Servo-Labyrinth
| Autor: | Linus Sauermann, Torben Moratz |
| Betreuer: | Marc Ebmeyer |
Einleitung
Als Schlüssel zum Rätsel könnte man z.B. eine Batterie erhalten, welche für die Spannungsversorgung des Arduinos dient. Es gibt ein 3D-gedrucktes Labyrinth, in welchem sich eine Kugel befindet. Ziel des Spieles ist es, die Kugel in 4 Ziele in dem Labyrinth zu befördern. Die Kugel wird durch die Neigung des Labyrinths bewegt. Die Neigung wird durch Servomotoren bestimmt, welche durch Potentiometer bewegt werden. Die Potentiometer müssen allerdings erst durch eine Rätselaufgabe freigeschaltet werden. Dies geht mit einer Widerstandsrechenaufgabe, in der man den passenden Widerstand ausrechnen muss, der den Arduino und somit die Schaltung mit Spannung versorgt. In jeder Ecke des Labyrinths wird ein kapazitiver Sensor sein, welcher bei Schaltung eine Ziffer auf dem Display ausgibt. Die 4 Ziffern zusammen ergeben dann den Code für das nächste Rätsel. Das Schwierigkeitslevel lässt sich durch die Widerstandsaufgabe beliebig bestimmen. Wir werden vorerst auf ein einfaches Rätsel zurückgreifen.
Anforderungen
| Nr | Inhalt | Prüfbarkeit | Prio | Ersteller | Datum | Geprüft von | Datum |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Die Servomotoren sollen das Spielbrett bewegen können. | Sichtkontrolle auf Bewegung | 1 | Linus Sauermann | 10.10.2024 | ||
| 2 | Die kapazitiven Sensoren müssen die Kugel erkennen können. | Auswerten der Sensorsignale | 1 | Linus Sauermann | 10.10.2024 | ||
| 3 | Ein Display soll bei aktiviertem Sensor den nächsten Code anzeigen. | Auslesen des Displays | 1 | Torben Moratz | 10.10.2024 | ||
| 4 | Servomotoren sollen funktionieren, sobald der richtige Widerstand ausgewählt und verbaut wurde. | Verfahren der Servos | 1 | Torben Moratz | 10.10.2024 | ||
| 5 | Aufbau erfolgt in Größe eines Schuhkartons. | Ausmessen der Größe des Aufbaus | 1 | Linus Sauermann | 13.11.2024 | ||
| 6 | Die Eingabe der Servostellungen erfolgt durch die Potentiometer. | Auswerten der Eingangssignale im Arduino | 1 | Linus Sauermann | 13.11.2024 | ||
| 7 | Die Verarbeitung der Werte erfolgt durch den Arduino. | Auslesen der Ausgangssignale des Arduinos | 1 | Linus Sauermann | 13.11.2024 | ||
| 8 | Die Ausgabe der Werte und die Neigung des Labyrinthes erfolgt durch die Servomotoren. | Vergleichen der Ausgabewerte mit den Stellungen der Servomotoren | 1 | Linus Sauermann | 13.11.2024 | ||
| 9 | Die Ausgabe der Ziffern des Zahlencodes erfolgt durch das LCD-Display. | Auslesen der Ziffern auf dem Display | 1 | Linus Sauermann | 13.11.2024 | ||
| 10 | Die Spannungsversorgung erfolgt durch 9v-Blockbatterien. | Messen der Eingangsspannung am Arduino und Hardwarekontrolle, ob korrekte Batterien verwendet werden |
1 | Linus Sauermann | 13.11.2024 | ||
| 11 | Erreichen der Kapazitiven Sensoren bedingt die Freischaltung je einer neuen Ziffer des Codes. | Auslösen der Sensoren durch die Stahlkugel | 1 | Linus Sauermann | 13.11.2024 | ||
| 12 | Die vier Ziffern des Codes ergeben den Code des nächsten Schlosses. | Einstellen des Codes in das Zahlenschloss | 1 | Linus Sauermann | 13.11.2024 | ||
| 13 | Der Widerstandswert für die Spannungsversorgung kann berechnet und der korrekte Widerstand mithilfe einer Tabelle ausgewählt werden. |
Formel nachrechnen und mit Tabelle auslesen | 1 | Linus Sauermann | 13.11.2024 |
Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf
| Nr. | Anz. | Beschreibung | Link |
|---|---|---|---|
| 1 | 1 | Arduino UNO R3 | https://www.reichelt.de/arduino-uno-rev-3-smd-variante-atmega328-usb-arduino-uno-p119045.html?&trstct=pos_0&nbc=1 |
| 2 | 4 | kapazitive Sensor Debo Touch | https://www.reichelt.de/entwicklerboards-kapazitiver-beruehrungssensor-debo-touch-p253985.html?PROVID=2788&gad_source=1&gclid=CjwKCAjw9p24BhB_EiwA8ID5BsTQKrMjGzJcKi61M2cvp7j0F9U90IqD4a1lsk3y7piSMFPesvBU2xoCtZwQAvD_BwE |
| 3 | 4 | Servomotor JAMARA 033212 | https://www.reichelt.de/servo-high-end-micro-analog-jamara-033212-p238316.html?&trstct=pos_7&nbc=1, |
| 4 | ? | Widerstände | |
| 5 | ? | Leitungen | |
| 6 | 1 | Breadboard | https://www.reichelt.de/experimentier-steckboard-set-830-kontakte-power-modul-breadboard-set1-p282601.html?&trstct=pos_7&nbc=1 |
| 7 | 1 | Spannungsversorgung/Netzteil | |
| 8 | 1 | Stahlkugel ø10mm | |
| 9 | 1 | 3D-gedrucktes Labyrinth | |
| 10 | 1 | LCD-Display mit I2C-Schnittstelle DEBO LCD 16X2 BL | https://www.reichelt.de/entwicklerboards-display-16-x-2-zeichen-blau-debo-lcd-16x2-bl-p192143.html?&trstct=pol_13&nbc=1 |
Aufgabenstellung:
Ziel ist es, alle Berührungssensoren im Labyrinth nacheinander zu triggern. Dafür steht euch die Kugel bereit. Die Kugel könnt ihr durch die Neigung des Labyrinths steuern. Zuvor muss die Steuerung allerdings erst aktiviert werden. Der Arduino läuft am besten mit 9V. Platzieren Sie an dargestellter Stelle denn richtigen Widerstand um den Arduino mit 9V zu versorgen (falls Sie einen falschen Widerstand auswählen zerstört sich das Rätsel eventuell von selbst).
Es soll ein Kugellabyrinth wie dieses gebaut werden. Es wird 3D-gerduckt. Statt der Drehknöpfe werden Servomotoren genutzt, welche durch Potis angesteuert werden.
Komponentenspezifikation
In diesem Kapitel werden die benötigten Komponenten für die Umsetzung des Projekts beschrieben. In der obigen Tabelle 2 sind alle verwendeten Kaufteile aufgelistet.
Hardware Board:
Für die Umsetzung wurde ein Arduino Uno R3 benötigt.
Sensoren:
Damit die Positionen der Stahlkugel im Labyrinth erkannt werden können, um so die Ziffern des Passwortes freischalten zu können, werden vier kapazitive Sensoren des Herstellers DEBO verwendet.
Diese besitzen drei Anschlüsse. Neben der Spannungsversorgung (VCC) und dem Massekontakt (GND) besitzt jeder der Sensoren einen Signalausgang (I/O), welche an die digitalen Eingänge am Arduino angeschlossen werden.
Aktuatoren:
Um die Neigungen des Labyrinthes schnell und präzise einstellen zu können, werden zwei Servomotoren "JAMARA Servo High End Micro" mit einer Betriebsspannung von 4.8 - 6V verwendet. Diese besitzen eine Stellkraft von 1.2 - 1.4 kg/cm bei einer Stellzeit von 0.09 - 0.11 Sek/60° und werden über den Arduino R3 angesteuert.
Steuerung:
Um die Servos anzusteuern, werden zwei Potentiometer mit einem einstellbaren Bereich von 0 - 10 kΩ verwendet.
Ausgabe:
Um die Ziffern der Zahlenkombination auszugeben wird ein LCD-Display der Firma Debo verwendet. Dieses besitzt eine I2C-Schnittstelle, eine Spannungsversorgung von 5V, wird über den R3 angesteuert und kann zwei Zeilen mit jeweils 16 Zeichen anzeigen.
Umsetzung (HW/SW)
Komponententest
Ergebnis
Zusammenfassung
Lessons Learned
Projektunterlagen
Projektplan
Die folgende Abbildung zeigt die Zeitplanung des Projektes zum Stand vom 13.11.2024:
Projektdurchführung
YouTube Video
Weblinks
Literatur
→ zurück zur Übersicht: WS 24/25: Escape Game