Dokumentation Kaffeevollautomat

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1 Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/2007 Christoph Heni Mi-Dießle-Str Fridingen Zeppelin-Gewerbeschule Konstanz Pestalozzistraße Konstanz Betreuende Lehrer: Herr Sperling, Herr Groß

2 Inhaltsverzeichnis: 1. Allgemein Eidesstattliche Erklärung Projektidee Projektentstehung Lebenslauf des Kaffeevollautomaten Teile des Kaffeevollautomaten Bedienungsanleitung Allgemeine Fragen zum Kaffeevollautomaten Technische Daten Entkalken des Kaffeevollautomaten Mögliche Fehler Hardware Blockschaltbild Portbelegungsplan des LPC Wasserkreislauf des Kaffeevollautomaten Aufbau Schaltplan Strom / Spannungsversorgung Leistungsteile der Hauptplatine Lastansteuerung Allgemein Schaltung für den Dosierer, Durchlauferhitzer und die Pumpe Schaltung für das Mahlwerk Schaltung zur Ansteuerung des Motors der Brühgruppe Decoder "3 zu 8" Decoder "8 zu 3" Decoder LED-Füllstandsanzeige Platinen Layout der Hauptplatine Bilder der Hauptplatine Layout der Bedienfeldplatine Bilder der Bedienfeldplatine Bauteilliste Christoph Heni Seite 2 von 66

3 3. Software Allgemeines Hauptprogramm Programmbeschreibung Struktogramm Funktion "Kaffee groß" Programmbeschreibung Struktogramm Funktion "Kaffee normal" Programmbeschreibung Struktogramm Funktion "Espresso" Programmbeschreibung Struktogramm Funktion "Dampf" Programmbeschreibung Struktogramm Funktion "Pulver" Programmbeschreibung Struktogramm Funktion "Heißwasser/Dampf" Programmbeschreibung Struktogramm Funktion "Menü" Programmbeschreibung Struktogramm Funktion "Keyboard-Interrupt" Programmbeschreibung Struktogramm Programmablauf in Bildern Rutineüberprüfung /Kaffeeauswahl Heißwasser/Dampf Menü Zeitlicher Verlauf meiner Technikerarbeit Glossar Verzeichnisse Bilderverzeichnis Tabellenverzeichnis Schaltplanverzeichnis Quellen...66 Christoph Heni Seite 3 von 66

4 1. Allgemein 1.1. Eidesstattliche Erklärung Hiermit versichere ich, Christoph Heni, dass die vorliegende Technikerarbeit von mir selbständig geplant, erarbeitet und angefertigt wurde. Konstanz, den Christoph Heni Christoph Heni Seite 4 von 66

5 1.2. Projektidee un war es soweit, es traf ein, was ich und meine Familie schon lange befürchteten unsere Saeco Magic de luxe gab nach langer Leidensgeschichte ihren Geist auf. Ihre letzen Atemzüge führte sie mit quietschender Brühgruppe durch. Es war ein harter Schlag für uns alle, doch was nun? Mir war klar, es musste etwas unternommen werden! Ich fühlte mich verpflichtet, unser Goldstück wieder zum Leben zu erwecken. Das war die Geburtsstunde meiner Technikerarbeit Kaffeevollautomat 1.3. Projektentstehung Die defekte Magic de luxe stellte für mich das optimale Objekt für meine Technikerarbeit dar, da ich ein eigenständiges Projekt erstellten wollte, das ich auch später praktisch und sinnvoll verwenden kann. Der Gedanke, ein sinnvolles Haushaltsgerät zu erstellen, gab mir die nötige Motivation, mich mit meiner Aufgabe auseinanderzusetzen. Als erstes untersuchte ich das Innenleben der Saeco- Maschine. Dabei entdeckte ich, dass durch den Durchlauferhitzer kein Wasser mehr fließen konnte. Als ich diesen auseinander nahm, stellte ich fest, dass er völlig verkalkt war. Daraufhin entkalkte ich den Durchlauferhitzer. Leider war das nicht das einzige Problem. achdem ich Spannungsmessungen an der originalen Steuerplatine durchgeführt hatte, stellte ich fest, dass diese defekt war. Ich entschied mich, die Herausforderung anzunehmen und den gesamten elektronischen Teil der Saeco Magic de luxe selber neu zu entwickeln. Außerdem war es für mich ein Muss, in den Kaffeevollautomaten ein Display einzubauen, welches ich für die Statusanzeige der Maschine verwenden konnte. Da es sich bei dem Modell meiner Eltern noch um ein älteres handelte, besaß dieses noch kein Display, sondern nur eine LED-Reihe. Die Frontplatte der Maschine, war jedoch nur für eine LED-Reihe vorgesehen. Deshalb besorgte ich mir beim Saeco- Werk in Eigeltingen eine Frontplatte des achfolgemodells. Die Hardwarekomponenten der defekten Saeco- Maschine konnte ich alle übernehmen. Christoph Heni Seite 5 von 66

6 1.4. Lebenslauf des Kaffeevollautomaten 1. Zuerst testete ich, ob die Hardwarekomponenten (Dosierer, Durchlauferhitzter, Pumpe, Mahlwerk und Brühgruppenmotor) funktionsfähig sind. Um dies herauszufinden, erstellte ich eine Treiberplatine, welche ich an das Keil- Mikrokontroller- Entwicklungsboard anschließen konnte. Dadurch hatte ich die Möglichkeit, die komplette Software für meinen Kaffeevollautomaten zu schreiben und zu testen. Bild 1 2. Der nächste Schritt bestand darin, eine Platine für die originale Frontblende zu erstellen, welche ich auch an das Entwicklungsboard anschloss. Schon zu diesem Zeitpunkt stattete ich meine Platine mit einem Decoder aus, welcher die Tasten zur Einsparung von Port-Pins codiert. Außerdem realisierte ich bei der Entwicklung dieser Platine die LED- Füllstandanzeige. Bild 2 3. Wie auf Bild 3 zu sehen ist, schloss ich die Hardwarekomponenten über die Treiberplatine an das Entwicklungsboard an sowie auch das Bedienfeld. Außerdem steckte ich zu Versuchszwecken verschiedene ICs auf das Experimentierboard und schloss diese ebenfalls an das Entwicklungsboard an. Zu diesem Zeitpunkt bestand die Stromversorgung aus einem Labornetzteil. Bild 3 Christoph Heni Seite 6 von 66

7 Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07 4. Um die Hutschiene, welche für die Befestigung des 24V Schaltnetzteil nötig ist, festschrauben zu können, bohrte ich zwei Löcher in das Saeco- Gehäuse. achdem ich das etzteil im Gehäuse montiert hatte, schloss ich dessen 230V~ Stromversorgung an. Bild 4 5. un erstellte ich das Layout meiner Hauptplatine. Der nächste Schritt bestand darin, sie zu ätzten, zu bohren und zu bestücken. Daraufhin überprüfte ich die Platine auf eventuelle Kurzschlüsse, die durch das Löten entstehen können. Bild 5 6. An dieser Stelle erstellte ich meine Bedienfeldplatine und klebte das LCD- Display in die Frontblende ein. Auch die Bedienfeldplatine passte ich an die neue Frontblende an. etzt musste ich nur noch die Tastenmatte einlegen und die Platine festschrauben. Bild 6 Christoph Heni Bild 7 Seite 7 von 66

8 Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07 7. In diesem Schritt schloss ich die Hauptplatine an und testete diese. Außerdem vervollständigte und optimierte ich meine Software. Somit beendete ich die Programmierphase meiner Technikerarbeit. Bild 8 8. Als nächstes befestigte ich die Hauptplatine mit Schrauben in der Frontblende, in der sich zu diesem Zeitpunkt auch schon die Bedienfeldplatine befand. Bild 9 9. An dieser Stelle kürzte ich alle Kabel der Hardwarekomponenten, versah sie mit Aderendhülsen und verschraubte sie mit den dazugehörigen Anschlussklemmsystemen. Diese steckte ich an die jeweils dafür vorgesehene Stelle auf der Hauptplatine, welche sich in der Frontblende befindet und beschriftete die Kabel. Bild 10 Christoph Heni Seite 8 von 66

9 10. Zu diesem Zeitpunkt befestigte ich die komplett angeschlossene Frontblende, welche das gesamte Bedienfeld darstellt, mit zwei Schrauben am Saeco- Gehäuse. Bild In diesem letzten Schritt befestigte ich die Abdeckung an meinem Kaffeevollautomaten sowie den Behälter für die Kaffeebohnen. Außerdem setze ich die Brühgruppe, den Wassertank und den Satzbehälter ein. Bild 12 Christoph Heni Seite 9 von 66

10 1.5. Teile des Kaffeevollautomaten LED-Füllstandanzeige Wassertank Bohnenbehälter Wärmeplatte Pulverschacht Drehschalter Heißwasserventil LCD-Display Bedienfeld Servicetüre Heißwasserhahn Auffangschale Kaffeeausgabe Satzschale Bild 13 Christoph Heni Seite 10 von 66

11 1.6. Bedienungsanleitung Wird auf dem Display Bitte Programm wählen! angezeigt, ist der Kaffeevollautomat einsatzbereit. Sie können zwischen folgenden Kaffeegrößen auswählen: Taste 1 für Kaffee groß Taste 2 für Kaffee normal Taste 3 für Espresso Mit der Taste 4 können Sie den Pulvermodus aktivieren. Mit der Taste 5 können Sie den Dampfmodus aktivieren. Mit der Taste 6 gelangen Sie in das Menü des Kaffeevollautomaten. Mit dem Drehschalter 7 starten Sie die Heißwasser- oder Dampfausgabe am Heißwasserhahn Befinden Sie sich im Menü des Kaffeevollautomaten können Sie über die Tasten 1 und 2 ( und ) das Menü nach oben oder unten endlos durchscrollen. Bild 14 - Wollen sie ein Menüpunkt auswählen, können sie dies mit der Taste 6 (MEÜ). - Um in einem entsprechenden Menüpunkt einen Wert zu verändern, verwenden Sie die Tasten 1 und 2 ( und ) für Erhöhen und Verringern. - Um das Menü wieder zu verlassen drücken Sie einfach die Taste 4 (ESC). Christoph Heni Seite 11 von 66

12 1.7. Allgemeine Fragen zum Kaffeevollautomaten Wann muss der Kaffeevollautomat entlüftet werden? Der Kaffeevollautomat ist grundsätzlich vor der ersten Inbetriebnahme zu entlüften, um den Wasserkreislauf von Luftblasen zu befreien. Ebenfalls entlüftet werden muss, wenn die Dampffunktion des Automaten benutzt wurde. Wie wird der Kaffeevollautomat entlüftet? Um den Kaffeevollautomaten zu entlüften, drehen Sie den Schalter für Heißwasser auf und warten Sie ab, bis ein konstanter Wasserstrahl austritt. Wie stellen Sie den optimalen Geschmack ein? Zunächst sollte die Menge und der Mahlgrad im mittleren Bereich eingestellt werden. Anschließend sollte ein Espresso oder ein Kaffee probiert werden. Wenn Ihnen der Espresso zu stark oder zu schwach ist, sollten Sie dementsprechend die Mahlmenge verändern. achdem sie die Grobeinstellung vorgenommen haben, wird nun die Feineinstellung über den Mahlgrad vorgenommen. Es muss jedoch beachtet werden, dass sich der Mahlgrad nur bei laufender Mühle verändern lässt. Für einen intensiveren Geschmack, wie zum Beispiel bei einem Espresso, sollten Sie jetzt den Mahlgrad (= Körnung) langsam verkleinern, bis die für Sie optimale Geschmacksnote erreicht wird. Für Espressotrinker empfiehlt sich die Menge von ca. 7g fein gemahlenem Kaffeemehl einer dunklen Röstung, wobei für sich für Kaffeetrinker eine Menge von ca. 8,5g grob gemahlenem Kaffeemehl einer hellen Röstung empfiehlt. Es muss jedoch beachtet werden, dass sie die optimale Einstellung von Kaffeesorte zu Kaffeesorte variieren kann. Wieso zeigt das Gerät Wassermangel an, obwohl sich noch Wasser im Wassertank befindet? Das restliche Wasser, welches sich noch im Tank befindet, ist notwendig, damit die Pumpe nicht trocken laufen und dadurch Schaden nehmen kann. Warum befindet sich Wasser in der Auffangschale? Der Überdruck, welcher bei der Kaffeezubereitung entsteht, wird in Form von Wasser durch das Innere des Geräts in die Auffangschale geleitet. Christoph Heni Seite 12 von 66

13 1.8. Technische Daten Anschlusswerte/Leistungsaufnahme: 230V ~, 50 Hz, W Dosierer: Magnetspule 230 V ~ Kaffeedosiermenge einstellbar. Motor/Getriebe: 24 V Gleichstrommotor mit 2 Drehrichtungen. Mühle: Gleichstrommotor 230 V mit Kegelmahlwerk, Bohneneinzugsschnecke aus Kunststoff, Mahlscheibe- und Mahlkegel aus gehärtetem Stahl Temperaturregelung: Im Programm realisierte Temperatursteuerung mit Hilfe des I²C Bausteins DS1621 der eine Auflösung 0,5 C besitzt. Abmessung H*B*T in mm: 395/ 390/ 455 Gewicht: Wassertankvolumen: Aufheizzeit bis zum Auswahlmenü: Mahlzeit: Kaffeeauslauftemperatur: Zeit für Espressozubereitung: Zeit für Kaffeezubereitung: Durchlauferhitzer: Ca. 13 kg Ca. 2,4 Liter Ca. 35 Sekunden bei Inbetriebnahme Ca. 4-6 Sekunden Standardmäßig 70 C, jedoch veränderbar. Ca. 25 Sekunden Ca Sekunden 1090 W für die Zubereitung von Kaffee und Heißwasser Tabelle 1 Christoph Heni Seite 13 von 66

14 1.9. Entkalken des Kaffeevollautomaten 1. Schalten Sie den Kaffeevollautomaten ein und warten Sie bis die Anzeige Programm wählen auf dem Display erscheint. 2. Fügen Sie nun dem Wassertank, welcher mindestens bis zur Hälfte mit Wasser befüllt ist, den Entkalker zu. 3. Wählen Sie nun im Menü den Punkt Entkalken aus. 4. Warten Sie jetzt, bis das Entkalkungsprogramm abgelaufen ist oder brechen Sie den Entkalkungsvorgang mit ESC vorzeitig ab. 5. Entfernen Sie nach Ablauf des Entkalkungsvorgangs den restlichen Entkalker aus dem Wasserbehälter und spülen sie diesen gründlich aus. 6. Anschließend füllen Sie den Wassertank zur Hälfte mit Leitungswasser. 7. Um zu vermeiden, dass bei der folgenden Kaffeezubereitung Rückstände des Entkalkers in den Kaffee gelangen, wählen Sie bitte im Menü erneut den Punkt Entkalken aus. Somit werden die restlichen Kalkrückstände aus den wasserführenden Teilen des Automaten entfernt. 8. un können Sie ihren Kaffeevollautomaten wieder wie gewohnt benützen. Anmerkung: Der Heißwasserhahn des Kaffeeautomaten ist extra zu entkalken. Dazu füllen Sie, wie unter Punkt 2 beschrieben, Entkalker in den Wassertank und drehen den Heißwasserhahn auf. Beenden Sie diesen Vorgang nach ca. 45 Sekunden, indem Sie den Heißwasserhahn wieder zudrehen. Wiederholen Sie diesen Vorgang nun ebenfalls mit Frischwasser, um die Rückstände des Entkalkens restlos zu entfernen. Achtung Verbrühungsgefahr: Sie sollten nicht mit dem Wasserstrahl in Berührung kommen, da Verbrühungsgefahr besteht. Christoph Heni Seite 14 von 66

15 1.10. Mögliche Fehler Fehler Mögliche Ursache Behebung Display Hintergrundbeleuchtung und Text fehlen. Es tritt anstelle des Kaffees nur Wasser aus. Keine Spannung auf dem Gerät. Pulver ausgewählt und Displayanweisung nicht beachtet. etzstecker einstecken. Servicetüre schließen. ach Aufforderungen einen gestrichenen Messlöffel Kaffeepulver einfüllen Kaffee fließt zu schnell. Kaffeepulver zu grob. Feinere Mahlung einstellen Position z.b. von 5 auf 3. Kaffee fließt zu langsam. Kaffeepulver ist zu fein. Gröbere Mahlung einstellen z.b. von 5 auf 7. Kaffee fließt zu langsam. Das Gerät ist verkalkt. Mit Essigwasser oder speziellem Entkalkungsmittel nach Anweisung entkalken. Das Gerät leistet weniger, die Aufheizzeit wird länger und die Wasserdurchlaufmenge stimmt nicht Das Gerät ist verkalkt. Siehe oben! mehr. Brühgruppe kann nicht eingesetzt werden. Aufheizzeit länger als 45 Sekunden. Brühgruppe/Satzgruppe fehlt und wird weder erkannt noch angezeigt! Wassermangel wird nicht mehr erkannt. Es kommt kein Kaffee (Wasser) Pumpe hört sich anders an. Brühposition stimmt nicht Durchlauferhitzer defekt Stecker auf der Steuerplatine hat sich gelöst Stecker auf der Steuerplatine hat sich gelöst. Magnetschalter im Wassertank ist verklemmt. Tabelle 2 Brühgruppe in Position bringen (Pfeil auf Brühgruppe) und ins Gerät einsetzen Durchlauferhitzer durchmessen (ca. 50 Ohm) LED auf der Leistungsplatine leuchtet! Ansteuerung o.k. Gehäuse zerlegen, siehe Zerlegen des Kaffeeautomaten und Stecker aufstecken. Gehäuse zerlegen, siehe Zerlegen des Kaffeeautomaten und Stecker aufstecken. Magnetschalter säubern, Kaffeeautomat entlüften. Christoph Heni Seite 15 von 66

16 2. Hardware 2.1. Blockschaltbild Mahlwerk Wassertank Satzschale Pulvermenge Brühgruppe P1.1 P0.4 P1.0 P0.2 P2.0 P2.1 P2.2 P2.4 P2.5 P2.6 P2.7 2x 16 Zeichen LCD-Display LED-Füllstandsanzeige P1.4 Dosierer Pumpe Brühgruppe zurück Brühgruppe vor Durchlauferhitzer L298 74HC138 P1.6 P1.7 P0.5 Phillips LPC 935 P3.0 P3.1 P1.2 P1.3 P0.7 P0.6 74HC164 DS1621 Brühgruppe Grundposition Brühgruppe Brühposition P1.5 HW-Ventil Menü P0.0 Dampf VCC 3,3V FSR (LF33CV) Pulver Tasse klein 74HC148 P0.1 GD 5V FSR (78S05) etzteil 24V Tasse mittel Service-Türe Tasse groß P0.3 etzschalter Christoph Heni Seite 16 von 66

17 2.2. Portbelegungsplan des LPC935 P0.0 QA vom 8 zu 3 Decoder (74HC148) des Bedienfeldes P0.1 QB vom 8 zu 3 Decoder (74HC148) des Bedienfeldes P0.2 Brühgruppe vorhanden? P0.3 QC vom 8 zu 3 Decoder (74HC148) des Bedienfeldes P0.4 Satzbehälter vorhanden? P0.5 Durchlauferhitzer P0.6 Brühgruppe in Brühposition? P0.7 Brühgruppe in Grundposition? P1.0 Pulvermenge OK? P1.1 Wassertank vorhanden? P1.2 SCL Leitung des DS1621 P1.3 SDA Leitung des DS1621 P1.4 A vom 3 zu 8 Decoder (74HC138) der Hauptplatine P1.5 Heißwasserventil P1.6 B vom 3 zu 8 Decoder (74HC138) der Hauptplatine P1.7 C vom 3 zu 8 Decoder (74HC138) der Hauptplatine P2.0 E Des LCD-Display P2.1 R/W Des LCD-Display P2.2 RS Des LCD-Display P2.3.C. P2.4 D4 Des LCD-Display P2.5 D5 Des LCD-Display P2.6 D6 Des LCD-Display P2.7 D7 Des LCD-Display P3.0 Taktausgabe für die LED-Füllstandsanzeige P3.1 Reset der LED-Füllstandsanzeige Tabelle 3 Christoph Heni Seite 17 von 66

18 2.3. Wasserkreislauf des Kaffeevollautomaten Einheit Wassertank Schwimmer Filter Pumpe Überdruckventil Auffangschale Durchlauferhitzer Absperrventil Düse Brühgruppe Tasse Funktion Dient zur Wasserversorgung. Gibt die Füllmenge an. Reinigt das Wasser. Pumpt das Wasser mit ca14bar durch den Kreislauf. Schützt die Pumpe vor Überdruck. Fängt Tropfwasser oder das Wasser bei Überdruck auf. Heizt das Wasser während des Durchlaufens auf. Unterbricht den Wasserkreislauf. Dient zur Heißwasser/Dampf Ausgabe. Hier wird das Kaffeepulver vom Heißwasser durchflossen. Dient dazu den Kaffee auch genießen zu können. Tabelle 4 Christoph Heni Seite 18 von 66

19 2.4. Aufbau Damit ich keine EMV (Elektro-Magnetischen-Verträglichkeit) Probleme bekomme, war mein oberstes Ziel, meine Hauptplatine, welche die gesamte Steuerung enthält, nicht größer zu gestalten als die Originalplatine. Dadurch schütze ich meine Platine vor der Gefahr, durch die EMV- Abstrahlung des Durchlauferhitzers, des Dosierers und der Pumpe, die mit 230V Wechselstrom betrieben wird, gestört zu werden. Außerdem war es einfacher, meine Hauptplatine im original Saeco- Gehäuse unterzubringen. Da ich meine Hauptplatine durch Ätzen selber herstellte, konnte ich nicht mehr als zwei Ebenen für das Layout verwenden. Es war deshalb leider nicht möglich, das 24V Schaltnetzteil auf der Platine unterzubringen. Somit war ich gezwungen, zusätzlich ein separates 24V Schaltnetzteil zu verwenden. Ich entschied mich, ein Schaltnetzteil zu kaufen, welches durch eingebaute Entstörfilter vor EMV- Einstrahlungen geschützt ist und deshalb von mir problemlos zwischen dem Durchlauferhitzer und der Pumpe im Gehäuse eingebaut werden konnte. Christoph Heni Seite 19 von 66

20 2.5. Schaltplan Schaltplan 1 Christoph Heni Seite 20 von 66

21 2.6. Strom / Spannungsversorgung Der Kaffeeautomat verfügt über einen 230V / 50Hz etzanschluss. Das etzkabel ist mit einem SchuKo (Schutz-Kontakt) Stecker ausgestattet und beschränkt sich somit auf das deutsche Stromnetz. Außerdem ist es für 3680W ausgelegt und somit für den Kaffeevollautomaten geeignet. Das etzteil, welches für die 24V Stromversorgung meiner Hauptplatine zuständig ist, habe ich gekauft. Es handelt sich bei diesem etzteil um ein 24V Schaltnetzteil (Bild 13), mit folgenden technischen Daten: Eingangsspannung: VAC Eingangsspannung: VDC Einschaltstrom: 60 A Ausgangsspannung: 24 VDC Strom: 2,0 A Überlastschutz: ja Kurzschlussfest: ja Wirkungsgrad: >84 % Restwelligkeit: 480 mv Bild 15 Die 5V Spannungsversorgung für das LCD-Display und für die IC's, sowie die 3,3V Spannungsversorgung für den LPC935 Mikrocontroller befinden sich auf der Hauptplatine. Zur Realisierung der 3,3V und der 5V Spannungsversorgung verwendete ich einen LF33CV Festspannungsregler und einen 78S05 Festspannungsregler. Die Pinbelegungen, sowie die Beschaltung dieser Bauteile, entnahm ich dem jeweiligen Datenblatt. Die Diode D3 (Schaltplan 2) dient als Verpolungsschutz. Diese habe ich eingebaut, damit die Platine während der Testphase durch versehentliche Verpolung des 24V Anschlusses keinen Schaden nimmt. Schaltplan 2 (Spannungsversorgung) Christoph Heni Seite 21 von 66

22 2.7. Leistungsteile der Hauptplatine Der Leistungsteil der Hauptplatine ist in drei Bereiche unterteilt. Dieser besteht aus: Bild Leistungsbereich 24V Gleichspannung zur rechts/links Steuerung des Brühgruppenmotors. 2. Leistungsbereich 230V Gleichspannung zur Ansteuerung des Mahlwerkes. 3. Leistungsbereich 230V Wechselspannung zur Ansteuerung des Dosierers, des Durchlauferhitzers, der Pumpe und als Spannungsspeisung für die 230V Gleichrichtung. Christoph Heni Seite 22 von 66

23 2.8. Lastansteuerung Allgemein un komme ich zur Ansteuerung des Durchlauferhitzers, des Dosierers, der Pumpe, des Mahlwerkes. Ich realisierte die Ansteuerung dieser Komponenten über eine Triac-Ansteuerung, weil ich mit einem Triac auf der einen Seite eine Wechselspannung und auf der anderen Seite einen relativ hohen Strom schalten kann. Deshalb eignet sich dieses Bauteil optimal für die Ansteuerung der oben genannten Komponenten. Zur galvanischen Trennung der Triac- Schaltung und dem Steuerkreis meiner Hauptplatine verwendete ich einen Optokoppler. Dabei handelte es sich um den Typ MOC3041, da dieser Optokoppler speziell für die Verwendung mit einem Triac vorgesehen ist. Durch die galvanische Trennung wird die restliche Schaltung vor einer eventuellen Zerstörung durch Überspannung, die zum Beispiel beim Durchbrennen eines Motors entstehen kann, geschützt. Des Weiteren hat der Optokoppler auch den Vorteil, dass der Steuerkreis meiner Hauptplatine vor Störungen, die durch das Schalten der hohen Wechselspannung entstehen können, geschützt wird. Die Ansteuerung des Optokopplers erfolgt über den Mikrokontroller LPC935. Zwischen den LPC und den Optokoppler fügte ich eine LED ein. Diese ersetzte während der Versuchsphase meine Hardwarekomponenten, die in diesem Zeitraum nicht am Ausgang des Triacs angeschlossen waren. Dies brachte mir den Vorteil, dass ich während der Versuchsphase mein Programm vollständig Testen konnte, ohne das Risiko einzugehen, dass eventuell wichtige Hardwarekomponenten meines Kaffeevollautomaten durch falsche oder zu lange Ansteuerung Schaden nehmen. Wirkungsweise eines Triac: Der Triac entsteht aus der Antiparallelschaltung zweier Thyristoren. Der Triac kann in beiden Halbwellen schalten. Thyristor T1 steuert z.b. die positive und Thyristor T2 steuert die negative Halbwelle einer Wechselspannung. Bild 17 (Aufbau eines Triac 's) Christoph Heni Seite 23 von 66

24 Schaltung für den Dosierer, Durchlauferhitzer und die Pumpe Aus der Grundschaltung (Bild 18) die ich dem Datenblatt des MOC3041 entnommen habe, habe ich folgende Schaltung (Schaltplan 3) zur Ansteuerung des Durchlauferhitzers, des Dosierers und der Pumpe abgeleitet. Zur Zustandsanzeige des Triacs fügte ich der Schaltung eine zusätzliche LED hinzu. Bei meiner Schaltung verzichtete ich auf die RC- Entstörkombination, weil sie für meine Anwendung nicht relevant ist. Bild 18 (Auszug aus dem Datenblatt des MOC3041) µc Schaltplan 3 (Ansteuerung des Dosierers, des Durchlauferhitzers und der Pumpe) Christoph Heni Seite 24 von 66

25 Schaltung für das Mahlwerk Die Ansteuerung für das Mahlwerk ist ähnlich wie die Ansteuerung des Dosierers, des Durchlauferhitzers und der Pumpe. Aufgrund der Tatsache, dass das Mahlwerk 230V Gleichspannung benötigt, habe ich einen Brückengleichrichter in die Schaltung eingefügt. Eine Glättung der pulsierenden Gleichspannung, die der Brückengleichrichter bereitstellt, war nicht notwendig, weil das Mahlwerk keine geglättete Gleichspannung benötigt. Vor dem Anschluss des Mahlwerks musste ein 4,7Ω 9W Widerstand sowie zwei Spulen mit ca. 15 µh eingebaut werden. Diese Informationen entnahm ich der Originalplatine des Saeco- Kaffeevollautomaten. µc Schaltplan 4 (Ansteuerung des Mahlwerks) Christoph Heni Seite 25 von 66

26 Schaltung zur Ansteuerung des Motors der Brühgruppe Bei dem originalen Saeco-Kaffeevollautomaten wird die Heizspirale der Tassenwärmplatte als Vorwiderstand für den Motor der Brühgruppe verwendet. In meiner Technikerarbeit wollte ich aber die Tassenwärmplatte nicht anschließen, weil diese durch die starke Wärmeabstrahlung des Durchlauferhitzers, der sich unter der Wärmeplatte befindet, automatisch erhitzt wird. Somit konnte ich die Lösung von Saeco zur Ansteuerung des Brühgruppenmotors nicht verwenden und war gezwungen eine andere Lösung finden. Da sich der Brühgruppenmotor nach rechts und links drehen muss und einfach zu steuern sein sollte, verwendete ich einen Motortreiber. Ich entschied mich für den Typ L298, weil dieser Motor praktisch zu beschalten ist und er sich durch seine Bauform leicht im Layout unterbringen ließ. Außerdem stellt dieser Motor, mit einem Spannungsbereich von 0-46V und max. 4A, genügend Leistung für meine Anwendung zur Verfügung. Aufgrund der Tatsache, dass dieser Motortreiber nur 1,5V zur Steuerung benötigt, kann er problemlos, ohne zusätzliche Treiber, vom Mikrokontroller aus gesteuert werden. Wie ich den Motortreiber zu beschalten hatte, entnahm ich dem Datenblatt des L298. Tabelle 5 Schaltplan 5 (Auszug aus dem Datenblatt des L298) Diese Schaltung übernahm ich fast vollständig, wie es im folgenden Schaltplan, den ich für den Motor der Brühgruppe (Schaltplan 6) erstellte, zu sehen ist. Christoph Heni Seite 26 von 66

27 Motor Brühgruppe µc Schaltplan 6 (Motorsteuerung der Brühgruppe) Der L298 Motortreiber verfügt über zwei separate Motortreiber in seinem Gehäuse. Ich verwendete den zweiten Motortreiber, weil dieser in meinem Layout einfacher zu Routen war. Christoph Heni Seite 27 von 66

28 LCD-Display Zur Statusanzeige des Kaffeevollautomaten wollte ich statt der originalen LED's ein LCD-Display verwenden, weil es optisch mehr darstellt. Außerdem kann man durch das LCD- Display den aktuellen Betriebszustand des Kaffeevollautomaten genauer und besser ablesen. Bild 19 In meinen Kaffeevollautomaten baute ein 2-Zeiliges Dot-Matrix-LCD-Display mit schwarzer Schrift und blauer LED-Hintergrundbeleuchtung ein. In einer Zeile können bis zu 16 Zeichen dargestellt werden. Es verfügt über einem integrierten HD44780 Controller, welcher dem Industriestandard entspricht. Der Vorteil dieses LCD-Displays ist, dass es meinen Kaffeevollautomaten optisch aufwertet. Außerdem hat es die idealen Maße (Bild 21) für mein neues Bedienfeldgehäuse. Bild 20 (Maße des von mir verwendeten LCD-Displays) Christoph Heni Seite 28 von 66

29 Die Beschaltung für das LCD-Display entnahm ich dem Beschaltungsbeispiel (Schaltplan 7) und dem Pinbelegungsplan (Tabelle 6) des Datenblatts. Daraus entwarf ich den Schaltplan für mein LCD-Display. Schaltplan 7 (aus dem Datenblatt des LCD) Tabelle 6 (Pinbelegungsplan) achdem ich das LCD-Display angeschlossen hatte und es testete, stellte ich fest, dass nur die Hintergrundbeleuchtung funktionierte. Daraufhin kontrollierte ich meinen Schaltplan erneut, konnte aber keinen Fehler finden. ach längerer Fehlersuche stellte ich schließlich fest, dass der Pin 1 meines LCD-Displays nicht mit GD verbunden sein darf. Somit stellte sich heraus, dass der Pinbelegungsplan und der Power-supply- Anschlussplan aus dem Datenblatt des LCD-Displays nicht korrekt waren. Den Fehler habe ich in Schaltplan 7 und in Tabelle 6 rot gekennzeichnet. ach der Korrektur dieses Fehlers ergab sich dann der Korrekte Schaltplan (Schaltplan 8). µc Schaltplan 8 (LCD-Anschluss) Das LCD-Display besitzt den Controller HD44780, der dem Industriestandard entspricht. Deshalb konnte ich das LCD-Display problemlos, über den von Herrn Sperling zur Verfügung gestellten LCD-Treiber, programmieren. Christoph Heni Seite 29 von 66

30 Temperatursensor DS1621 Zur Steuerung der Kaffeetemperatur verwendete ich den I²C Temperatursensor DS1621. Diesen Sensor brachte ich am Durchlauferhitzer an, weil er die einzige Stelle im Automaten ist, an dem sich die genaue Temperatur ermitteln lässt. Außerdem halte ich den Kaffeevollautomaten durch eine im Programm realisierte Temperatursteuerung immer einsatzbereit. Der I²C Temperatursensor DS1621 macht durch seinen direkten digitalen Ausgang eine Temperaturmessung leicht. Da dieser Sensor ein direktes, digitales Auslesen der gemessenen Temperatur ermöglicht und vom Herstellerseite schon kalibriert ist, werden keine korrekturwerte und kein A/D-Wandler benötigt. Dies brachte den Vorteil, dass ich keine Korrekturwertetabelle erstellen musste und ich keine Verstärkerschaltung zur Temperaturerfassung benötigte. Der Temperatursensor hat einen messbaren Temperaturbereich von -55 C bis C mit einer Auflösung von 0,5 C und ist somit ausreichend für meinen Kaffeevo llautomaten. Die Beschaltung des DS1621 entnahm ich einer Tabelle (Tabelle 7), der Detaillierten Pinbeschreibung aus dem Datenblatt. Über die beim I²C benötigten Pull-up Widerstände war ich bereits durch den Schulunterricht informiert, und habe sie in meinen Schaltplan integriert. Beim Einbinden des DS1621 in meinen Kaffeevollautomaten hatte ich folgendes Problem. Sobald ich ihn in den Sensor in den Innenraum meines Kaffeevollautomaten hielt, gab er auf Grund von EMV nur noch wirre werte von sich. Dieses Problem behob ich durch einen Tipp eines bekannten, indem ich die zwei Leitungen der Spannungsversorgung und die zwei Data- Leitungen jeweils miteinander verdrehte. Und einen 100nF Kondensator direkt an die Pins der Spannungsversorgung des DS1621 einfügte. Tabelle 7 (Detaillierte Pinbeschreibung des DS1621) Schaltplan 9 (Anschluss DS1621) Christoph Heni Seite 30 von 66

31 2.9. Decoder Da der von uns in der Schule verwendete Phillips LPC93x Mikrokontroller nur 26 Port-Pins besitzt, ich aber für meinen Kaffeevollautomaten mehr Port-Pins benötigte, suchte ich nach einer einfachen Lösung zur Erweiterung meiner Port-Pins. ach dem Durchstöbern der 74HCXX Baureihe auf der Homepage vom Reichelt wo alle Bauteile der 74HCXX Reihe kurz beschrieben sind, fand ich den Baustein 74HC138 (3 zu 8 Decoder) und den Baustein 74HC148 (8 zu 3 Decoder). Diese zwei Decoder verwendete ich für meinen Kaffeevollautomaten "3 zu 8" Decoder Als 3 zu 8 Decoder verwendete ich den Baustein 74HC138. Da ich nicht alle acht Ausgänge des Decoders benötigte, konnte ich die Eingänge E 1 und E 2 immer auf Low und den Eingang E 3 immer auf High lassen, so dass der Baustein immer aktiv ist und ich nur die drei Port-Pins zur Ansteuerung von A 0 bis A 2 benötigte. Wie ich A 0 bis A 2 zu schalten hatte, damit der richtige Ausgang auf Low liegt, entnahm ich der Funktionstabelle (Tabelle 8) aus dem Datenblatt des 74HC138. Da gab es nur noch ein kleines Problem. Mit diesem Decoder kann immer nur ein Ausgang auf Low gelegt werden, was natürlich nicht gerade von Vorteil war. Ich suchte also alle zu steuernden Komponenten heraus, die nicht zur selben Zeit aktiv sein müssen. Somit kam ich zu dem Ergebnis, dass ich nur das Mahlwerk, den Dosierer, die Pumpe, den Motor der Brühgruppe im Linkslauf und den Motor der Brühgruppe im Rechtslauf an die Ausgänge des Decoders anschließen kann. Dies reichte gerade aus! Tabelle 8 (Auszug aus dem Datenblatt des 74HC138) Christoph Heni Seite 31 von 66

32 "8 zu 3" Decoder Als 8 zu 3 Decoder verwendete ich den Baustein 74HC148. Den Baustein benötigte ich für die sechs Taster des Bedienfeldes. Da ich wiederum nicht alle acht Eingänge des Decoders benötigte, konnte ich den Enable Eingang El immer auf Low lassen, so dass der Baustein immer aktiv ist. Wie beim Drücken eines an den Eingängen angeschlossenen Tasters, die Ausgänge A 0 bis A 2 geschaltet sind, entnahm ich der Funktionstabelle (Tabelle 9) aus dem Datenblatt des 74HC148. Diesen Taster konnte ich leider nur für die Tasten des Bedienfeldes nutzen, da mit diesem Decoder immer nur ein Eingang auf Low liegen darf. Ich konnte also zum Beispiel den Satzbehälter, den Wassertank und die Brühgruppe nicht über so ein Decoder schalten, da die Taster dieser drei Komponenten, wenn sie alle drei eingesetzt sind, gleichzeitig ein Low Signal ausgeben. Tabelle 9 (Auszug aus dem Datenblatt des 74HC148) Schaltplan 10 (Anschluss 74HC148) Christoph Heni Seite 32 von 66

33 Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/ LED-Füllstandsanzeige Mein Kaffeevollautomat sollte, wie beim Original Saeco Magic de luxe, eine LEDFüllstandsanzeige besitzen und den Füllstand nicht nur als kleiner Balken im LCD-Display ausgeben, wie bei den neuen Saeco Modellen mit LCD-Display. Auf der Suche nach einer gut geeigneten Schaltung für die LED-Füllstandsanzeige, kam mir die Idee, ein Schieberegister für die Ansteuerung der acht LED's der Füllstandanzeige zu verwenden. Auf der suche nach einem geeigneten Schieberegister traf ich auf der Homepage von Reichelt auf den Baustein 74HC164. Da es diesen Baustein auch in SMD Bauform gab, war er nahezu perfekt um ihn auf meiner Bedien-feldplatine unterzubringen. Wie das Bild 24 der Bedienfeldplatine aus der 3D-Ansicht von Target 3001 zeigt. Bild 21 Bild 22 Bild 23 (Bedienfeldplatine aus der 3D-Ansicht von Target 3001) Christoph Heni Seite 33 von 66

34 Wie der Tabelle 10 zu entnehmen ist musste ich für die Realisierung der LED-Füllstandsanzeige. Die seriellen Eingänge A und B immer auf High belassen. Was bei jedem Takt ein durchschieben vom High Signal auf die acht Ausgänge herbeiführt. Durch das durchschieben des High Signals kann ich durch eine Taktausgabe am Port-Pin 3.0 eine LED nach der anderen einschalten und durch die Ausgabe eines High Signals an Port-Pin 3.1 kann ich eine Reset durchführen, was zur Folge hat, dass alle LED's der Füllstandsanzeige, wieder aus sind. Da ich für die LED-Füllstandsanzeige blaue ultrahelle 3mm LED's mit 4500mcd verwendete, konnte ich diese LED's aufgrund ihrer extremen Leuchtkraft mit einem 10KΩ Vorwiderstand betreiben, mit dem Sie immer noch genügend hell sind. Dies brachte mir den Vorteil, dass die LED's durch diesen hohen Vorwiderstand nur noch knapp 2mA Strom benötigten. Somit konnte ich alle acht LED's ohne zusätzliche Treiber direkt an das IC anschließen. Was den Schaltungsaufwand erheblich verringerte. Schaltplan 11 (LED-Füllstandanzeige) Tabelle 10 (Auszug aus dem Datenblatt des 74HC164 Schieberegister) Christoph Heni Seite 34 von 66

35 2.11. Platinen Layout der Hauptplatine Bild 24 (Bestückungsseite) Bild 25 (Layout Vor- und Rückseite) Christoph Heni Seite 35 von 66

36 Bild 26 (Layout Vorderseite) Bild 27 (Layout Rückseite) Christoph Heni Seite 36 von 66

37 Bilder der Hauptplatine Bild 28 (Hauptplatine Frontansicht) Bild 29 (Hauptplatine Rückansicht) Christoph Heni Seite 37 von 66

38 Layout der Bedienfeldplatine Bild 30(Bestückungsseite) Bild 31 (Layout Vor- und Rückseite) Christoph Heni Seite 38 von 66

39 Bild 32 (Layout Vorderseite) Bild 33 (Layout Rückseite) Christoph Heni Seite 39 von 66

40 Bilder der Bedienfeldplatine Bild 34 (Bedienfeldplatine Rückansicht) Bild 35 (Bedienfeldplatine von vorne eingebaut) Christoph Heni Seite 40 von 66

41 2.12. Bauteilliste Teile für die Hauptplatine Stück Artikelnummer Bezeichnung Lieferant Einzelpreis Gesamtpreis 1 BEL 160x100-2 Photoplatine zweiseitig Reichelt 2,15 2,15 1 P 89LPC 935 FA LPC935 Mikrokontroller Reichelt 3,00 3,00 1 PLCC 28 PLCC 28 IC-Sockel Reichelt 0,33 0, HC zu 8 Decoder Reichelt 0,23 0,23 1 FBU4G Gleichrichter Reichelt 0,79 0,79 3 PS 25/8g WS Platinensteckverbinder Reichelt 0,92 2,76 1 AKL Wannenstecker Reichelt 0,27 0,27 15 AKL Wannenstecker Reichelt 0,17 2,55 1 GS-KO 16P IC-Sockel mit Kondensator Reichelt 0,61 0,61 4 GS 6P IC-Sockel 6-polig Reichelt 0,07 0,28 1 LF 33 CV 3,3V Festspannungsregler Reichelt 0,78 0,78 1 µa 78S05 5V Festspannungsregler Reichelt 0,36 0,36 4 BT 137/600 Triac Reichelt 0,54 2,16 2 MISC 14µ Spule Reichelt 0,37 0,74 1 RT 10-L 4,7K Potentiometer 4,7KΩ Reichelt 0,18 0,18 4 MOC 3041 Optokoppler Reichelt 0,43 1,72 1 V PR5/25-M3 Kühlkörper 15x12x6,5 Reichelt 0,41 0,41 5 V PR5/15-M3 Kühlkörper 25x12x6,5 Reichelt 0,53 2,65 1 L 298 Motortreiber Reichelt 2,75 2, Diode Reichelt 0,02 0,10 6 SMD 1/4W 330 SMD- Chipwiderstand Reichelt 0,10 0,60 4 LED 1206K G SMD LED Grün Reichelt 0,15 0,60 9 METALL 330 Widerstand 330Ω Reichelt 0,08 0,72 1 METALL 100K Widerstand 100KΩ Reichelt 0,08 0,08 1 9W AXIAL 4,7 9W Widerstand 4,7Ω Reichelt 0,37 0,37 2 SMD TA.0,33/35 SMD Kondensator 0,33µF Reichelt 0,31 0,62 2 SMD TA.0,1/35 SMD Kondensator 0,1µF Reichelt 0,31 0,62 2 SMD TA.10/16 SMD Kondensator 10µF Reichelt 0,47 0,94 Gesamt: 29,37 Teile für die Temperatursensorplatine Stück Artikelnummer Bezeichnung Lieferant Einzelpreis Gesamtpreis 1 HPR 50x100 Lochrasterplatine Reichelt 0,31 0, DS1621 Temperatursensor Conrad 5,22 5,22 2 METALL 5,6K Widerstand 5,6KΩ Reichelt 0,08 0,16 1 MKS Folienkondensator 100 Reichelt 0,07 0,07 Gesamt: 5,76 Christoph Heni Seite 41 von 66

42 Teile für die Bedienfeldplatine Stück Artikelnummer Bezeichnung Lieferant Einzelpreis Gesamtpreis 1 BEL 160x100-2 Photoplatine zweiseitig Reichelt 2,15 2, HC zu 3 Decoder Reichelt 0,33 0,33 1 SMD HC164 Schieberegister Reichelt 0,41 0,41 8 SMD 1/4W 10K SMD- Chipwiderstand Reichelt 0,10 0,80 8 3mm LED blau Ultrahelle LED blau 3mm e-bay 0,12 0,96 Gesamt: 4,65 Sonstige Teile für den Kaffeevollautomaten Stück Artikelnummer Bezeichnung Lieferant Einzelpreis Gesamtpreis 1 SAECO MAGIC Magic De Luxe (defekt) Eltern 0,00 0,00 1 STMW-DR V Schaltnetzteil Reichelt 23,40 23,40 1 FROTBLEDE Frontblende Silber Saeco 17,95 17,95 1 TASTEFELD Tastenfeld Schwarz Saeco 5,00 5,00 1 TC 1602A-08 LCD-Display blau Polling 7,95 7,95 1 AKL Anschlussklemmsystem Reichelt 0,54 0,54 15 AKL Anschlussklemmsystem Reichelt 0,38 5,70 1 AEHT 1,5-100 Twin-Adernendhülse 100st. Reichelt 2,25 2,25 1 AEHI 1,5-100 Adernendhülse 100st. Reichelt 1,00 1,00 Gesamt: 63,79 Gesamtkosten des Kaffeevollautomaten: 103,57 Christoph Heni Seite 42 von 66

43 3. Software 3.1. Allgemeines Der von mir verwendete Mikrokontroller besitzt nur einen Codespeicher von 8K (8 x 1024Bytes = 8192 Bytes). Wie in Bild 37 zu sehen ist, benötigt mein Programm unstrukturiert einen Codespeicher von 8191Bytes. Aufgrund der Tatsache, dass das Programm durch das Strukturieren minimal größer wird, es aber wie gesagt schon 8191Bytes unstrukturiert benötigt, konnte ich es in meiner Technikerarbeit leider nicht strukturieren, da auf dem Kontroller nur 8192Bytes platz haben. Bild 36 edoch erscheint das Programm unstrukturiert recht unübersichtlich. Für eine übersichtliche Darstellung habe ich es deshalb in meiner Dokumentation leicht strukturiert. Christoph Heni Seite 43 von 66

44 3.2. Hauptprogramm Programmbeschreibung Das Hauptprogramm in meiner Technikerarbeit entspricht der Funktion "main". In dieser Funktion werden die Ports konfiguriert, die Temperaturvariable für den Dampf auf 95 C gesetzt und die Unterprogramme initi alisiert. Wird ein neuer Mikrokontroller verwendet, werden die von mir gesetzten Standardwerte für die Variabeln der Wassermenge ("Kaffe groß", "Kaffee mittel", "Espresso"), der Kaffeetemperatur, der Kaffeetemperatursteuerung, der Satzanzahl und der maximalen Satzanzahl, beim ersten Programmstart ins EEPROM geschrieben. Bei jedem weiteren Programmstart werden die im EEPROM gespeicherten Werte der oben genannten Variabeln ausgelesen. In der darauf folgenden Endlosschleife wird im ersten Schritt der Durchlauferhitzer eingeschaltet und anschließend die aktuelle Kaffeetemperatur des Automaten solange gemessen und überprüft, bis sie der eingestellten Kaffeetemperatur entspricht. Währenddessen erscheint auf dem Display die aktuelle Kaffeetemperatur des Automaten und "Bitte warten!!!". Liegt nun die aktuelle Temperatur um 1 C über der eingestellten Kaffeetemperatur, wird der Durchlauferhitzer wieder ausschaltet. Damit die eingestellte Kaffeetemperatur erhalten bleibt, habe ich eine Temperatursteuerung im Programm realisiert. Fällt nun die aktuelle Kaffeetemperatur unter die eingestellte Temperatur, was nach ca. 20 Minuten eintritt, sorgt die Temperatursteuerung dafür, dass der Durchlauferhitzer erneut eingeschaltet wird, bis die aktuelle Temperatur wieder um 1 C über der gewü nschten Temperatur liegt. Als nächstes wird überprüft, ob die aktuelle Satzanzahl über der einstellbaren, maximalen Satzanzahl liegt. Ist dies der Fall, wird die Tastensperre des Bedienfelds eingeschaltet und es erscheint die Meldung "Bitte Satzbehälter leeren!" auf dem Display. Wird nun der Satzbehälter entfernt, erscheint solange die Meldung "Bitte Satzbehälter einsetzen!", bis dieser wieder eingesetzt wird. Befindet sich der Satzbehälter wieder im Kaffeevollautomaten, erscheint die Meldung "Satzbehälter wurde geleert!" auf dem Display. Außerdem wird die Variable der Satzanzahl auf ull gesetzt und im EEPROM gespeichert sowie die Tastensperre wieder aufgehoben. Christoph Heni Seite 44 von 66

45 Folgende Überprüfungen werden standardmäßig durchgeführt: - Ist der Satzbehälter vorhanden? - Ist die Brühgruppe eingesetzt? - Ist der Wassertank eingesetzt und ausreichend gefüllt? - Ist die Brühgruppe in Grundposition? Ausschlaggebend für das Erscheinen der Programmauswahl des Kaffeevollautomaten ist die aktuelle Kaffeetemperatur. Entspricht diese nun der eingestellten Temperatur, erscheint auf dem Display "Bitte Programm wählen!" Ist die Funktion "Dampf" aktiviert, erscheint als letztes Zeichen im Display ein "D". Ist die Funktion "Pulver" aktiviert, erscheint im Display als zweitletztes Zeichen ein "P". Wählt der Benutzer im Programm einen "Kaffee groß", wird die Funktion "Kaffee groß" aufgerufen. Wird vom Benutzer ein "Kaffee normal", ein "Espresso", "Heißwasser", "Pulver", "Dampf" oder "Menü" ausgewählt, wird die jeweils dazugehörige Funktion aufgerufen. Christoph Heni Seite 45 von 66

46 Struktogramm void main (void) Port konfigurieren LED Füllstandsanzeige ausschalten! Durchlauferhitzer ausschalten! Decodereingänge auf 0 setzten! (alle restlichen Geräte auschalten) Temperaturvariable für Dampf auf 95 setzten! Keyboard interrupt initialisieren! Display initialisieren! Textausgabe (Technikerarbeit Christoph Heni) Zeit Wert für Satzanzahl, Wassermenge Kaffee groß, Wassermenge Kaffee mittel, Wassermenge Espresso, Kaffeeetemperatur, Kaffeetemperatursteuerung an, Temperatursteuerung aus, max. Satzanzah, Kaffeeanzahl, Merker aus EEPROM lesen! Standardwert für Satzanzahl, Wassermenge Kaffee groß, Wassermenge Kaffee mittel, Wassermenge Espresso, Kaffeeetemperatur, Kaffeetemperatursteuerung an, Temperatursteuerung aus, max. Satzanzah, Kaffeeanzahl, Merker in EEPROM speichern! endlos LED Füllstandsanzeige aus! Textausgabe: Bitte warten!!! und aktuelle Temperautur Temperatursensor DS1621 Initialisieren! Temperaturwert lesen (MSB,LSB)! Textausgabe: Temperaturwert Merker nicht gleich 1? Aktuelle Temperatur kleiner als die eingestellte Kaffeetemperatur Temperatur kleiner als die eingestellter Kaffeetemperatur? Durchlauferhitzer ein! Temperatur 1 C großer als die eingestellte Kaffeetemperatur? Durchlauferhitzer aus! Wenn Satzanzahl größer max Satzanzahl und durchlauferhitzer aus! Solange Satzbehälter nicht vorhanden und Durchlauferhitzer aus! Solange Wassertank leer oder entfernt ist und Durchlauferhitzer aus! Solange Brügruppe nicht eingesetzt ist! Solange Brühgruppe nicht in Grundposition! Motor Brühgruppe aus! Tastensperre ein! Textausgabe: Bitte Satzbehälter leeren! Solange Satzbehälter nicht wieder eingesetzt! Textausgabe: Satzbehälter wurde geleert! Satzanzahl wieder auf 0 setzten und in EEPROM speichern Zeit Textausgabe: Bitte Programm wählen! Textausgabe: Als leztes Zeichen im Display ein "D" ausgeben! Textausgabe: Als zweitleztes Zeichen im Display ein "P" ausgeben! Textausgabe: Bitte Satzbehälter einsetzen! Tastensperre aus! Textausgabe: Satzbehälter einsetzen! Textausgabe: Wassertank auffüllen! Textausgabe: Brühgruppe Einsetzen! Textausgabe: Bitte warten!!! Motor Brühgruppe nach rechts fahren! Temperatur erreicht und Heißwasserventil aus? Anweisung Temperatur erreicht und Heißwasserventil aus und Dampfmerker ein? Letztes Zeichen im Display löschen! Temperatur erreicht und Heißwasserventil aus und Pulvermerker ein? Zweitletztes Zeichen im Display löschen! aktuelle Temperatur größer oder gleich groß als die eingestellte Kaffeetemperatur? Bohnen vorhanden? Variable i = 1? (auswahl Kaffee groß) Kaffee_groß Variable i = 2? (auswahl Kaffee normal) Kaffee_normal Variable i = 3? (auswahl Espresso) Espresso Variable i = 4? (auswahl Pulver) Pulver Variable i = 5? (auswahl Dampf) Dampf Heißwasserventil ein? Heisswasser Heißwasserventil aus? Pumpe ausschalten! Variable i = 6? (auswahl Menü) Dampf Satzbehälter entfernt? Textausgabe: Bohnen füllen und neustarten! Christoph Heni Seite 46 von 66

47 3.3. Funktion "Kaffee groß" Programmbeschreibung Wird die Taste "Kaffee groß" vom Benutzer auf dem Bedienfeld gedrückt, wird die Variable "i" vom Keyboardinterrupt auf 1 gesetzt. Dadurch wird die Funktion "Kaffee groß" aufgerufen. Danach wird vom Programm überprüft, ob diese Taste innerhalb von 3 Sekunden ein zweites Mal gedrückt wurde. Ist dies der Fall, werden zwei große Kaffee vom Kaffeevollautomaten ausgegeben, ansonsten nur ein Kaffee. ach dieser Überprüfung wird die Tastensperre eingeschaltet. Die nächsten Schritte der Kaffeezubereitung werden durch die LED- Füllstandanzeige ausgegeben. Der nächste Schritt der Zubereitung besteht darin, dass Bohnen zu Pulver gemahlen werden. Ist jedoch die Funktion "Pulver" aktiviert, wird dieser Mahlvorgang übersprungen. Währenddessen wird ständig überprüft, ob schon genügend Pulver für die Kaffeezubereitung gemahlen wurde. Wird die ausreichende Pulvermenge nicht innerhalb von 10 Sekunden erreicht, bricht das Programm den Mahlvorgang ab und es erscheint im Display die Meldung "Bohnen füllen und neu starten!". Anschließend wird die Funktion Hauptprogramm aufgerufen. Ist jedoch genug Pulver vorhanden, wird der Dosierer zweimal kurz eingeschaltet, damit das Kaffeepulver in die Brühgruppe fallen kann. Daraufhin fährt die Brühgruppe in Brühposition. Erreicht die Brühgruppe diese Position, werden der Durchlauferhitzer und die Pumpe solange eingeschaltet, bis die eingestellte Wassermenge für einen großen Kaffee erreicht wurde. ach diesem Vorgang fährt die Brühgruppe wieder in Grundposition. Außerdem werden die Variablen der Satz- und Kaffeeanzahl inkrementiert und im EEPROM gespeichert. Anschließend erscheint die Meldung "Kaffee fertig!!!" im Display, die LED- Füllstandanzeige wird wieder gelöscht, die Tastensperre ausgeschaltet und die Funktion Hauptprogramm aufgerufen. Sollen zwei große Kaffe zubereitet werden, durchläuft das Programm die Schritte der Kaffeezubereitung zweimal. Christoph Heni Seite 47 von 66

48 Struktogramm Kaffee_gross Variable i = 1? (auswahl Kaffee groß) Textausgabe: 1 Kaffee groß Variable i = 0 Variable für Tassenanzahl = 1 Pulvermerker aus? für ca 3sec. lang Variable i = 1? Variable für Tassenanzahl = 2 Variable für Tassenanzahl = 2? Textausgabe: 2 Kaffee groß Break! Tastensperre ein! Pulvermerker ein? Tastensperre ein! Merker Bohnen = 0 1 Takt für Füllstandsanzeige ausgeben! Einmal bei einer Tasse und Zweimal bei zwei Tassen Bohnenmerker = 0 und Pulvermerker aus? Zeit Bedingung 1 Takt für Füllstandsanzeige ausgeben! Zählvariable xy auf 0 setzen! Mahlwerk einschalten! Warten bis Pulvermenge OK (xy = ) Zeit von 10 sec abgelaufen? Merker Bohnen = 1 Mahlwerk ausschalten! Reset für die LED Füllstandsanzeige ausgeben! Variable i = 0 Tastensperre aus! Break! Zählvariable xy inkrementieren! Bohnen vorhanden? (Merker Bohnen = 0?) 1 Takt für Füllstandsanzeige ausgeben! Mahlwerk ausschalten! Dosierer Einschalten! Zeit Dosierer ausschalten! ur 1 Tasse? 1 Takt für Füllstandsanzeige ausgeben! Zeit Dosierer Einschalten! Zeit Dosierer ausschalten! 1 Takt für Füllstandsanzeige ausgeben! Motor Brühgruppe nach links! Warten bis Brühgruppe in Brühposition! Motor Brühgruppe aus! Durchlauferhitzer ein! ur 1 Tasse? 1 Takt für Füllstandsanzeige ausgeben! Pumpe Einschalten! Solange (w = 0 w <= eingestellte wassermenge Kaffee groß w++) ca. 1sec warten! 1 Takt für Füllstandsanzeige ausgeben! Solange (w = 0 w <= eingestellte wassermenge Kaffee groß w++) ca. 1sec warten! Pumpe ausschalten! ur 1 Tasse? 1 Takt für Füllstandsanzeige ausgeben! Durchlauferhitzer asuschalten! Motor Brühgruppe rechts! Warten bis Brühgruppe in Grundposition! Motor Brühgruppe aus! 1 Takt für Füllstandsanzeige ausgeben! Satzanzahl inkrementieren! Kaffeeanzahl inkrementieren! Bohnen vorhanden? (Merker Bohnen = 0?) Textausgabe: Kaffee Fertig!!! Satzanzahl und Kaffeeanzahl in EEPROM speichern! Zeit Reset für die LED Füllstandsanzeige ausgeben! Variable i = 0 Variable für Tassenanzahl auf 1 setzen! Tastensperre aus! Christoph Heni Seite 48 von 66

49 3.4. Funktion "Kaffee normal" Programmbeschreibung Wird die Taste "Kaffee normal" vom Benutzer gedrückt, wird die Variable "i" vom Keyboardinterrupt auf 1 gesetzt. Dadurch wird die Funktion "Kaffee normal" aufgerufen. Danach wird vom Programm überprüft, ob diese Taste innerhalb von 3 Sekunden ein zweites Mal gedrückt wurde. Ist dies der Fall, werden zwei normale Kaffee vom Kaffeevollautomaten ausgegeben, ansonsten nur ein Kaffee. ach dieser Überprüfung wird die Tastensperre eingeschaltet. Die nächsten Schritte der Kaffeezubereitung werden durch die LED- Füllstandanzeige ausgegeben. Der nächste Schritt der Zubereitung besteht darin, dass Bohnen zu Pulver gemahlen werden. Ist jedoch die Funktion "Pulver" aktiviert, wird dieser Mahlvorgang übersprungen. Währenddessen wird ständig überprüft, ob schon genügend Pulver für die Kaffeezubereitung gemahlen wurde. Wird die ausreichende Pulvermenge nicht innerhalb von 10 Sekunden erreicht, bricht das Programm den Mahlvorgang ab und es erscheint im Display die Meldung "Bohnen füllen und neu starten!". Anschließend wird die Funktion Hauptprogramm aufgerufen. Ist jedoch genug Pulver vorhanden, wird der Dosierer zweimal kurz eingeschaltet, damit das Kaffeepulver in die Brühgruppe fallen kann. Daraufhin fährt die Brühgruppe in Brühposition. Erreicht die Brühgruppe diese Position, werden der Durchlauferhitzer und die Pumpe solange eingeschaltet, bis die eingestellte Wassermenge für einen normalen Kaffee erreicht wurde. ach diesem Vorgang fährt die Brühgruppe wieder in Grundposition. Außerdem werden die Variablen der Satz- und Kaffeeanzahl inkrementiert und im EEPROM gespeichert. Anschließend erscheint die Meldung "Kaffee fertig!!!" im Display, die LED- Füllstandanzeige wird wieder gelöscht, die Tastensperre ausgeschaltet und die Funktion Hauptprogramm aufgerufen. Sollen zwei große Kaffe zubereitet werden, durchläuft das Programm die Schritte der Kaffeezubereitung zweimal. Christoph Heni Seite 49 von 66