Escape Game: Thermo-Control Challenge – Temperaturregelung
| Autoren: | Mohammed Yassine Houari |
| Betreuer: | Marc Ebmeyer |
Einleitung
Das Projekt „Thermo-Control Challenge“ entsteht im Rahmen des Fachpraktikums Mechatronik und verfolgt das Ziel, ein interaktives Lern- und Demonstrationssystem zu entwickeln, das technische Regelungstechnik mit spielerischen Elementen eines Escape-Room-Rätsels kombiniert. Die Aufgabe besteht darin, eine vorgegebene Soll-Temperatur in einer geschlossenen Kammer mithilfe eines automatischen Regelkreises zu erreichen und stabil zu halten. Sobald die Temperatur über einen definierten Zeitraum konstant bleibt, aktiviert ein Servomotor einen Mechanismus, der eine Klappe öffnet und den erfolgreichen Abschluss der Regelung anzeigt.
Der Schwierigkeitsgrad des Projekts ist als mittel bis hoch einzustufen, da sowohl elektronische als auch regelungstechnische Komponenten integriert werden. Neben der Auswahl und Ansteuerung geeigneter Sensoren und Aktoren wird ein PID-Regler auf einem Mikrocontroller (Arduino Nano) implementiert, dessen Parameter an das thermische System angepasst werden müssen. Dadurch werden analytisches Denken, präzises Vorgehen sowie Verständnis für dynamische Systeme gefordert.
Die Lernziele des Projekts liegen im praktischen Verständnis von Mess-, Steuer- und Regelvorgängen, in der Modellierung eines einfachen thermischen Systems sowie in der Implementierung und Optimierung eines geschlossenen Regelkreises. Darüber hinaus werden Kenntnisse in Sensorik, Signalverarbeitung, Systemverhalten und Prozessstabilität vertieft. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Fähigkeit, die technische Funktion mit einer benutzerorientierten Spiellogik zu verbinden.
Der Bezug zum Studiengang Business and Systems Engineering (BSE) zeigt sich in der Verbindung von technischen, systemischen und organisatorischen Aspekten. Das Projekt fördert das Verständnis komplexer technischer Systeme, die Fähigkeit zur ganzheitlichen Analyse von Prozessen sowie das Denken in Wirkzusammenhängen zwischen Technik, Steuerung und Anwendung. Damit trägt die Arbeit direkt zur Entwicklung von Kompetenzen bei, die für die spätere Tätigkeit in den Bereichen Prozessautomatisierung, Systementwicklung und technische Projektkoordination relevant sind
Anforderungen
| ID | Inhalt | Prio | Ersteller | Datum | Geprüft von | Datum | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Das System muss eine Temperatur zwischen 15 °C und 40 °C messen und anzeigen können. | 1 | U. Schneider | 03.10.2025 | 03.10.2025 | M. Göbel | |
| 2 | Die Temperaturanzeige muss mit einer Genauigkeit von ±0,5 °C erfolgen. | 1 | U. Schneider | 03.10.2025 | 03.10.2025 | M. Göbel | |
| 3 | Die gemessene Temperatur muss auf einem OLED-Display in Echtzeit dargestellt werden | 1 | U. Schneider | 03.10.2025 | 03.10.2025 | M. Göbel | |
| 4 | Das System muss automatisch eine Soll-Temperatur (z. B. 25 °C) regeln und halten können. | M. Göbel | |||||
| 5 | Die Temperaturregelung muss über einen PID-Regler erfolgen, der auf einem Mikrocontroller (Arduino Nano) implementiert ist. | M. Göbel | |||||
| 6 | Bei Abweichungen > 0,5 °C muss der Regler die Heiz- oder Lüfterleistung automatisch anpassen. | 1 | U. Schneider | 03.10.2025 | 03.10.2025 | M. Göbel | |
| 7 | Der Lüfter muss automatisch aktiviert werden, wenn die Ist-Temperatur über dem Sollwert liegt. | 1 | U. Schneider | 03.10.2025 | 03.10.2025 | M. Göbel | |
| 8 | Das PTC-Heizelement muss automatisch aktiviert werden, wenn die Ist-Temperatur unter dem Sollwert liegt. | 1 | U. Schneider | 03.10.2025 | 03.10.2025 | M. Göbel | |
| 9 | Wenn die Soll-Temperatur über einen Zeitraum von mindestens 10 s stabil bleibt, muss der Servo-Motor eine Klappe öffnen. | 1 | U. Schneider | 03.10.2025 | 03.10.2025 | M. Göbel | |
| 10 | Das System darf nur mit einer Versorgungsspannung zwischen 5 V und 12 V betrieben werden. | 1 | U. Schneider | 03.10.2025 | 03.10.2025 | M. Göbel | |
| 11 | Die Komponenten müssen in einem geschlossenen, wärmeisolierten Gehäuse aus Acryl montiert sein. | 1 | U. Schneider | 03.10.2025 | 03.10.2025 | M. Göbel | |
| 12 | Alle Funktionen müssen ohne PC-Verbindung autark ablaufen. | 1 | U. Schneider | 03.10.2025 | 03.10.2025 | M. Göbel | |
| 13 | Das System muss gegen Kurzschluss und Überhitzung abgesichert sein. | 1 | U. Schneider | 03.10.2025 | 03.10.2025 | M. Göbel | |
| 14 | Der Aufbau muss innerhalb von fünf Minuten betriebsbereit sein. | 1 | U. Schneider | 03.10.2025 | 03.10.2025 | M. Göbel | |
| 15 | Das System muss leicht transportierbar und für Schulungszwecke wiederverwendbar sein. | 1 | U. Schneider | 03.10.2025 | 03.10.2025 | M. Göbel |
Beachten Sie den Artikel: Formulierungsregeln für Anforderungen
Funktionaler Systementwurf
Technischer Systementwurf
Komponentenspezifikation
| ID | Anzahl | Kosten pro Stück € | Summe | Bezeichnung / Komponente | technische Bezeichnung | Beschreibung | Datenblatt | Abbildung |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1x | 23,70€ | 23,70€ | Mikrocontroller-Board | Arduino UNO R3 | Der Mircocontroller mit dem ATmega328P verfügt über 14 digitale I/O - Schnittstellen, sechs davon können als PWM Ausgang genutzt werden. Des weiteren sind sechs analoge Eingänge die die Verarbeitung analoger Signale vorhanden | Datenblatt Arduino Uno |  |
Umsetzung (HW/SW)
Komponententest
Ergebnis
Zusammenfassung
Lessons Learned
Projektunterlagen
Projektplan
Projektdurchführung
YouTube Video
Weblinks
Literatur
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