Escape Game: JoyCode

Autoren:	Jens Potthoff Lauraine Tsamo-Tazanou
Betreuer:	Prof. Schneider oder Prof. Göbel oder Marc Ebmeyer

Einleitung

Im Rahmen des Fachpraktikums im Modul Angewandte Mechatronik des Studiengangs Business and Systems Engineering werden Rätsel entwickelt, die in etwa fünf Minuten lösbar sind und in ein übergeordnetes Escape-Game integriert werden. Das Projekt „JoyCode“ ist ein solches Escape-Rätsel, das über zwei Joysticks gesteuert wird. Ziel ist es, beide Joysticks in zufällig generierte Zielpositionen zu bewegen, wobei jeder Joystick eine eigene Zielposition hat. Neben den Joysticks befindet sich eine LED-Statusanzeige, die den Abstand zur jeweiligen Zielposition in Echtzeit visualisiert. In drei aufeinanderfolgenden Runden müssen die Joysticks korrekt positioniert und die jeweilige Zielstellung für drei Sekunden gehalten werden. Nach jeder erfolgreich abgeschlossenen Runde wird eine Ziffer auf dem LC-Display freigeschaltet. Nach drei Runden ergibt sich so ein vollständiger Zahlencode, der für den Zugang zum nächsten Rätsel benötigt wird. Die Rückmeldung erfolgt über RGB-LEDs: Rot signalisiert eine große Abweichung, Gelb zeigt Annäherung, Grün steht für fast korrekt, und blinkendes Grün markiert die exakte Zielposition, die dann für drei Sekunden gehalten werden muss. Das Rätsel besteht aus den Joysticks, den RGB-LEDs zur visuellen Rückmeldung, dem LC-Display zur Anzeige der freigeschalteten Ziffern sowie den drei aufeinanderfolgenden Runden, deren erfolgreiche Bewältigung den Zahlencode freischaltet. Für die Umsetzung des Projekts werden mechatronische Kenntnisse praktisch angewendet, insbesondere im Bereich Sensorik, Softwareintegration und Systemsteuerung. Das Projekt erfordert zudem die Verknüpfung der Hardware- und Softwarekomponenten sowie die Umsetzung von Echtzeit-Rückmeldungen über die LEDs. Dabei wird die Fähigkeit gefördert, von einer Idee über die Planung und Konzeption ein funktionierendes Hardware-/Software-System zu entwickeln, das praktisch innerhalb des übergeordneten Escape-Game genutzt werden kann. Das Lernziel besteht darin, die Planung, Programmierung und Steuerung mechatronischer Systeme zu erlernen, die Zusammenhänge zwischen Hardware und Software zu verstehen und Problemlösungs- sowie Teamfähigkeiten zu fördern. Der Schwierigkeitsgrad des Rätsels wird als Fortgeschrittene eingestuft. Er hängt unter anderem davon ab, ob Hilfestellungen wie Startinformationen auf dem Display bereitgestellt werden oder ob der Lösungsansatz eigenständig gefunden werden muss. Ein weiterer Einflussfaktor ist die Genauigkeit bzw. der Toleranzfaktor, mit der die Zielpositionen erreicht werden müssen.

Anforderungen

Tabelle 1: Anforderungen an das Escape Game

ID	Inhalt	Prio	Ersteller	Datum	Geprüft von	Datum
1	Es werden gleichzeitig zwei Joysticks bedient.					02.10.2025
2	LED-Statusanzeige zeigt direkt den Abstand jedes Joysticks zur jeweiligen Zielposition.					02.10.2025
3	Beide Joysticks müssen gleichzeitig für 3 Sekunden an der Zielposition gehalten werden, um eine Ziffer freizuschalten.					02.10.2025
4	Drei aufeinanderfolgende Durchgänge, jeder gibt eine PIN-Ziffer frei.					02.10.2025
5	RGB-LEDs zeigen Abstand zur Zielposition: Rot/Gelb/Grün.					02.10.2025
6	Drei aufeinanderfolgende Durchgänge, jeder gibt eine PIN-Ziffer frei.					02.10.2025
7	LC-Display zeigt die freigeschalteten Ziffern und Starthinweise.					02.10.2025
8	Start-Button zur Rätselinitialisierung.					02.10.2025
9	Reset-Button zum Rücksetzen des Rätsel.					02.10.2025
10	Lösung-Button zur Anzeige der Zahlen für das nächste Rätsel bei Misserfolg.					02.10.2025
11	Zufällige Zielpositionen für jeden Durchgang.					02.10.2025
12	Toleranzbereiche der Joystick-Positionen so eingestellt, um die Bedienbarkeit zu gewährleisten.					02.10.2025
13	Gehäuse aus 3D-Druck, kompakt und stabil für Schutz der Elektronik.					02.10.2025
14	Maximale Größe eines Schuhkartons.					02.10.2025
15	Gesamtzeit auf 5 Minuten begrenzt.					02.10.2025
16	Zufällige Zielpositionen für jeden Durchgang.					02.10.2025
17	Kein Zugriff auf digitale Geräte während des Rätsels nötig.					02.10.2025

Technischer Systementwurf

Für das Projekt zeigt die folgende Abbildung den technischen Systementwurf. In diesem sind alle elektronischen Bauteile des sowie deren Verdrahtung mit dem Arduino dargestellt.

Abb. 01: Technischer Systementwurf

Materialliste

Für die Realisierung des Projekts werden verschiedene Hardwarekomponenten benötigt, die in Tabelle 2 aufgeführt sind. Die Kernkomponenten sind das Mikrocontroller-Board Arduino Uno R3 als zentrale Steuereinheit, zwei Joystick-Module als Eingabegeräte, RGB-LEDs mit je 3 220 Ohm Widerstände für die visuelle Rückmeldung sowie ein LC-Display zur Anzeige des Zahlencodes. Ergänzt wird die Schaltung durch Taster zur Steuerung und ein Netzteil zur Stromversorgung.

Tabelle 2: Stückliste

ID	Anzahl	Kosten pro Stück €	Summe	Bezeichnung / Komponente	technische Bezeichnung	Beschreibung	Datenblatt	Abbildung
1	1x	13,90€	13,90€	Mikrocontroller-Board	Arduino Uno R3	Zentrale Steuereinheit des Systems mit ATmega328P.	Datenblatt Arduino Uno	Abb. 03: Arduino Uno
2	2x	1,29€	2,58€	Joystick	KY-023-Joystick Modul	Dient zur Eingabe (X/Y-Koordinaten).	Benutzung Joystick-Modul
3	2x	2,49€	4,98€	RGB LED	Iduino SE010 RGB LED-Modul	Visuelles Feedback über Abweichung von der Zielposition.	Datenblatt RGB-LED-Modul
4	1x	9,88€	9,88€	LC-Display	Joy-it SBC-LCD16x2 Display-Modul	Anzeige der freigeschalteten Ziffern des Zahlencodes.	LCD16x2 Display-Modul
5	3x	1,65€	4,95€	Taster	Taster	Bedienelemente zur Steuerung der Anwendung.	Taster-Modul
6	1x	3,90€	3,90€	9V Netzteil	9V Netzteil	Stromversorgung des Mikrocontrollers und der Module.
7	6x			220 Ohm Widerstand		Für die Implementierung der RGB-LEDs.

Literatur

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