0.7125, 0.65, 0.52, 0.42, 0.325, 0.3]; % in V
% Spannung für graues Messobjekt
IR_voltages_gray = [3.03, 2.99, 2.71, 2.33, 2.02, 1.75, 1.56, 1.395, 1.275, 1.05, 0.861, 0.8, 0.7, 0.63, 0.5, 0.4, 0.3, 0.28]; % in V

Verwendete Toolbox: DSP System Toolbox, Simulink Support Package für Arduino Hardware

Signalverarbeitung des Tasters

Abb. XX: Simulink Modell der Tasterauswertung
Abb. XX: Eingangssignal des Tasters mit und ohne Entprellung [2]

Da es sich um einen mechanischen Taster handelt, muss die Schwingungszeit beachtet und der Taster entsprechend entprellt werden, da mechanische Taster beim Betätigen und Loslassen oft ungewollte, schnelle Schaltvorgänge verursachen. Diese Prellvorgänge entstehen durch die physikalische Vibration der Kontakte, wodurch der Taster mehrfach zwischen HIGH und LOW hin- und herschaltet, bevor er stabil einen Zustand erreicht. Ohne Entprellung könnte der Mikrocontroller diese Prellvorgänge als mehrere Schaltimpulse interpretieren (in der Abbildung XX oben dargestellt), was zu Fehlfunktionen in der Steuerung führen würde. In diesem Fall wird die Entprellung du die Software gelöst (in der Abbildung XX unten dargestellt). In dem Datenblatt des Tasters wird keine spezifische Prellzeit angegeben, weshalb eine maximale Prellzeit von 10ms angenommen wird. [2]

Signalverarbeitung des Drucksensors

Ansteuerung der 7-Segment-Anzeigen

Die Ansteuerung der 7-Segment-Anzeige erfolgt über einen 7-Segment-Decoder, wie den 74HC47, der in Abbildung 14 des Schaltbildes dargestellt ist. Diese Decoder sind dafür konzipiert, binäre Eingaben (BCD – Binary Coded Decimal) in Steuersignale für die sieben Segmente (1-8) der Anzeige umzuwandeln. Die genaue Zuordnung und Ansteuerung der Pins ist in Tabelle 03 aufgeführt.

Die Tabelle zeigt die Steuerung einer 7-Segment-Anzeige. Sie enthält Binärwerte (D3, D2, D1, D0), die die verschiedenen Ziffern von 0 bis 9 darstellen, und gibt an, welche Segmente (a bis g) der Anzeige aktiviert ("H" = High) oder deaktiviert ("L" = Low) sind, um die jeweilige Ziffer anzuzeigen.

  • D3 bis D0 sind die BCD-Eingaben (binär codierte Dezimalzahlen).
  • a bis g repräsentieren die Segmente der 7-Segment-Anzeige, die durch die jeweilige Kombination von High- und Low-Signalen angesteuert werden.
  • Die letzte Spalte „Display“ zeigt die entsprechende Zahl, die auf der Anzeige dargestellt wird.

Zum Beispiel:

  • Für „0“ (D3: L, D2: L, D1: L, D0: L) werden die Segmente a, b, c, d, e und f aktiviert, g bleibt deaktiviert.
  • Für „1“ (D3: L, D2: L, D1: L, D0: H) sind nur die Segmente b und c aktiviert.
Tabelle XX: Funktionale Tabelle zur Ansteuerung
D3 D2 D1 D0 a b c d e f g Display
L L L L H H H H H H L 0
L L L H L H H L L L L 1
L L H L H H L H H L H 2
L L H H H H H H L L H 3
L H L L L H H L L H H 4
L H L H H L H H L H H 5
L H H L L L H H H H H 6
L H H H H H H L L L L 7
H L L L H H H H H H H 8
H L L H H H H L L H H 9

Komponententest

Tabelle XX: Durchführung der Komponententest
Komponente Durchführung Erwartendes Ergebnis Gemessenes Ergebnis Erstprüfer Zweitprüfer Messaufbau
Taster Überprüfung der Betätigungsdauer eines mechanischen Tasters und Vergleich der gemessenen Zeiten zwischen einem externen Timer und der Softwaremessung. 5s+-10%, 10s+-10%, 15s+-10% Johann Kismann Niklas Reeker
IR-Sensor Überprüfung der Genauigkeit eines Infrarot-Abstandssensors durch Vergleich der gemessenen Abstände zwischen einem externen Messgerät (Lineal) und der Softwaremessung des Sensors. 8cm+-10%, 10cm+-10%, 15cm+-10% Johann Kismann Oliver Scholze
Drucksensor Überprüfung der Gewichtsmessung eines Drucksensors durch den Vergleich der gemessenen Gewichte mit externen Referenzgewichten und der Softwaremessung des Drucksensors. 50g+-10%, 150g+-10%, 200g+-10% Niklas Reeker Oliver Scholze
LEDs Überprüfung der Funktionalität von LEDs in dem System, um sicherzustellen, dass sie ordnungsgemäß leuchten. zwei LEDs leuchten Oliver Scholze Johann Kismann
7-Segment-Anzeigen Überprüfung der korrekten Ausgabe einer dreistelligen Zahl durch das System, um sicherzustellen, dass die Zahl korrekt dargestellt und ohne Fehler übergeben wird. 580 Oliver Scholze Niklas Reeker
Ton Überprüfung der Tonausgabe eines Buzzers, indem eine Gewinner- und eine Verlierer-Melodie abgespielt wird. Ziel ist es sicherzustellen, dass der Buzzer die Melodien korrekt und klar wiedergibt. Melodie gewonnen und verloren Niklas Reeker Johann Kismann

Ergebnis

Zusammenfassung

Lessons Learned

Projektunterlagen

Projektplan

Abb. XX: Gantt Projektplan für das Projekt "Zeit-, Entfernungs- und Gewichtsschätzung“

Der Projektplan in Abbildung XX zeigt den zeitlichen Ablauf eines Projekts von Oktober 2024 bis Januar 2025. Verschiedene Aufgaben sind in einem Gantt-Diagramm als Balken dargestellt, die die Start- und Enddaten visualisieren. Aufgaben wie die mechanische Vorinstallation, die Installation des Schutzhauses und Systemtests sind aufgeführt. Abhängigkeiten zwischen den Aufgaben werden durch Pfeile verdeutlicht. Das Projekt endet Anfang Januar 2025 mit der abschließenden Dokumentation und der Vorbereitung für die Projektmesse.

Projektdurchführung

YouTube Video

Weblinks

Literatur


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