Escape Game: Rätselbox
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| Autoren: | xiangyao Liu , yunkai Lin |
| Betreuer: | Marc Ebmeyer |
Einleitung
Dieses Projekt basiert auf der Handlung der Kapitel 4 bis 7 des vierten Bandes des Mangas „Detektiv Conan“. In der Geschichte platziert der Täter eine Bombe in einem Shinkansen-Hochgeschwindigkeitszug. Fällt die Geschwindigkeit des Zuges unter 80 km/h, explodiert die Bombe. Conan muss den Fall noch im Zug lösen, um den Täter zu identifizieren und die Krise abzuwenden. Sein Kombinationsprozess stützt sich dabei maßgeblich auf die Schlüsselzahl 80, aus der er weitere Informationen ableitet.
In unserem Projekt erhalten die Spieler durch das erfolgreiche Absolvieren des Labyrinths im ersten Level ebenfalls eine Schlüsselzahl. Anhand verschiedener Hinweise müssen die Spieler von dieser Zahl ausgehend auf die entsprechenden Lösungen schließen. Jede dieser Lösungen stellt ein notwendiges Passwort für das finale Level des Spiels dar. Die Spieler müssen die Passwörter mit den Hinweisen kombinieren, um das letzte Rätsel zu lösen und das Spiel erfolgreich abzuschließen.
Der Schwierigkeitsgrad ist mittel. Das Spiel erfordert grundlegendes logisches Denken und eine gewisse Geschicklichkeit beim Bedienen der Sensoren, ist aber dank visueller Rückmeldungen (LEDs und Display) sowohl für Kinder als auch Erwachsene geeignet. Die Aufgaben sind so gestaltet, dass sie ohne Fachwissen, aber mit Konzentration und Beobachtung lösbar sind.
Der Lerneffekt besteht in der Verbindung von logischem Denken und physikalischer Wahrnehmung. Die Spieler verstehen im Spiel, wie Sensoren funktionieren, wie Zahlenwerte in reale Handlungen umgesetzt werden können und trainieren dabei ihre Problemlösungsfähigkeit sowie ihre Feinmotorik.
Zur Realisierung des Projekts wird die Entwicklungsumgebung MATLAB/Simulink in Verbindung mit dem Arduino Mega 2560 verwendet. Dabei werden alle Systemkomponenten – Sensoren, Aktoren, Steuerlogik und Anzeigeelemente – in Simulink als funktionale Blöcke modelliert. Das Verhalten des Systems kann zunächst im Simulink-Modell simuliert und anschließend über die automatische Codegenerierung direkt auf die Arduino-Hardware übertragen werden . Dadurch wird ein durchgängiger Model-Based Design-Ansatz umgesetzt, wie er im Systems Engineering zentral ist.
Anforderungen
| ID | Inhalt | Prio | Ersteller | Datum | Geprüft von | Datum | Umsetzung der Anforderung in %; Prüfer |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Das Spiel muss in 5 Minuten lösbar sein. | Mittel | xiangyao Liu，yunkai Lin | 02.10.2025 | Xiangyao Liu, Yunkai Lin | ||
| 2 | Das Labyrinth-Spiel startet beim Drücken von Taste 1. | Hoch | xiangyao Liu，yunkai Lin | 02.10.2025 | Xiangyao Liu, Yunkai Lin | ||
| 3 | Hinweise und Rückmeldungen für die Spieler*innen werden über das OLED-Display angezeigt. | Mittel | xiangyao Liu，yunkai Lin | 02.10.2025 | Xiangyao Liu, Yunkai Lin | ||
| 4 | Der Wägezellen-Sensor kann das aufgelegte Gewicht zuverlässig messen. | Hoch | xiangyao Liu，yunkai Lin | 02.10.2025 | Xiangyao Liu, Yunkai Lin | ||
| 5 | Der Ultraschallsensor kann den Abstand der Hand zum Sensor zuverlässig messen. | Mittel | xiangyao Liu，yunkai Lin | 02.10.2025 | Xiangyao Liu, Yunkai Lin | ||
| 6 | Der Drehwinkelsensor kann die horizontale Rotation des Kastens zuverlässig erfassen. | Hoch | xiangyao Liu，yunkai Lin | 02.10.2025 | Xiangyao Liu, Yunkai Lin | ||
| 7 | Die Überprüfung der Bedingungen (Abstand, Winkel, Gewicht) beginnt beim Drücken von Taste 2. | Hoch | xiangyao Liu，yunkai Lin | 02.10.2025 | Xiangyao Liu, Yunkai Lin | ||
| 8 | Wenn eine Aufgabe (Gewicht, Abstand, Winkel) korrekt ist, leuchtet die entsprechende LED grün, andernfalls rot. | Hoch | xiangyao Liu，yunkai Lin | 02.10.2025 | Xiangyao Liu, Yunkai Lin | ||
| 9 | Beim Bestehen des Labyrinths leuchtet die entsprechende LED grün und das OLED zeigt „Erfolg“ an, andernfalls wird die LED rot und das OLED zeigt „Fehlgeschlagen“ an. | Mittel | xiangyao Liu，yunkai Lin | 02.10.2025 | Xiangyao Liu, Yunkai Lin | ||
| 10 | Wenn alle drei Aufgaben korrekt sind und mindestens 3 Sekunden lang erfüllt bleiben, leuchten alle LEDs grün. | Mittel | xiangyao Liu，yunkai Lin | 02.10.2025 | Xiangyao Liu, Yunkai Lin | ||
| 11 | Das Endergebnis (Zahlencode) wird auf dem OLED-Display angezeigt. | Mittel | xiangyao Liu，yunkai Lin | 02.10.2025 | Xiangyao Liu, Yunkai Lin | ||
| 12 | Der Drehencoder kann die Spielfigur im Labyrinth korrekt steuern. | Niedrig | xiangyao Liu，yunkai Lin | 02.10.2025 | Xiangyao Liu, Yunkai Lin | ||
| 13 | Das System muss auch ohne Internet funktionieren. | Niedrig | xiangyao Liu，yunkai Lin | 02.10.2025 | Xiangyao Liu, Yunkai Lin | ||
| 14 | Das System muss in eine tragbare Box integriert werden. | Mittel | xiangyao Liu，yunkai Lin | 02.10.2025 | Xiangyao Liu, Yunkai Lin | ||
| 15 | Das Spiel muss benutzerfreundlich und sowohl für Kinder als auch Erwachsene geeignet sein. | Hoch | xiangyao Liu，yunkai Lin | 02.10.2025 | Xiangyao Liu, Yunkai Lin | ||
| 16 | Während des Spiels dürfen keine externen Hilfsmittel (z. B. Waage, Lineal) verwendet werden. | Hoch | xiangyao Liu，yunkai Lin | 02.10.2025 | Xiangyao Liu, Yunkai Lin |
Funktionaler Systementwurf
Das Spiel gliedert sich in zwei Abschnitte.
Im ersten Abschnitt muss der Spieler den OLED-Bildschirm auf der Box finden und das darauf dargestellte Labyrinthspiel mithilfe eines Drehgebers lösen. Nach erfolgreichem Abschluss des Labyrinths erhält der Spieler die erste Schlüsselzahl.
Anschließend beginnt der zweite Abschnitt. Hier muss der Spieler anhand von Hinweisen verschiedene Berechnungen mit der ersten Schlüsselzahl durchführen, um drei neue Schlüsselzahlen zu ermitteln. Diese drei Zahlen sind jeweils einem der drei folgenden Rätsel zugeordnet. Das erste Rätsel besteht darin, entsprechend der neuen Zahl passende Gewichtsstücke auszuwählen, die von einem Schwerkraftsensor gemessen werden. Beim zweiten Rätsel muss die Box um einen Winkel gedreht werden, der durch die neue Schlüsselzahl vorgegeben ist. Das dritte Rätsel erfordert das Platzieren eines Hindernisses (hierfür kann auch die Hand dienen), dessen Abstand zum Ultraschallsensor der neuen Schlüsselzahl entsprechen muss.
Jede dieser Aufgaben wird automatisch überprüft. Wenn die Messwerte innerhalb des erlaubten Toleranzbereichs liegen, leuchtet die entsprechende LED grün. Nach dem erfolgreichen Bestehen aller Aufgaben wird auf dem OLED-Display „Erfolg“ angezeigt und ein Zahlencode freigegeben.
Technischer Systementwurf
Die technische Systemarchitektur beschreibt ein mikrocontroller-gesteuertes interaktives Spielsystem mit mehrstufiger Eingabeverarbeitung. Die Stromversorgung liefert die erforderliche Energie für alle Komponenten.
Das System gliedert sich in drei funktionale Ebenen: Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe. Auf der Eingabeebene erfassen ein Drehgeber und zwei Tasten die Benutzerbefehle zur Spielsteuerung, während Sensoren (Gewichts-, Winkel- und Abstandssensoren) kontinuierlich physikalische Messdaten sammeln.
Der Mikrocontroller fungiert als zentrale Verarbeitungseinheit, die alle Eingangssignale empfängt, die Spiellogik ausführt und die Bedingungsüberprüfung durchführt. Er verarbeitet die Messdaten der Sensoren in Echtzeit und vergleicht sie mit den vorgegebenen Zielwerten.
Die Ausgabeeinheit besteht aus einem OLED-Display zur visuellen Darstellung des Spielverlaufs und der Systemmeldungen sowie einer LED-Anzeige zur Signalisierung des Erfolgszustands. Das Display zeigt während des Spiels das Labyrinth, Statusinformationen und den generierten Code an, während die LED als binäres Signal für Erfolg oder Misserfolg dient.
Durch diese Systemarchitektur wird ein durchgängiger Datenfluss von der Eingabeerfassung über die intelligente Signalverarbeitung bis zur benutzerfreundlichen Ergebnisdarstellung gewährleistet. Die modulare Struktur ermöglicht eine flexible Anpassung und Erweiterung einzelner Komponenten.
Materialliste
| Nr. | Anz. | Komponente | Beschreibung | Link |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | Arduino Mega 2560 | Microcontroller | ARD MEGA2560 R3 Arduino kompatibles Mega 2560 R3 Board |
| 2 | 1 | SSD1306 I²C 128x64 | Display | SSD1306 |
| 3 | 1 | SEN-PRESSURE02 | Drucksensor | ARD SEN PRESSURE Arduino - Drucksensor, 20 g bis 2 kg |
| 4 | 1 | KY-040 | Drehgeber | KY-040 |
| 5 | 1 | HC-SR04 | Ultraschall-Modul | HC-SR04 |
| 6 | 2 | Taster | Taster | Taster |
| 7 | 1 | MPU6050（I²C） | Beschleunigungs- und Gyroskop-Sensor | MPU6050 |
| 8 | 4 | LED | LED | Iduino SE010 RGB LED-Modul |
Komponentenspezifikation
Umsetzung (HW/SW)
Komponententest
Ergebnis
Zusammenfassung
Lessons Learned
Projektunterlagen
Projektplan
Projektdurchführung
YouTube Video
Weblinks
Literatur
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