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Realisierung einer Internetplattform zur Bereitstellung von Nutzungsdaten einer Kaffeemaschine

Realisierung einer Internetplattform zur Bereitstellung von Nutzungsdaten einer Kaffeemaschine
Über dieses Buch
  • Art: Diplomarbeit
  • Autor: Götz von Arnim
  • Abgabedatum: Januar 2001
  • Umfang: 143 Seiten
  • Dateigröße: 13,0 MB
  • Note: 1,3
  • Institution / Hochschule: Technische Universität Berlin Deutschland
  • ISBN (eBook): 978-3-8324-4347-4
  • ISBN (Paperback) :
    978-3-8324-4347-4 P
  • ISBN (CD) :978-3-8324-4347-4 CD
  • Sprache: Deutsch
  • Prämierung:
  • Arbeit zitieren: von Arnim, Götz Januar 2001: Realisierung einer Internetplattform zur Bereitstellung von Nutzungsdaten einer Kaffeemaschine, Hamburg: Diplomica Verlag
  • Schlagworte: Fernsteuerung, Inernet Kaffeemaschinen Prototyp, Life Cycle Unit, Nutzungsdaten, Prozeßsteuerung

Diplomarbeit von Götz von Arnim

Einleitung:

Über das Internet können Informationen und Dienste bereitgestellt werden. Der Ort und der Zeitpunkt der Entscheidung, die Informationen und Dienste zu nutzen, kann dadurch getrennt werden. Diese Trennung eröffnet dem Internetnutzer neue Möglichkeiten. Dabei scheinen dem Internetbenutzer die Grenzen des Machbaren, die das Internet anbietet, unendlich zu sein. Die Fernsteuerung von Fabrikanlagen, Autos, Schiffen oder sogar der einfachen Kaffeemaschine über das Internet werden bereits als alltägliche Selbstverständlichkeit des Machbaren angesehen. Greift man aus dieser Menge das einfache Beispiel der Kaffeemaschine heraus und stellt die Fragen, was unter dem Begriff Internet-Kaffeemaschine assoziiert wird und was eine Internet-Kaffeemaschine von einer herkömmlichen Haushaltskaffeemaschine unterscheiden würde oder gibt es durch den Einsatz eines Embedded Web Systems eine Produktverbesserung und welche Merkmale würden eine Internet-Kaffeemaschine auszeichnen, erhält man unterschiedliche Antworten. Wenn es bereits eine Internet-Kaffeemaschine auf der Basis einer einfachen Haushaltskaffee-maschine geben würde, so müßte diese auch im World-Wide-Web bzw. im Internet als www-Adresse verzeichnet und öffentlich zugänglich sein. Unter dieser Adresse könnten sicherlich auch Informationen aufgelistet sein, die die obigen Fragen beantworten würden. Eine intensive Recherche im Internet hat unter dem Stichwort „Internet-Kaffeemaschine“ keine konkreten Produkte oder Maschinen ausfindig machen können. Die Recherche-Ergebnisse lassen sich in zwei Gruppen aufteilen:

1. Theoretische Abhandlungen über die Entwicklung des Internets.

2. Praktische Beispiele der Fernsteuerung einfacher Geräte.

In den theoretischen Abhandlungen zu den Möglichkeiten und Entwicklungen, die sich durch das Internet eröffnen, dient stets als einfaches Beispiel die Kaffeemaschine, die über das Internet gesteuert werden kann. Die Internet-Kaffeemaschine stellt symbolisch die kommenden technischen Veränderungen in unserem Alltag dar. Sie ist zu einem Synonym geworden, welchen Einfluß die Internettechnologie bereits auf unser heutiges Leben hat. Praktische Beispiele der Internettechnologie versuchen die Dimensionen der Möglichkeiten des Internets praktisch zu veranschaulichen. Zu diesen realisierten Möglichkeiten zählt die bekannteste Internetseite der Welt: die Kaffeemaschine von Cambridge (http://www.cl.cam.ac.uk/coffee/coffee.html). Auf eine in der Kaffeeküche stehenden Kaffeemaschine ist eine Internetkamera fixiert, die rund um die Uhr den Füllstand der Kaffeekanne über das Internet weltweit zur Verfügung stellt. Jeder, der diese Internetseite anspricht, erhält ein aktuelles Bild über die Kaffeekanne auf seinem Internet Browser.

Es kann der Eindruck entstehen, die Internet-Kaffeemaschine sei bereits ein reales Alltagsprodukt, trotzdem kann bei intensiver Recherche ein ähnliches Produkt auf dem Markt nicht ausfindig gemacht werden. Wie eine Steuerung eines einfachen Gerätes mit der Internettechnologie möglich und was unter einer Internet-Kaffeemaschine im Detail zu verstehen ist, wird nicht erläutert. Es fehlt an praktischen Bespielen, wie eine Haushaltskaffeemaschine mit der Internettechnologie verknüpft und entsprechend über das Internet gesteuert wird. Das dies möglich sei, wird nicht bezweifelt. Mit welchem Aufwand und in welcher Größenordnung eine Internet-Kaffeemaschine zu entwickeln sei, sowie die Eigenschaften und Funktionen die eine Haushaltskaffeemaschine von einer Internet-Kaffeemaschine unterscheidet, wird nicht belegt.

Diese Arbeit soll untersuchen wie ein Internet-Kaffeemaschinen-Prototyp realisert werden kann. Für die Realisierung des Prototypen sollen heute verfügbare, einfache und preiswerte elektronische Komponenten und Software eingesetzt werden. Aufbauend auf eine Ist-Analyse einer Haushaltskaffeemaschine wird in einem Sollkonzept ein Funktionskatalog für eine Internet-Kaffeemaschine aufgestellt. Die Ist-Analyse und der Soll-Funktionskatalog dienen dann als Grundlage für die zu realisierenden Hardware- und Softwarekomponenten. Abschließend werden Nutzung und erste Erfahrungen mit dem gebauten Internet-Kaffeemaschinen-Prototypen ausgewertet, sowie die technischen Grenzen und noch offenen Möglichkeiten aufgezeigt.

Inhaltsverzeichnis:

Verwendete Abkürzungen und Kurzzeichen 7
1. Einleitung 8
2. Die Ist-Analyse einer Haushaltskaffeemaschine 10
2.1 Die Handhabungsanalyse einer Haushaltskaffeemaschine 10
2.2 Die Funktionsanalyse einer Haushaltskaffeemaschine 15
3. Der Soll-Funktionskatalog einer Internet-Kaffeemaschine 21
3.1 Die Hardwarefunktionen 21
3.2 Die Internetfunktionen 22
3.2.1 Funktion Kaffeebestellung über das Internet 23
3.2.2 Funktion Einstellung der Hardware- und Software-Parameter mit Paßwortschutz 25
3.2.3 Funktion Email für Nachrichten und sonstige Meldungen 27
3.2.4 Funktion statistische Auswertungen und Hinweise 28
3.2.5 Funktion Online Hilfe, Dokumentation und elektronisches Typenschild für Servicemeldungen 29
3.2.6 Funktion Links zum Thema Kaffee und Kaffeegeschäften 30
3.2.7 Funktion Statusanzeige der Internet-Kaffeemaschine 31
3.3 Die Anpassung des Funktionskataloges durch die Auswahl des Mikroprozessors IPC@Chip SC12 33
4. Die Funktionsbeschreibung der Hardware 38
4.1 Die Bedingungen der Sensor- und Aktorschaltungen 39
4.2 Die Startzustände 39
4.2.1 Der Füllzustand des Wassertanks 40
4.2.2 Der Füllzustand des Filterträgers 42
4.3 Die Endzustände 49
4.3.1 Der Füllzustand der Kaffeekanne 49
4.3.2 Die Temperatur des Filterkaffees 52
4.4 Die Bedienung der Internet-Kaffeemaschine vor Ort 54
4.5 Die Verkettung der einzelnen Schaltungen für den Musterbau 56
5. Die Funktionsbeschreibung der Software 58
5.1 Die Vorraussetzungen für die Programmierung 58
5.2 Das Softwarekonzept 62
5.3 Angewandte Methoden zur Programmstrukturierung 64
5.4 Das Hauptprogramm 66
5.4.1 Die Prozeßsteuerung 66
5.4.2 Die Systemzeit setzen 72
5.4.3 Die Dokumentation der Nutzungsdaten 74
5.5 Die Internetapplikation 76
5.5.1 Die Hauptseite 77
5.5.2 Die Meldungen und Anweisungen 79
5.5.3 Die graphische Darstellung der Zustandsänderungen 81
5.6 Die Fernsteuerung der Internet-Kaffeemaschine 82
6. Die Auswertung des Musterbaus mit der intergierten Software 87
6.1 Die Auswertung und Handhabung des Musterbaus 87
6.2 Die Auswertung der Softwarekomponenten 89
6.3 Die Auswertung der Internet-Kaffeemaschine 91
7. Zusammenfassung 93
8. Anhang A: Platinenlayouts 94
8.1 Anhang A: Schaltplan der Hauptplatine 94
8.2 Anhang A: Layout der Hauptplatine 95
8.3 Anhang A: Schaltplan des Ultraschallsenders 96
8.4 Anhang A: Layout des Ultraschallsenders 96
8.5 Anhang A: Schaltplan des Ultraschallempfängers und der Feuchtigkeitselektroden 97
8.6 Anhang A: Schaltplan des Ultraschallempfängers und der Feuchtigkeitselektroden 97
9. Anhang B: Die Original C Source Codes 98
9.1 Anhang B: Original C Source Code des Hauptprogrammes 98
9.2 Ahang B: Original C Source Code der Internetapplikation 107
10. Anhang C: Datenblätter 116
10.1 Anhang C: IPC@Chip SC12 Datenblatt 116
10.2 Anhang C: DK40 Entwicklungsboard Datenblatt 120
10.3 Anhang C: Schaltplan des DK40 Entwicklungsboard 123
10.4 Anhang C: Datenblatt des IC-NE5532 124
10.5 Anhang C: Datenblatt des IC-TL072P 127
10.6 Anhang C: Datenblatt des IC-LM324N 131
10.7 Anhang C: Datenblatt des IC-4027 135
11. Verzeichnisse 140
11.1 Abbildungsverzeichnis 140
11.2 Literaturverzeichnis 142
11.3 Internetverzeichnis 143

Automatisiert erstellter Textauszug:

Nachteilig und noch nicht behoben bleiben die bereits oben erörterten Schwierigkeiten der Toleranz und der Ausrichtung der Sensoren. Die Fotowiderstände (LDR) werden durch eine Federkonstruktion direkt auf die Kaffeekanne gedrückt. Ist schwarzer Filterkaffee auf der Höhe der Fotowiderstände, so ist wegen des mangelnden Lichtes der Widerstand der LDR am höchsten, folglich ist die Spannung am niedrigsten. Ist der Filterkaffee nicht vollständig schwarz sondern leicht bräunlich, so muß die gesamte Fläche des Fotowiderstandes vom Schatten des Filterkaffees abgedeckt sein. Bei vollständig schwarzem Filterkaffee reicht eine 80% Abdeckung der Fläche, damit die Spannung gegen Null geht. Die Füllstände weichen daher um 20% ab. Des weiteren ist das Verhalten der Fotowiderstände auch von der Umgebungstemperatur stark abhängig, die die Einstellung des Schwellwertes über die Potentiometer P1 erschwert. Die Kaffeetemperatur von frisch gebrühtem Filterkaffee liegt bei ca. 92°C und der Spannungswert zum Schalten fällt nicht unter ca. 1,67V. Ist die Internet-Kaffeemaschine in der Warmhaltephase, so liegt die durchschnittliche Temperatur des Filterkaffees um 82,5°C und die entsprechende Schaltspannung für die LDR sinkt auf 0,78V. Liegt die Schaltspannung höher als 1V und ist die Kaffeetemperatur niedriger als 80°C, so kann das streuende Umgebungslicht die Fotowiderstände stark beeinflussen. So reicht die Schaltspannung von 0,8V bei sonnigen Tagen vollkommen aus. Bei einem verregnetem dunklem Tag muß die Schaltspannung teilweise bis auf 1,8V heraufgesetzt werden. Wenn es dunkel und Nacht wird, sowie keine künstliche Lichtquelle in der Nähe der Internet-Kaffeemaschine eingeschaltet ist, erkennt die Füllstandsschaltung für die Kaffeekanne das dunkele Umgebungslicht als schwarzen Filterkaffee an. (Siehe hierzu Abbildung 4.15 Federkonstruktion der Fotowiderstände.) [...]

daher keine genauen Füllstände erfaßt, sondern nur ungefähre Füllstände. Durch Mikrobohrungen im Glas der Kaffeekanne gesteckte Feuchtigskeitselektroden könnten die Bohrabstände auf ein genaues Strichmaß skaliert werden. Doch hätte dieser Ansatz als Ergebnis wiederum die Anfertigung von Spezialkaffeekannen. Eine weitere Herausforderung ist es, die Signale von der mobilen Kaffeekanne an die stationäre Internet-Kaffeemaschine weiterzuleiten. Entweder sind die Sensoren an der Kaffeekanne fixiert und skaliert oder die Internet-Kaffeemaschine trägt die Sensoren und richtet diese jedesmal neu auf die in die Maschine zurückgestellten Kaffeekanne aus. Beide Lösungsansätze haben ihre Vor- und Nachteile. Ist die Kaffeekanne Träger der Sensoren, so können die Toleranzen durch eine genaue Fixierung minimiert werden. Über Kontakte an der Kaffeekanne und an der Internet-Kaffeemaschine könnten die Signale weitergeleitet werden. Diese Kontakte können nur als offene Kontakte konzipiert werden, die wiederum sehr schmutzanfällig sind. Ist die Internet-Kaffeemaschine Träger der Sensoren, könnte durch eine Zwangsführung, wie z. B. eine ausgeprägte Mulde in der Heizplatte, die Positionierung der Kaffeekanne bestimmt werden. Dennoch wäre diese Art der Ausrichtung nicht toleranzfrei. [...]

4.3.1 Der Füllzustand der Kaffeekanne Die Messung des Füllstandes der Kaffeekanne gleicht die des Wassertanks (siehe oben), nur mit einer Einschränkung: die Kaffeekanne muß weiterhin aus der Internet-Kaffeemaschine entnommen werden können. Es wäre möglich, in die Kaffeekanne einen Schwimmer anzubringen, der in einem offenem Röhrchen geführt entweder einen mechanischen, induktiven oder kapazitiven Schalter betätigt. Doch wäre der konstruktive Aufwand die Kaffeekanne mit der entsprechenden Mimik auszurüsten viel zu aufwendig und kostspielig in der Produktion. Die Austauschbarkeit einer defekten, zersprungenen oder zerbrochenen Kaffeekanne mit einer neuen beliebigen Standardkaffeekanne wäre wegen dieser entwickelten Spezialkaffeekanne nicht mehr möglich. Dies würde den Kaufanreiz einer Internet-Kaffeemaschine mindern. Die Flächen einer Induktionsspule und die eines Kapazitivensensors können relativ klein gehalten werden. Bezogen auf ein Strichmaß beinhalten die Flächen eine Toleranz. Es werden [...]

Arbeit zitieren:
von Arnim, Götz Januar 2001: Realisierung einer Internetplattform zur Bereitstellung von Nutzungsdaten einer Kaffeemaschine, Hamburg: Diplomica Verlag

Schlagworte:
Fernsteuerung, Inernet Kaffeemaschinen Prototyp, Life Cycle Unit, Nutzungsdaten, Prozeßsteuerung

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