Dokumentation Kaffeevollautomat - Technikerarbeit 2006/2007 Christoph Heni
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Dokumentation
Kaffeevollautomat
Christoph Heni
Mi-Dießle-Str.23
78567 Fridingen
Technikerarbeit Zeppelin-Gewerbeschule
2006/2007 Konstanz
Pestalozzistraße 2
78467 Konstanz
Betreuende Lehrer:
Herr Sperling, Herr Groß
Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
Inhaltsverzeichnis:
1. Allgemein..........................................................................................4
1.1. Eidesstattliche Erklärung........................................................................ 4
1.2. Projektidee ............................................................................................. 5
1.3. Projektentstehung .................................................................................. 5
1.4. Lebenslauf des Kaffeevollautomaten ..................................................... 6
1.5. Teile des Kaffeevollautomaten ............................................................... 9
1.6. Bedienungsanleitung............................................................................ 11
1.7. Allgemeine Fragen zum Kaffeevollautomaten ..................................... 12
1.8. Technische Daten ................................................................................ 13
1.9. Entkalken des Kaffeevollautomaten..................................................... 14
1.10. Mögliche Fehler.................................................................................. 15
2. Hardware......................................................................................... 16
2.1. Blockschaltbild...................................................................................... 16
2.2. Portbelegungsplan des LPC935 .......................................................... 17
2.3. Wasserkreislauf des Kaffeevollautomaten ........................................... 18
2.4. Aufbau .................................................................................................. 19
2.5. Schaltplan............................................................................................. 20
2.6. Strom / Spannungsversorgung ............................................................ 21
2.7. Leistungsteile der Hauptplatine ............................................................ 22
2.8. Lastansteuerung................................................................................... 23
2.8.1. Allgemein................................................................................................. 23
2.8.2. Schaltung für den Dosierer, Durchlauferhitzer und die Pumpe............... 24
2.8.3. Schaltung für das Mahlwerk ................................................................... 25
2.8.4. Schaltung zur Ansteuerung des Motors der Brühgruppe......................... 26
2.9. Decoder................................................................................................ 31
2.9.1. "3 zu 8" Decoder..................................................................................... 31
2.9.2. "8 zu 3" Decoder..................................................................................... 32
2.10. LED-Füllstandsanzeige ...................................................................... 33
2.11. Platinen .............................................................................................. 35
2.11.1. Layout der Hauptplatine ....................................................................... 35
2.11.2. Bilder der Hauptplatine ......................................................................... 37
2.11.3. Layout der Bedienfeldplatine ................................................................ 38
2.11.4. Bilder der Bedienfeldplatine.................................................................. 40
2.12. Bauteilliste .......................................................................................... 41
Christoph Heni Seite 2 von 66
Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
3. Software.......................................................................................... 43
3.1. Allgemeines.......................................................................................... 43
3.2. Hauptprogramm ................................................................................... 44
3.2.1. Programmbeschreibung .......................................................................... 44
3.2.2. Struktogramm .......................................................................................... 46
3.3. Funktion "Kaffee groß" ......................................................................... 47
3.3.1. Programmbeschreibung .......................................................................... 47
3.3.2. Struktogramm .......................................................................................... 48
3.4. Funktion "Kaffee normal"...................................................................... 49
3.4.1. Programmbeschreibung .......................................................................... 49
3.4.2. Struktogramm .......................................................................................... 50
3.5. Funktion "Espresso" ............................................................................. 51
3.5.1. Programmbeschreibung .......................................................................... 51
3.5.2. Struktogramm .......................................................................................... 52
3.6. Funktion "Dampf" .................................................................................. 53
3.6.1. Programmbeschreibung .......................................................................... 53
3.6.2. Struktogramm .......................................................................................... 53
3.7. Funktion "Pulver"................................................................................... 54
3.7.1. Programmbeschreibung .......................................................................... 54
3.7.2. Struktogramm .......................................................................................... 54
3.8. Funktion "Heißwasser/Dampf" .............................................................. 55
3.8.1. Programmbeschreibung .......................................................................... 55
3.6.2. Struktogramm .......................................................................................... 55
3.9. Funktion "Menü" .................................................................................... 56
3.9.1. Programmbeschreibung .......................................................................... 56
3.9.2. Struktogramm .......................................................................................... 57
3.10. Funktion "Keyboard-Interrupt" ............................................................. 59
3.10.1. Programmbeschreibung ........................................................................ 59
3.10.2. Struktogramm ........................................................................................ 59
3.11. Programmablauf in Bildern.................................................................. 60
3.11.1. Rutineüberprüfung /Kaffeeauswahl ....................................................... 60
3.11.2. Heißwasser/Dampf ................................................................................ 61
3.11.3. Menü ..................................................................................................... 62
4. Zeitlicher Verlauf meiner Technikerarbeit ..................................... 63
5. Glossar............................................................................................. 64
6. Verzeichnisse .................................................................................. 65
6.1. Bilderverzeichnis ................................................................................... 65
6.2. Tabellenverzeichnis............................................................................... 66
6.3. Schaltplanverzeichnis............................................................................ 66
7. Quellen............................................................................................. 66
Christoph Heni Seite 3 von 66
Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
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 16.04.2007 ........................................
Christoph Heni
Christoph Heni Seite 4 von 66
Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07 1.2. Projektidee Nun 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. Nachdem 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 Nachfolgemodells. Die Hardwarekomponenten der defekten Saeco- Maschine konnte ich alle übernehmen. Christoph Heni Seite 5 von 66
Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
1.4. Lebenslauf des Kaffeevollautomaten
1. Zuerst testete ich, ob die
Hardwarekomponenten (Dosierer, Durch-
lauferhitzter, Pumpe, Mahlwerk und
Brühgruppenmotor) funktionsfähig sind.
Um dies herauszufinden, erstellte ich eine
Treiberplatine, welche ich an das Keil-
Mikrokontroller- Entwicklungsboard an-
schließen 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 Strom-
versorgung aus einem Labornetzteil.
Bild 3
Christoph Heni Seite 6 von 66
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. Nachdem ich das Netzteil
im Gehäuse montiert hatte, schloss ich dessen 230V~
Stromversorgung an.
Bild 4
5. Nun 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. Jetzt musste ich nur noch die
Tastenmatte einlegen und die Platine festschrauben.
Bild 6 Bild 7
Christoph Heni Seite 7 von 66
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 Anschluss-
klemmsystemen. 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
Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
10. Zu diesem Zeitpunkt befestigte ich die
komplett angeschlossene Frontblende,
welche das gesamte Bedienfeld darstellt, mit
zwei Schrauben am Saeco- Gehäuse.
Bild 11
11. 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 Satz-
behälter ein.
Bild 12
Christoph Heni Seite 9 von 66
Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
1.5. Teile des Kaffeevollautomaten
LED-Füllstandanzeige
Bohnenbehälter
Wassertank
Wärmeplatte
Pulverschacht
Drehschalter LCD-Display
Heißwasserventil
Bedienfeld
Servicetüre
Heißwasserhahn
Auffangschale Kaffeeausgabe Satzschale
Bild 13
Christoph Heni Seite 10 von 66Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
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.
6
5
4
3
2
1
7 Befinden Sie sich im Menü des Kaffeevoll-
automaten können Sie über die Tasten 1 und 2
( und ) das Menü nach oben oder unten
endlos durchscrollen.
- Wollen sie ein Menüpunkt auswählen, können
sie dies mit der Taste 6 (MENÜ).
- 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).
Bild 14
Christoph Heni Seite 11 von 66Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07 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. Nachdem 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
Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
1.8. Technische Daten
Anschlusswerte/Leistungsaufnahme: 230V ~, 50 Hz, 1.250 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: Ca. 13 kg
Wassertankvolumen: Ca. 2,4 Liter
Aufheizzeit bis zum Auswahlmenü: Ca. 35 Sekunden bei Inbetriebnahme
Mahlzeit: Ca. 4-6 Sekunden
Kaffeeauslauftemperatur: Standardmäßig 70°C, jedoch
veränderbar.
Zeit für Espressozubereitung: Ca. 25 Sekunden
Zeit für Kaffeezubereitung: Ca. 30-50 Sekunden
Durchlauferhitzer: 1090 W – für die Zubereitung von
Kaffee und Heißwasser
Tabelle 1
Christoph Heni Seite 13 von 66Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
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. Nun 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 66Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
1.10. Mögliche Fehler
Fehler Mögliche Ursache Behebung
Display Keine Spannung auf dem Netzstecker einstecken.
Hintergrundbeleuchtung Gerät. Servicetüre schließen.
und Text fehlen.
Es tritt anstelle des Kaffees Pulver ausgewählt und Nach Aufforderungen einen
nur Wasser aus. Displayanweisung nicht gestrichenen Messlöffel
beachtet. 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, Das Gerät ist verkalkt. Siehe oben!
die Aufheizzeit wird länger
und die Wasserdurch-
laufmenge stimmt nicht
mehr.
Brühgruppe kann nicht Brühposition stimmt nicht Brühgruppe in Position N
eingesetzt werden. bringen (Pfeil auf
Brühgruppe) und ins Gerät
einsetzen
Aufheizzeit länger als 45 Durchlauferhitzer defekt Durchlauferhitzer
Sekunden. durchmessen (ca. 50 Ohm)
LED auf der
Leistungsplatine leuchtet!
Ansteuerung o.k.
Brühgruppe/Satzgruppe Stecker auf der Gehäuse zerlegen, siehe
fehlt und wird weder Steuerplatine hat sich „Zerlegen des
erkannt noch angezeigt! gelöst Kaffeeautomaten“ und
Stecker aufstecken.
Wassermangel wird nicht Stecker auf der Gehäuse zerlegen, siehe
mehr erkannt. Steuerplatine hat sich „Zerlegen des
gelöst. Kaffeeautomaten“ und
Stecker aufstecken.
Es kommt kein Kaffee Magnetschalter im Magnetschalter säubern,
(Wasser) Pumpe hört sich Wassertank ist verklemmt. Kaffeeautomat entlüften.
anders an.
Tabelle 2
Christoph Heni Seite 15 von 66Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
2. Hardware
2.1. Blockschaltbild
2x 16 Zeichen LCD-Display
Wassertank P1.1 P2.0
P2.1
LED-Füllstandsanzeige
Satzschale P0.4
P2.2
P2.4
P1.0
Pulvermenge P2.5
Mahlwerk
P2.6
Brühgruppe P0.2
P2.7
P1.4
Dosierer P3.0
74HC164
74HC138
P3.1
Pumpe
Phillips LPC 935
P1.6
P1.2
DS1621
P1.3
Brühgruppe zurück
L298N
Brühgruppe
P0.7 Grundposition
Brühgruppe vor P1.7
Brühgruppe
P0.6
Brühposition
Durchlauferhitzer P0.5
P1.5 HW-Ventil
Menü P0.0
VCC 3,3V FSR (LF33CV)
Dampf
5V FSR (78S05)
74HC148
Pulver
P0.1
GND Netzteil 24V
Tasse klein
Tasse mittel Service-Türe
Tasse groß P0.3 Netzschalter
Christoph Heni Seite 16 von 66Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
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 N.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 66Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
2.3. Wasserkreislauf des Kaffeevollautomaten
Einheit Funktion
Wassertank Dient zur Wasserversorgung.
Schwimmer Gibt die Füllmenge an.
Filter Reinigt das Wasser.
Pumpe Pumpt das Wasser mit ca14bar durch den Kreislauf.
Überdruckventil Schützt die Pumpe vor Überdruck.
Auffangschale Fängt Tropfwasser oder das Wasser bei Überdruck auf.
Durchlauferhitzer Heizt das Wasser während des Durchlaufens auf.
Absperrventil Unterbricht den Wasserkreislauf.
Düse Dient zur Heißwasser/Dampf Ausgabe.
Brühgruppe Hier wird das Kaffeepulver vom Heißwasser durchflossen.
Tasse Dient dazu den Kaffee auch genießen zu können. ☺
Tabelle 4
Christoph Heni Seite 18 von 66Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07 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
Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
2.5. Schaltplan
Schaltplan 1
Christoph Heni Seite 20 von 66Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
2.6. Strom / Spannungsversorgung
Der Kaffeeautomat verfügt über einen 230V / 50Hz Netzanschluss. Das Netzkabel
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 Netzteil, welches für die 24V Stromversorgung meiner Hauptplatine zuständig
ist, habe ich gekauft. Es handelt sich bei diesem Netzteil um ein 24V Schaltnetzteil
(Bild 13), mit folgenden technischen Daten:
Eingangsspannung: 85-264 VAC
Eingangsspannung: 120-370 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 66Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
2.7. Leistungsteile der Hauptplatine
Der Leistungsteil der Hauptplatine ist in drei Bereiche unterteilt.
Dieser besteht aus:
Bild 16
1. 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 66Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
2.8. Lastansteuerung
2.8.1. Allgemein
Nun 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 66Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
2.8.2. 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 66Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
2.8.3. 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 Brücken-
gleichrichter 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)
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2.8.4. 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 L298N, 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
L298N.
Tabelle 5
Schaltplan 5 (Auszug aus dem Datenblatt des L298N)
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 66Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
Motor Brühgruppe
µC
Schaltplan 6 (Motorsteuerung der Brühgruppe)
Der L298N 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 66Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
2.8.5. 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 66Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
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)
Nachdem 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. Nach längerer Fehlersuche
stellte ich schließlich fest, dass der Pin 1 meines LCD-Displays nicht mit GND
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.
Nach 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 66Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
2.8.6. 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 +12 5°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 66Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
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. Nach 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.
2.9.1. "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 E1 und E2 immer auf
Low und den Eingang E3 immer auf High lassen, so dass der Baustein immer aktiv ist
und ich nur die drei Port-Pins zur Ansteuerung von A0 bis A2 benötigte.
Wie ich A0 bis A2 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 66Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
2.9.2. "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
A0 bis A2 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 66Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
2.10. LED-Füllstandsanzeige
Mein Kaffeevollautomat sollte, wie beim
Original Saeco Magic de luxe, eine LED-
Füllstandsanzeige 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
Bild 21
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 22
Bild 23 (Bedienfeldplatine aus der 3D-Ansicht von Target 3001)
Christoph Heni Seite 33 von 66Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
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 66Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
2.11. Platinen
2.11.1. Layout der Hauptplatine
Bild 24 (Bestückungsseite)
Bild 25 (Layout Vor- und Rückseite)
Christoph Heni Seite 35 von 66Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
Bild 26 (Layout Vorderseite)
Bild 27 (Layout Rückseite)
Christoph Heni Seite 36 von 66Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
2.11.2. Bilder der Hauptplatine
Bild 28 (Hauptplatine Frontansicht)
Bild 29 (Hauptplatine Rückansicht)
Christoph Heni Seite 37 von 66Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
2.11.3. Layout der Bedienfeldplatine
Bild 30(Bestückungsseite)
Bild 31 (Layout Vor- und Rückseite)
Christoph Heni Seite 38 von 66Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
Bild 32 (Layout Vorderseite)
Bild 33 (Layout Rückseite)
Christoph Heni Seite 39 von 66Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
2.11.4. Bilder der Bedienfeldplatine
Bild 34 (Bedienfeldplatine Rückansicht)
Bild 35 (Bedienfeldplatine von vorne eingebaut)
Christoph Heni Seite 40 von 66Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
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€ 0,33€
1 74HC 138 3 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 220-03 Wannenstecker Reichelt 0,27€ 0,27€
15 AKL 220-02 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€ 2,75€
5 1N 4002 Diode Reichelt 0,02€ 0,10€
6 SMD 1/4W 330 SMD- Chipwiderstand Reichelt 0,10€ 0,60€
4 LED 1206K GN 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 TAN.0,33/35 SMD Kondensator 0,33µF Reichelt 0,31€ 0,62€
2 SMD TAN.0,1/35 SMD Kondensator 0,1µF Reichelt 0,31€ 0,62€
2 SMD TAN.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€ 0,31€
1 176141 - 62 DS1621 Temperatursensor Conrad 5,22€ 5,22€
2 METALL 5,6K Widerstand 5,6KΩ Reichelt 0,08€ 0,16€
1 MKS-4 100N Folienkondensator 100N Reichelt 0,07€ 0,07€
Gesamt: 5,76€
Christoph Heni Seite 41 von 66Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
Teile für die Bedienfeldplatine
Stück Artikelnummer Bezeichnung Lieferant Einzelpreis Gesamtpreis
1 BEL 160x100-2 Photoplatine zweiseitig Reichelt 2,15€ 2,15€
1 74HC 148 8 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 SNTMW-DR45-24 24V Schaltnetzteil Reichelt 23,40€ 23,40€
1 FRONTBLENDE Frontblende Silber Saeco 17,95€ 17,95€
1 TASTENFELD Tastenfeld Schwarz Saeco 5,00€ 5,00€
1 TC 1602A-08 LCD-Display blau Polling 7,95€ 7,95€
1 AKL 249-03 Anschlussklemmsystem Reichelt 0,54€ 0,54€
15 AKL 249-02 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 66Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
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
Jedoch erscheint das Programm unstrukturiert recht unübersichtlich.
Für eine übersichtliche Darstellung habe ich es deshalb in meiner Dokumentation
leicht strukturiert.
Christoph Heni Seite 43 von 66Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
3.2. Hauptprogramm
3.2.1. 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 Null
gesetzt und im EEPROM gespeichert sowie die Tastensperre wieder aufgehoben.
Christoph Heni Seite 44 von 66Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07 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 Kaffee- vollautomaten 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
Dokumentation Kaffeevollautomat Technikerarbeit 2006/07
3.2.2. 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!
Merker nicht gleich 1?
J N
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!
Aktuelle Temperatur kleiner als die eingestellte
Kaffeetemperatur
J N
Textausgabe: Bitte warten!!! und aktuelle ;
Temperautur
Temperatursensor DS1621 Initialisieren!
Temperaturwert lesen (MSB,LSB)!
Textausgabe: Temperaturwert
Temperatur kleiner als die eingestellter Kaffeetemperatur?
J N
Durchlauferhitzer ein! ;
Temperatur 1°C großer als die eingestellte
Kaffeetemperatur?
J N
Durchlauferhitzer aus! ;
Wenn Satzanzahl größer max Satzanzahl und durchlauferhitzer aus!
Tastensperre ein!
Textausgabe: Bitte Satzbehälter leeren!
Satzbehälter entfernt?
J N
Solange Satzbehälter nicht wieder eingesetzt! ;
Textausgabe: Bitte Satzbehälter einsetzen!
Textausgabe: Satzbehälter wurde geleert!
Satzanzahl wieder auf 0 setzten und in EEPROM speichern
Zeit
Tastensperre aus!
Solange Satzbehälter nicht vorhanden und Durchlauferhitzer aus!
Textausgabe: Satzbehälter einsetzen!
Solange Wassertank leer oder entfernt ist und Durchlauferhitzer aus!
Textausgabe: Wassertank auffüllen!
Solange Brügruppe nicht eingesetzt ist!
Textausgabe: Brühgruppe Einsetzen!
Solange Brühgruppe nicht in Grundposition!
Textausgabe: Bitte warten!!!
Motor Brühgruppe nach rechts fahren!
Motor Brühgruppe aus!
aktuelle Temperatur größer oder gleich groß als die eingestellte
Kaffeetemperatur?
J N
Bohnen vorhanden? ;
J N
Temperatur erreicht und Heißwasserventil Textausgabe: Bohnen
aus? füllen und neustarten!
J N
Textausgabe: Bitte Programm Anweisung
wählen!
Temperatur erreicht und Heißwasserventil aus
und Dampfmerker ein?
J N
Textausgabe: Als leztes Zeichen Letztes Zeichen im Display
im Display ein "D" ausgeben! löschen!
Temperatur erreicht und Heißwasserventil aus
und Pulvermerker ein?
J N
Textausgabe: Als zweitleztes Zweitletztes Zeichen im Display
Zeichen im Display ein "P" löschen!
ausgeben!
Variable i = 1? (auswahl Kaffee groß)
J N
Kaffee_groß ;
Variable i = 2? (auswahl Kaffee normal)
J N
Kaffee_normal ;
Variable i = 3? (auswahl Espresso)
J N
Espresso ;
Variable i = 4? (auswahl Pulver)
J N
Pulver ;
Variable i = 5? (auswahl Dampf)
J N
Dampf ;
Heißwasserventil ein?
J N
Heisswasser ;
Heißwasserventil aus?
J N
Pumpe ausschalten! ;
Variable i = 6? (auswahl Menü)
J N
Dampf ;
Christoph Heni Seite 46 von 66Sie können auch lesen
