ID 4347
von Arnim, Götz: Realisierung einer Internetplattform zur Bereitstellung von Nutzungsdaten
einer Kaffeemaschine / Götz von Arnim -
Hamburg: Diplomica GmbH, 2001
Zugl.: Berlin, Technische Universität, Diplom, 2001
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Diplomica GmbH
http://www.diplom.de, Hamburg 2001
Printed in Germany
Inhaltsangabe
4
Götz von Arnim
TU-Berlin
Inhaltsangabe
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
Inhaltsangabe
5
Götz von Arnim
TU-Berlin
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
Inhaltsangabe
6
Götz von Arnim
TU-Berlin
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
Anhang 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
Verwendete Abkürzungen und Kurzzeichen
7
Götz von Arnim
TU-Berlin
API
BIOS
Application Programming Interface
Basic Input/Output System
CGI
COM
E/A
GUI
Common Gateway Interface
Component Object Model
Ein-/Ausgang
Graphical User Interface
HTML
HW
I/O
IC
Hypertext Markup Language
Hardware
Input/Output bzw. Ein-/Ausgang
Intigrated Circuit
IP
JAR
JPG
JVM
Internet Protocol
Java Archive
JPEG, Joint Photographic Experts Group
Java virtuelle Maschine
PC
PNG
PPP
RAM
Personal Computer
Portable Network Graphics
Point to Point Protocol
Random Access Memory
ROM
RTOS
SW
TAE
Read Only Memory
Real Time Operating System
Software
Telekommunikationsanschlußeinheit
TCP
Web
WWW
Transmission Control Protocol
entspricht dem Begriff WWW
Word Wide Web
Verwendete Abkürzungen und Kurzzeichen
1
Einleitung
8
Götz von Arnim
TU-Berlin
1 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 Kaffeema-
schine 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 unterschei-
den würde oder gibt es durch den Einsatz eines Embedded Web Systems eine Produktverbes-
serung 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 intensi-
ve 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 Inter-
net gesteuert werden kann. Die Internet-Kaffeemaschine stellt symbolisch die kommenden
technischen Veränderungen in unserem Alltag dar. Sie ist zu einem Synonym geworden, wel-
chen Einfluß die Internettechnologie bereits auf unser heutiges Leben hat. Praktische Beispie-
le der Internettechnologie versuchen die Dimensionen der Möglichkeiten des Internets prak-
tisch zu veranschaulichen. Zu diesen realisierten Möglichkeiten zählt die bekannteste Internet-
seite 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
1
Einleitung
9
Götz von Arnim
TU-Berlin
fixiert, die rund um die Uhr den Füllstand der Kaffeekanne über das Internet weltweit zur Ver-
fügung stellt. Jeder, der diese Internetseite anspricht, erhält ein aktuelles Bild über die Kaffee-
kanne auf seinem Internet Browser.
Es kann der Eindruck entstehen, die Internet-Kaffeemaschine sei bereits ein reales Alltagspro-
dukt, trotzdem kann bei intensiver Recherche ein ähnliches Produkt auf dem Markt nicht aus-
findig gemacht werden. Wie eine Steuerung eines einfachen Gerätes mit der Internettechnolo-
gie 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 Inter-
net-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-Prototy-
pen ausgewertet, sowie die technischen Grenzen und noch offenen Möglichkeiten aufgezeigt.
2
Die Ist-Analyse einer Haushaltskaffeemaschine
10
Götz von Arnim
TU-Berlin
2 Die Ist-Analyse einer Haushaltskaffeemaschine
Um einen Internet-Kaffeemaschinen-Prototypen entwerfen zu können, soll zuvor eine Hand-
habungsanalyse näheren Aufschluß über die Umgebung, das Einsatzgebiet, die Handhabung
und die Bedienung einschließlich ihrer Fehlbedienung geben. Mit Hilfe der Theorie "Techni-
schesysteme" soll eine Funktionsanalyse die Arbeitsweise einer Haushaltskaffeemaschine nä-
her beschreiben. Diese theoretischen Grundlagen dienen zur Konkretisierung der Entwicklung
der Hardware- und Softwarekomponenten.
2.1 Die Handhabungsanalyse einer Haushaltskaffeemaschine
Maschinen können in Arbeits- und Kraftmaschinen aufgeteilt werden, die entweder Kräfte er-
zeugen oder diese in nutzbare Arbeit übertragen. Sie dienen der Arbeitserleichterung für den
Menschen. Der Begriff Haushaltskaffeemaschine weist bereits selbst daraufhin, das es sich
um eine Maschine handelt, die Filterkaffee produziert. Filterkaffee kann auch ohne eine Haus-
haltskaffeemaschine gekocht werden, doch ist der Mensch bei diesem Verfahren mit seiner
Arbeit bis zum Abschluß des ganzen Brühprozesses an diesen gebunden. Das Verfahren des
Filterkaffees ist denkbar einfach. In diesem Verfahren wird heißes Wasser über in einem Fil-
terhalter gespeichertes Kaffeepulver gegossen. Das kochende Wasser filtert aus dem Kaffee-
pulver die entsprechenden Aromastoffe heraus und tritt unterhalb des Filters als Filterkaffee
heraus. Die Hauptarbeit, die der Mensch dabei verrichtet, ist die Zufuhr und Dosierung des
heißen Wassers in den Kaffeefilter. Der Mensch überwacht den ganzen Brühprozeß, so daß
kein Wasser aus dem Filter überläuft oder sich zu wenig Wasser im Filter befindet. Die Arbeit,
Filterkaffee zu kochen, übernimmt heute eine handelsübliche Haushaltskaffeemaschine für
den Menschen.
Eine Haushaltskaffeemaschine gleicht einem offenem Röhrensystem. Ausgehend von dem
Wassertank durchläuft das Wasser verschiedene Aggregats- und Qualitätszustände, das wie-
derum am Ende des Systems in einem Behälter, also in diesem Falle einer Kaffeekanne aufge-
fangen wird. Dieser Prozeß einer Haushaltskaffeemaschine läuft nur in einer Richtung ab.
Nachdem der Benutzer einer Haushaltskaffeemaschine den Wassertank mit frischem Wasser
gefüllt und den Filterträger mit einer Filtertüte und Kaffeepulver beschickt hat, kann der Be-
nutzer durch die Betätigung eines Schalters den Brühprozeß der Maschine starten. Das frische
Wasser im Wassertank wird durch eine Brühschnecke geführt, die unterhalb der Heizplatte der
2.1 Die Handhabungsanalyse einer Haushaltskaffeemaschine
11
Götz von Arnim
TU-Berlin
Kaffeekanne angebracht ist. Dort wird das Wasser auf 100°C gekocht und als Wasserdampf
am anderen Ende der Brühschnecke über eine Röhre bis über den Filter geführt. Der Wasser-
dampf tritt am Ende dieser Röhre aus und kondensiert hier zu heißem Wasser, das auf das
Kaffeepulver träufelt und dort wie bereits beschrieben die Aromastoffe herausfiltert. In der
Brühschnecke kann nur soviel Wasser gekocht werden wie Wasserdampf gleichzeitig am an-
deren Ende wieder austritt. Daher verläuft der Prozeß relativ langsam und stabil, so daß ein
Überlaufen des Filters vermieden wird. Dieser Verdampfungsprozeß läuft selbstständig solan-
ge ab, bis der Wassertank vollständig geleert ist. Dadurch, daß die Brühschnecke unterhalb
der Heizplatte der Kaffeekanne angebracht ist, hält sie gleichzeitig den in der Kaffeekanne be-
findlichen Kaffee heiß.
Ist der Brühprozeß erst einmal gestartet, so kann der Benutzer in diesen nicht mehr direkt ein-
greifen. Die Möglichkeit die Temperatur, die Wassermenge oder die Dosierung während des
Brühprozesses zu verändern, ist nicht gegeben. Nur durch ein Ausschalten der Haushaltskaf-
feemaschine kann der Prozeß unterbrochen werden. Wenn nicht allzuviel Zeit zwischen Ab-
bruch und Fortsetzung verstrichen ist, kann der unterbrochene Prozeß wieder durch ein Ein-
schalten der Maschine fortgesetzt werden. Verstreicht aber zu viel Zeit, wäre es ratsam, den
Kaffeefilter mit einem neuen Filter und frischem Kaffeepulver auszutauschen, da sich in der
Zwischenzeit Schimmelpilze im Kaffeefilter angesammelt haben können. Somit kann der Be-
nutzer den Brühprozeß der Haushaltskaffeemaschine nur indirekt beeinflussen, wobei die Un-
terbrechungen eher einer Störung des Prozeßablaufes gleich zu setzen ist, als einer Steuerung
des Prozesses.
Bei der Handhabung einer Haushaltskaffeemaschine muß sich der Benutzer vor dem Ein-
schalten der Maschine und somit dem Starten des Brühprozesses über die Dosierung im kla-
ren sein. Er muß bevor er den Brühprozeß auslöst, die Menge an Wasser für den Wassertank
und die Menge an Kaffeepulver für den Filterträger bestimmt haben, entsprechend der ge-
wünschten Anzahl an Tassen, die am Ende des Brühprozesses in der Kaffeekanne enthalten
sein sollen. Nach Beendigung des Brühprozesses ist die Kaffeekanne mit der entsprechend
vorher bestimmten Anzahl an Tassen mit frischem Filterkaffee gefüllt. Hier kann nun der Be-
nutzer entweder die Maschine ausschalten oder er läßt die Maschine solange die Kaffeekanne
warmhalten, bis diese vollständig entleert wurde und schaltet sie dann aus.
Zusammenfassend kann die Handhabung einer Haushaltskaffeemaschinewie folgt beschrieben
werden: Der Benutzer befüllt vor dem Prozeßstart den Wassertank und Filterträger mit Was-
ser, einem Papierfilter und Kaffeepulver, schaltet die Haushaltskaffeemaschine ein und über-
läßt der Maschine den Ablauf des Brühprozesses. Nach Beendigung des Brühprozesses ent-
leert der Mensch den Filterträger und die Kaffeekanne und schaltet die Maschine wieder aus.
(Siehe hierzu Abbildung
2.1 Verwendete Haushaltskaffeemaschine
.)
2.1 Die Handhabungsanalyse einer Haushaltskaffeemaschine
12
Götz von Arnim
TU-Berlin
Für den Betrieb einer Haushaltskaffeemaschine sind der Zugang zu einer Stromversorgung er-
forderlich. Üblicherweise wird eine Haushaltskaffeemaschine in einer Küche stationiert. Dort
ist der Umgang mit der Maschine am günstigsten, weil neben dem Zugang zu Strom und Was-
ser dieser Raum auch für Feuchtigkeit, Dampf und Hitze ausgelegt ist. Auch wenn die Haus-
haltskaffeemaschine kein ausgesprochen großer Dampf- und Hitzeerzeuger ist, muß diese
aber durch ihre Konstruktion diesen Umgebungszuständen standhalten können. Im Hinblick
auf eine Internetanbindung sind heute Küchen selten mit Internetanschlüssen wie Ethernet-
oder einfache TAE-Steckdosen ausgerüstet. Fehlende Standards im Bereich der Hausvernet-
zung und die damit verbundenen hohen Investitionskosten für den Eigenheimbesitzer sind
Gründe, warum z. B. die Internetanbindungsmöglichkeiten in einer Küche sich noch nicht
durchgesetzt haben.
1
Für die konstruktive Auslegung einer produktreifen Internet-Kaffeema-
schine muß der Umgebungsaspekt der Feuchtigkeit nochmals gründlich untersucht werden,
damit die Zuverlässigkeit der Elektronik gesichert oder keine Kurzschlußmöglichkeiten gege-
ben sind.
Die Bedienung einer Haushaltskaffeemaschine entspricht weitgehend der beschriebenen
Handhabung. Grundsätzlich wird davon ausgegangen, daß eine korrekte Bedienung der Haus-
haltskaffeemaschine auch im Interesse des Benutzers ist. Dennoch können die folgenden
Fehlbedienungen auftreten, die nicht immer vermieden werden können:
1
von Arnim, S. 43-46
C
A Ein-/Ausschalter
B Heizplatte
A
B
D
E
F
G
C Kaffeekanne aus Glas mit Deckel
D Filterträger mit Tropfenstopper
E Wassertank
F Füllstandsanzeige
G Deckel für den Wassertank und Filterträger
mit Wasserdampfautrittsdüse
Abb. 2.1 Verwendete Haushaltskaffeemaschine
2.1 Die Handhabungsanalyse einer Haushaltskaffeemaschine
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Götz von Arnim
TU-Berlin
1. Kein Kaffeepulver im Filterträger,
2. Vorzeitige Entnahme der Kaffeekanne,
3. Keine vollständige Entleerung der Kaffeekanne bei gleichzeitigem Auffüllen des Was-
sertanks und
4. Eingeschaltete Haushaltskaffeemaschine trotz vollständig entleertem Wassertank und
Kaffeekanne.
Die erste Fehlbedienung hat die geringste Auswirkung auf den ganzen Brühprozeß. Ist kein
Kaffeepulver vorhanden, so wird nur heißes Wasser in die Kaffeekanne abgefüllt, was natür-
lich den Zweck der Haushaltskaffeemaschine verfehlt, aber keinen Schaden anrichten kann.
Anders sieht es aus, wenn während des Brühprozesses die Kaffeekanne vorzeitig entnommen
wird. Viele Haushaltskaffeemaschinen sind mit Tropfen-
stoppern ausgerüstet. Dies sind meist direkt unter dem
Filter angebrachte Federkonstruktionen, die bei Entnah-
me der Kaffeekanne während des Brühprozesses den Fil-
ter verschließen. Dadurch kann kein Filterkaffee auf die
Heizplatte tropfen und entsprechende Verschmutzungen
durch Spritzer verursachen. Dieser Tropfenstopper hilft
aber nur so lange, bis die Kaffeekanne wieder rechtzeitig
unter den Filter gestellt wird und den Stopper öffnet. Ge-
schieht dies nicht, läuft der Filter über, da sein Volumen
zum Zwischenspeichern begrenzt ist. Die heiße Flüssig-
keit sucht sich ungehindert andere Bahnen, als die für sie
vorherbestimmte. Die Haushaltskaffeemaschine ist nicht
in der Lage, diesen Zustand zu erkennen und auf diese
entsprechend reagieren zu können, wobei nur eine Reak-
tion in Frage käme, nämlich Ausschalten. (Siehe hierzu
Abbildung
2.2 Tropfenstopper
.)
Den gleichen Effekt mit dem gleichen verheerendem Ergebnis liefert die Fehlbedienung der
nicht vollständig entleerten Kaffeekanne bei gleichzeitigem Auffüllen des Wassertanks. Dabei
muß noch nicht einmal die Kaffeekanne entnommen worden sein. Auch hier kann die Haus-
haltskaffeemaschine, wenn sie einmal eingeschaltet ist, nicht unterscheiden, ob sie gerade
Kaffee aufbrühen oder den bereits fertig gebrühten Kaffee nur warmhalten soll. Weil die
Haushaltskaffeemaschine eingeschaltet ist, um unter anderem den bereits gebrühten Kaffee in
der Kaffeekanne warm zu halten, kocht sie gleichzeitig neuen Kaffee, da der aufgefüllte Was-
sertank entsprechend frisches Wasser in die Brühschnecke nachdrückt. Der fertig gebrühte
Kaffee, der nur in der Kaffeekanne warmgehalten werden soll, wird zusätzlich mit frischem
Kaffee ergänzt, solange bis wiederum der Wassertank entleert ist. Da das Speichervolumen
Tropfenstopper
Abb. 2.2Tropfenstopper
2.1 Die Handhabungsanalyse einer Haushaltskaffeemaschine
14
Götz von Arnim
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der Kaffeekanne fast identisch ist mit dem Volumen des Wassertanks, läuft die Kaffeekanne
zwangsläufig über. Die dann überlaufende Flüssigkeit kann auch durch die Zwischenräume
fließen, wo die elektronischen Bauteile der Maschine liegen und dort einen Kurzschluß verur-
sachen.
Diese Fehlbedienungen mögen bei einer Nutzung einer herkömmlichen Haushaltskaffeema-
schine eher sehr selten sein, doch gewinnen sie gerade bei einer Fernbedienung, wie z. B. über
das Internet an Bedeutung. Eine Internet-Kaffeemaschine würde eine Fernbedienung der Ma-
schine erlauben. Dabei wäre eine räumliche Trennung zwischen dem Ort der Haushaltskaffee-
maschine und die des Benutzers charakteristisch. Wegen der dadurch entstehenden Entfernun-
gen und wachsenden Wege, könnte der Wunsch nach einer ständig startklaren Internet-Kaffee-
maschine wachsen, um sich den zweiten Weg zu ersparen. So könnte der Benutzer beim Ab-
holen einer frischen Tasse Kaffee auf die Idee kommen, die Internet-Kaffeemaschine auf den
nächsten Prozeß vorzubereiten, indem er den Wassertank und den Filterträger wieder auffüllt,
obwohl die Kaffeekanne noch nicht vollständig entleert ist. Durch das Internet wächst auch
die Möglichkeit der Mehrfachnutzung. Mißverständnisse der Benutzer untereinander erhöhen
die Wahrscheinlichkeit des Eintreffens eines solchen Szenarios. Diese Fehlbedienungen beru-
hen auf der Annahme, daß der Benutzer stets die Speicher mit der maximalen Füllmenge be-
schickt. Bei einer geschickten Abwägung und Dosierung könnten die bereits beschriebenen
Fehlbedienungen vermieden werden, was nur möglich wäre, wenn ein Benutzer stets die
Haushaltskaffeemaschine beobachtet.
Eine weitere Fehlbedienung kann
das Fehlen von Wasser im Wasser-
tank bei eingeschalteter Haushalts-
kaffeemaschine sein oder das nicht
Ausschalten der Maschine nach
vollständiger Entleerung aller Be-
hälter, insbesondere der Kaffeekan-
ne. Die Folge wäre eine Überhit-
zung der Brühschnecke mit der eine
Brandgefahr verknüpft wäre. Um
dieser Überhitzung vorzubeugen,
sind in jeder handelsüblich geprüf-
ten Haushaltskaffeemaschine Bi-
Metalle eingebaut, die die Maschine
nur vorübergehend durch Unterbre-
chung des Stromkreises ausschaltet,
wenn eine bestimmte Temperatur überschritten wird (siehe Abbildung
2.3 Anordnung des Bi-
Wassertankabfluß für kaltes Wasser in die Brühschnecke
Ein-/Aus-
schalter
Brühschnecke
Brühschneckenabfluß für den
gebildeten Wasserdampf
Heizplatte
Bi-Metall
Abb.
2.3 Anordnung des Bi-Metalls an der
Brühschnecke
2.2 Die Funktionsanalyse einer Haushaltskaffeemaschine
15
Götz von Arnim
TU-Berlin
Metalls an der Brühschnecke
). Hinzu kommt, daß durch einen ständigen Betrieb die Brüh-
schnecke durch Verschmutzung und Verkalkung zusetzen kann, zumal es sich bei einer Haus-
haltskaffeemaschine um ein offenes Röhrensystem handelt.
Aus dieser Fehlbedienung läßt sich ein Servicehinweis für den Benutzer ableiten. Wenn dem
Benutzer bei genauer Beobachtung der Haushaltskaffeemaschine auffällt, daß die Dauer des
Brühprozesse sich von mal zu mal verlängert, so kann er schlußfolgern, daß sich die Durch-
flußdauer der Brühschnecke durch Verschmutzung und Verkalkung verringert hat. In dem Fall
der Verkalkung versuchen die Hersteller oft durch Hinweise auf Pflege- und Wartungsanwei-
sungen für den Benutzer vorzubeugen, um die Funktionstüchtigkeit der Maschine nicht einzu-
schränken.
2.2 Die Funktionsanalyse einer Haushaltskaffeemaschine
Die Handhabungsanalyse verdeutlicht die Mensch-Maschine-Schnittstellen. Wenn eine Ma-
schine mit zusätzlichen Funktionen erweitert werden soll, reicht dieses Verständnis über das
Gerät oft nicht aus. Eine Haushaltskaffeemaschine besteht aus mehreren Bauteilen, die jeweils
eine bestimmte Funktion übernehmen. Manche Bauteile werden zu einer übergeordneten
Funktion zusammengefaßt. Die Beziehungen der einzelnen und der übergeordneten Funktio-
nen untereinander erfüllen die Aufgabe der Haushaltskaffeemaschine. Mit Hilfe der Theorie
"technischer Systeme" können diese Zusammenhänge in einem abstrahierendem Systemmo-
dell veranschaulicht werden. Das abstrahierte Systemmodell eröffnet die Möglichkeit, ein
Netz an Schnittstellen für erweiternde Funktionen aufzuspannen.
Eine Internet-Kaffeemaschine zu entwickeln entspricht der Idee, ein Gerät mit einem Embed-
ded-System auszustatten. Ein Embedded System ist eine elektronische Einheit, die die Funk-
tionalität eines ihm meist übergeordnetem Systems
2
optimiert oder erweitert.
Der Benutzer eines solchen Gerätes hat keinen direkten Kontakt mit dem Embedded System,
sondern nur über die Handhabungsschnittstellen der Maschine selbst. Ein einfaches Beispiel
ist der Wecker, der sich zu einer Funkuhr entwickelt hat, der nicht nur die Zeit anzeigen kann,
sondern diese auch selbstständig nach der entsprechenden Zeitzone einstellt, evtl. noch das
Datum angibt und ein Radio integriert. Der heutige Stand der Technologie erlaubt es, die
Funktionalitäten eines mit einem Embedded System ausgestattetem Gerät um die Funktion
der Internettechnologie zu erweitern.
Haushaltskaffeemaschinen sind nicht mit Embedded Systemen ausgestattet und können auch
2
Übergeordnetes System: elektrisches Gerät oder Maschine wie z. B. Videorecorder, Wecker, Funktelefon,
elektrische Zahnbürste etc.
2.2 Die Funktionsanalyse einer Haushaltskaffeemaschine
16
Götz von Arnim
TU-Berlin
daher nicht mit der Funktionalität einer Internettechnologie erweitert werden. Ein Embedded
System könnte den Brühprozeß einer Haushaltskaffeemaschine steuern und dann zusätzlich
Internetfunktionalitäten anbieten. Von Arnim hat in der Studie ,,Konzeptionierung eines Em-
bedded-Systems für Haushaltsgeräte am Beispiel einer Kaffeemaschine"
3
bereits eine ausführ-
liche Systemanalyse gegeben und erörtert und dabei die Systeme Haushaltskaffeemaschine
und Embedded System in einem Systemmodell verknüpft. Des weiteren hat er gezeigt, daß
der Energieverbrauch einer Haushaltskaffeemaschine suboptimal ist. Die eingesetzten Bi-Me-
talle sollen die Haushaltskaffeemaschine vor einer Überhitzung schützen, und schalten daher
bei Überschreitung eines bestimmten Temperaturwertes die Maschine kurzfristig aus. Sie sind
so dimensioniert, daß der Brüh- und der Warmhalteprozeß nicht unterbrochen wird, folglich
die Grenztemperatur größer als 96°C ist. In Bezug auf den Warmhalteprozeß bedeutet dies,
daß die Heizplatte ständig eingeschaltet ist. Im Folgendem soll zusammenfassend auf das Er-
gebnis der Studie von Arnims eingegangen werden, um für die Hardware- und Software-
Schnittstellen der Prozeßsteuerung und Internetapplikation entsprechende technische Lö-
sungsmöglichkeiten aufzeigen zu können.
Die Definition der Systemgrenzen ist ein entscheidendes Merkmal der Systemanalyse. Inner-
halb der Systemmodellgrenzen können die Funktionszusammenhänge genau beschrieben wer-
den und erlauben eine genaue Fokussierung der Lösungsfindung. ,,Im Falle der Haushaltskaf-
feemaschine sollen die Systemgrenzen so gebildet sein, daß die Befüllung der Maschine mit
frischem Wasser, Filter und Kaffeepulver sowie die Entnahme des verbrauchten Filters und
Kaffeepulvers nicht mehr in das System einbezogen werden. Die Entnahme der vollen Kaf-
feekanne und das Zurückstellen der entweder teilweise oder ganz entleerten Kaffeekanne sol-
len wiederum zur Systembetrachtung gehören. Diese Abgrenzung scheint auf den ersten Blick
trivial, aber im Hinblick auf eine Fernsteuerung und dem naheliegendem Gedanken der voll-
ständigen Automatisierung könnten diese Aufgaben als Funktionen in das System einbezogen
werden. Bei der folgenden Betrachtung sollen sie aber entfallen.
"4
In Abbildung
2.4 Das Gesamtsystem Kaffeemaschine mit seinen beiden Subsystemen
Energie- und Stoffumsetzer
wird der Grad der Abstraktion einer systemtheoretischen Analyse
deutlich. Der äußere Kasten symbolisiert die Systemgrenzen des Modells. Innerhalb des Ka-
stens werden die Hauptfunktionen benannt, die untereinander in Beziehung gesetzt werden.
Die in Beziehung gesetzten Hauptfunktionen bilden die Gesamtfunktion, die auch dem Zweck
der Maschine entspricht. Sie korrespondieren mit ihrer Umwelt durch die Ein- und Ausgangs-
größen von Stoff-, Energie- und Informationsflüssen. Innerhalb des Modells werden deren Ei-
genschaften und Zustände durch die beschriebenen Hauptfunktionen teilweise, vollständig
oder gar nicht verändert. Im Energieumsetzer wird elektrische- in Wärmeenergie umgewan-
3
von Arnim, S. 51-54
4
von Arnim, S. 51
2.2 Die Funktionsanalyse einer Haushaltskaffeemaschine
17
Götz von Arnim
TU-Berlin
delt und auf das Wasser übertragen. Im Stoffumsetzer wird das heiße Wasser mit dem Kaffee-
pulver zusammengeführt. Die Eingangsgrößen frisches Wasser, Filter, Kaffeepulver und elek-
trische Energie verändern innerhalb des Systemmodells ihre Zustände und treten als Aus-
gangsgrößen Wärmeenergie und heißer Filterkaffee wieder aus. Nur die Information wird in-
nerhalb des Modells nicht umgewandelt, was ein Indiz auf das Fehlen eines Embedded Sy-
stems ist.
Würde der Energieumsetzer aus dem Systemmodell ausgegliedert werden, so wäre das Mo-
dell so stark vereinfacht, daß es auf jede Form der Filterkaffeezubereitung anwendbar wäre.
Das Modell würde sowohl die im Abschnitt 2.1 Die Handhabungsanalyse einer Haushalts-
kaffeemaschine beschriebene Zubereitung mit einem einfachen Filteraufsatz als auch die An-
wendung einer Haushaltskaffeemaschine als technisches System ausreichend beschreiben
können. In Bezug auf die Haushaltskaffeemaschine erfaßt das Handaufguß- und Handfilter-
verfahren nur einen Teil der Gesamtfunktion des Gerätes. In Abbildung
2.5 Grundfunktionen
der Kaffeemaschine
sind die Hauptfunktionen einer Haushaltskaffeemaschine bis auf ihre
Grundfunktionen aufgeschlüsselt worden.
Die Ausgangsgrößen verbrauchter Filter und Kaffeepulver darf wegen der oben definierten
Systemgrenzen nicht in dem Modell auftauchen. Dies entspräche einer Aufgabenformulierung
der Entleerung des Filterträgers bzw. Stoffumsetzers. Verbrauchter Filter und Kaffeepulver
bleiben Bestandteil des theoretischen Systemmodells. Würden sie als Ausgangsgrößen erfaßt
werden, müßte eine Teilfunktion mit ihren entsprechenden Grundfunktionen zur Erfüllung
dieser Aufgabe entwickelt werden. An diesem Punkt wird deutlich, daß die Handhabung für
Stoff: Wasser
Stoff: Kaffeepulver
Elektrische Energie
Information
Stoff: heißer Kaffee
Information
Wärmeenergie
Energie-
umsetzer
Kaffeemaschine
Stoffumsetzer
Stoff
Energie
Information
Legende:
Abb. 2.4 Das Gesamtsystem Kaffeemaschine mit seinen beiden Subsystemen Energie-
und Stoffumsetzer
2.2 Die Funktionsanalyse einer Haushaltskaffeemaschine
18
Götz von Arnim
TU-Berlin
den Benutzer der Haushaltskaffeemaschine mit den beschriebenen Mensch-Maschine-Schnitt-
stellen nicht gleich dem Systemgrenzen des Modells zu setzen sind. Auf der einen Seite führt
der Benutzer von Außen Wasser hinzu oder entnimmt den fertig gebrühten Filterkaffee, auf
der anderen Seite greift der Benutzer direkt in die Maschine nach vollständiger Beendigung
des gesamten Prozesses ein, um z. B. den Filterträger zu entleeren.
Der Informationsfluß ist mit dem Stofffluß eng verbunden. Der Benutzer ist an den Zustand-
sänderungen als Information über den Ort, die Qualität und die Temperatur der Stoffe interes-
siert. Um zu entscheiden, ob er den Brühprozeß starten kann, sammelt der Benutzer die Infor-
mation über die Zustände des Wassers, des Filters und des Kaffeepulvers. Dazu greift er in die
Maschine direkt ein, indem er sie öffnet, um mit einer Sichtkontrolle die einzelnen Zustände
zu prüfen. Entsprechend prüft er am Ende eines Brühprozesses den Füllstand, die Temperatur,
evtl. Farbe, aber vielmehr den Geschmack des Filterkaffees. Auch hierzu greift er in die Ma-
schine ein. Der Eingriff in die Maschine kommt einem Eingriff in das Systemmodell gleich.
Der Benutzer sammelt diese Informationen und interpretiert diese, um zu entscheiden in wel-
chem Zustand sich die Haushaltskaffeemaschine momentan befindet. Um einen direkten Ein-
griff in die Maschine zu vermeiden, haben viele Haushaltskaffeemaschinen bereits dort sicht-
Wasser
Prozeß Kaffee
kochen starten
heißer Kaffee
Kaffee
warmhalten
Wärmeenergie
Stoff
Energie
Information
Legende:
Kaffeemaschine
Kaffeepulver
Prozeß Kaffee
kochen fertig
Wärmeenergie
Elektrische
Energie
Wärmeenergie
Wasser-
tank
Brühstab Heiz-
platte in Einem
W
asserdampfführung
Düse
Kaffee-
kanne
Wärmeenergie
Filter-
träger
Wärmeenergie
Abb. 2.5 Grundfunktionen der Kaffeemaschine
2.2 Die Funktionsanalyse einer Haushaltskaffeemaschine
19
Götz von Arnim
TU-Berlin
bare Anzeigen angebracht, wo es möglich
und sinnvoll ist, wie z. B. Wasserfüllstands-
röhrchen. (Siehe hierzu Abbildung
2.6
Wasserfüllstandsanzeigen von Haushaltskaf-
feemaschinen
.) An der in dieser Arbeit ver-
wendeten Haushaltskaffeemaschine fehlt
eben diese sichtbare Wasserfüllstandsanzei-
ge. Um den Wasserstand des Wassertanks
prüfen zu können, muß der Benutzer den
Deckel öffnen, der sowohl den Filterträger
und den Wassertank abdeckt. Mit Hilfe eines Schwimmers mit Zeiger, der an einer Skala ent-
lang geführt wird, kann der Benutzer den Wasserstand ablesen. Kaffeekannen sind überwie-
gend aus durchsichtigem Glas und nicht aus Kunststoff oder Porzellan gefertigt, um auch hier
eine berührungslose Sichtkontrolle des Füllstandes zu ermöglichen. Über die Temperatur des
Filterkaffees kann der Benutzer nur qualitative Aussagen treffen: heiß, warm oder kalt. Dies
erreicht er durch Berühren der Kaffeekanne, was einem Eingriff in das Modell gleich käme.
Folglich können die Systemgrenzen der Mensch-Maschine-Schnittstelle einer Haushaltskaf-
feemaschine nicht so scharf getrennt werden, wie die Grenzen eines Systemmodells. Direkte
Eingriffe in die Maschine und somit auch in das Systemmodell sind nicht immer zu vermei-
den. Dort wo Sichtkontrollen notwendig sind, sollten diese durch berührungslose Sichtkon-
trollen an den Rand der Maschine verlagert werden, was einem Ausgliedern aus den System-
modellgrenzen gleich käme. Wenn die Systemmodellgrenzen den Mensch-Maschine-Schnitt-
stellen entsprächen, wäre dies ein idealer Zustand.
Die Steuerung des Brüh- und des Warmhalteprozesses, sowie die Darstellung des Informati-
onsflusses soll ein internetfähiges Embedded System übernehmen. Im Systemmodell wird
dies durch einen Informationsumsetzer symbolisiert. In der Abbildung
2.7 Systemmodell einer
Haushaltskaffeemaschine, erweitert durch einen Informationsumsetzer
können die zur Verarbei-
tung benötigten Signale in zwei Gruppen aufgeteilt werden:
1 Startzustände:
1.1 Wasserfüllstand des Wassertanks
1.2 Filterzustand des Filterträgers
2 Endzustände:
2.1 Füllstand der Kaffeekanne
2.2 Temperatur des Filterkaffees
Wasserstands-
anzeige
Skala
Abb. 2.6 Wasserfüllstandsanzeigen
von
Haushaltskaffeemaschinen
2.2 Die Funktionsanalyse einer Haushaltskaffeemaschine
20
Götz von Arnim
TU-Berlin
Der Informationsumsetzer wertet die Startzustände zum Starten des Brühprozesses aus. Die
Endzustände benötigt er, um entweder den Brühprozeß abzubrechen, zu beenden oder den
Warmhalteprozeß zu steuern. Die Temperatur der Brühschnecke, der erzeugte Dampfdruck
oder der zeitliche Verlauf des Brühprozesses haben einen Einfluß auf die Qualität des Endpro-
duktes Filterkaffee. Je nach Einstellung kann ein sehr starker aufmunternder oder eher ein
weicher bekömmlicher Filterkaffee gekocht werden. Diese Zustandsgrößen erfordern kon-
struktive Veränderungen an einer gewöhnlichen Haushaltskaffeemaschine und werden in die-
ser Arbeit nicht weiter erörtert. Während des Brühprozesses Änderungen vorzunehmen ist
nicht sinnvoll, da ansonsten am Ende des Prozesses ein uneinheitliches Ergebnis zustande
kommt. Keine Haushaltskaffeemaschine unterscheidet sich von den anderen im Hinblick auf
die Bestimmung der Einstellgrößen vor dem Start des Brühprozesses. Manche Maschinen mö-
gen mehr oder weniger Einstellparameter besitzen. Entscheidend ist das Erreichen einer
gleichbleibenden Qualität des Endproduktes bei gegebenen Eingangsgrößen. So wird sich die
Steuerung des Brühprozesses auf die Beobachtung der Ein- und Ausgangsgrößen konzentrie-
ren, und gegebenenfalls aus einer Kombination dieser Größen Zustandsänderungen der Haus-
haltskaffeemaschine ableiten.
Stoff
Energie
Information
Legende:
Wasser
Prozeß Kaffee
kochen starten
heißer Kaffee
Kaffeespeicher Füllstand
Wärmeenergie
Kaffeemaschine
Kaffeepulver
Prozeß Kaffee
kochen fertig
Wärmeenergie
Elektrische
Energie
Wärmeenergie
Wärmeenergie
Wärmeenergie
Wasserspeicher
Füllstand
Filter
Füllstand
Elektrische
Energie
Kaffeetemperatur
Brühschnecke ein-/
ausscchalten
Wasser-
speicher
W
asserdampfführung
Düse
Kaffee-
speicher
Filter
Informationsumsetzter
Brühschnecke Koch-
platte gekoppelt
Abb. 2.7
Systemmodell einer Haushaltskaffeemaschine, erweitert durch einen Information-
sumsetzer
3
Der Soll-Funktionskatalog einer Internet-Kaffeemaschine
21
Götz von Arnim
TU-Berlin
3 Der Soll-Funktionskatalog einer Internet-Kaffeemaschine
Durch das Verständnis über die Funktionsweise einer Haushaltskaffeemaschine mit Hilfe des
im Abschnitt 2.2 Die Funktionsanalyse einer Haushaltskaffeemaschine abstrahierten Sy-
stemmodells und der beobachteten Haupt- und Nebenbedingungen aus der Handhabungsana-
lyse aus dem Abschnitt 2.1 Die Handhabungsanalyse einer Haushaltskaffeemaschine kann
ein Soll-Funktionskatalog für eine Internet-Kaffeemaschine entworfen werden. Dieser Funkti-
onskatalog sammelt alle Wunschvorstellungen, welche Aufgaben eine Internet-Kaffeemaschi-
ne auf der Hardware- und Internetebene erfüllen sollte. In der Studie ,,Konzeptionierung eines
Embedded-Systems für Haushaltsgeräte am Beispiel einer Kaffeemaschine"
1
hat von Arnim
bereits den Einsatz von geeigneten Mini-Web-Servern für Haushaltsgeräte erörtert und eine
entsprechende Auswahl getroffen. Im letzten Abschnitt 3.3 Die Anpassung des Funktionska-
taloges durch die Auswahl des Mikroprozessors IPC@Chip SC12 wird der geforderte Funk-
tionskatalog an eine Internet-Kaffeemaschine bezogen auf den ausgewählten Mini-Web-Ser-
ver spezifiziert.
3.1 Die Hardwarefunktionen
Im Folgendem soll erörtert werden, was eine Internet-Kaffeemaschine auszeichnet. Die Liste
erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit sondern soll nur eine theoretische Grundausstat-
tung einer Internet-Kaffeemaschine darstellen. Sie könnte im Laufe der Zeit durch weitere
pfiffige Funktionen ergänzt werden. Unterschieden wird zwischen technischen Funktionen der
Haushaltskaffeemaschine und Funktionen der Internettechnologie. Mit entsprechenden Senso-
ren und Aktoren ausgerüstet, wird die Haushaltskaffeemaschine zu einer Hardware, die über
das Internet angesprochen werden kann.
An der Hardware einer einfachen Internet-Kaffeemaschine wird es keine nennenswerten Er-
neuerungen im Vergleich zu einer Haushaltskaffeemaschine geben. Eine typische Beschrei-
bung des Funktionsumfanges könnte sein:
1. Kaffeemaschine für 10 Tassen
2. Aromaschutz-System
3. Wasserstandsanzeige
1
von Arnim, S. 62-74
3.2 Die Internetfunktionen
22
Götz von Arnim
TU-Berlin
4. Automatischer Filterverschluß bei kurzzeitiger Entnahme der Kaffeekanne, auch wäh-
rend des Brühens
5. Entnehmbarer Filterträger für eine bessere Reinigung
Dies sind Ausstattungsmerkmale, die als Standard für jede gewöhnliche Haushaltskaffeema-
schine gelten können. Auch sollte sich die Bedienung der Internet-Kaffeemaschine kaum von
der einer gewöhnlichen Haushaltskaffeemaschine unterscheiden, insbesondere sollte das Ein-
und Ausschalten der Internet-Kaffeemaschine sowohl an der Maschine selbst oder über das
Internet möglich sein. Beide Möglichkeiten sollten die andere nicht ausschließen. Der Funkti-
onskatalog der Haushaltskaffeemaschine könnte durch den Einsatz eines Embedded Web Sy-
stems mit diesen Funktionen erweitert werden:
6. optimierter Energieverbrauch
7. Schutz vor Verkalkung durch rechtzeitige Wartungshinweise
3.2 Die Internetfunktionen
Anders sieht es bei den Internetfunktionen aus. Sind die technischen Voraussetzungen für den
Anschluß an das Internet und der direkte Zugriff über ein Internet Browser auf den Mini-Web-
Server der Internet-Kaffeemaschine geschaffen, so könnten folgende Funktionen über den In-
ternet Browser genutzt werden:
1. Kaffeebestellung über das Internet
2. Einstellung der Hardware- und Software-Parameter mit Paßwortschutz
3. Email Funktion für Nachrichten und sonstige Meldungen
4. Statistische Auswertungen und Hinweise
5. Online Hilfe, Dokumentation und elektronisches Typenschild für Servicemeldungen
6. Links zum Thema Kaffee und Kaffeegeschäft
7. Statusanzeige der Internet-Kaffeemaschine
In einem einheitlich gestaltetem Fenster eines Internet Browsers, könnte der Benutzer die ver-
schiedenen Funktionen auswählen und mit Hilfe der Frametechnik umsetzen, wie in Abbil-
dung
3.1 Internet Startseite der Internet-Kaffeemaschine
1
dargestellt. In der oberen Hälfte des
Fensters wäre die sich als Standard durchgesetzte Navigationsleiste. Sie wäre ständig präsent
und der Benutzer hätte die Möglichkeit in ihr die einzelnen Funktionen durch Anklicken der
Symbole auszuwählen. Im unteren leerem Feld würden dann die einzelnen Funktionen als Ap-
plikation erscheinen, entweder als Formular zum Bearbeiten oder nur als Dokument zum Le-
sen. Die im rechten Rand abgebildete Kaffeemaschine würde visuell die Zustandsänderungen
1
vgl. mit der seit Frühjahr 2001 nicht mehr öffentlich zugänglichen Internetseite der Fimra Beck GmbH.
3.2 Die Internetfunktionen
23
Götz von Arnim
TU-Berlin
der Maschine anschaulich darstellen. Der dynamische Brühprozeß könnte auch durch akusti-
sche Geräusche unterlegt werden. Auch statische Zustände, wie das Fehlen der Kaffeekanne
oder ein geöffneter Deckel könnten als Zustandsmeldung graphisch generiert werden. Diese
Zustandsmeldungen werden dann ebenfalls als Anweisungen und Fehlermeldungen im rech-
ten unteren Textfeld angezeigt. Dieses Textfeld ist notwendig für Anweisungen, die nicht di-
rekt graphisch erkennbar wären, wie z. B. Wartungs- oder Servicehinweise.
3.2.1 Funktion Kaffeebestellung über das Internet
Das Internet ermöglicht die Trennung von Ort und Zeitpunkt einer Entscheidung. Im Falle der
Internet-Kaffeemaschine kann der Standort der Maschine ein anderer sein als der Ort des Be-
nutzers, der an seinem Internetrechner entscheidet ob und wann er den Brühprozeß starten
will. So ergeben sich drei Stufen der Entscheidung, die einer Bestellung entspricht, also folg-
lich einem Start des Brühprozesses:
1. vor Ort die Internet-Kaffeemaschine sofort einschalten,
2. nach dem Aufruf der Internet-Kaffeemaschine in einem Internet Browser sofort eine
Bestellung auslösen oder
3. einen späteren Zeitpunkt für den Start des Brühprozesses bestimmen.
Internet
Kaffeemaschine
Bestellung
Email
Einstellung
Links
Statistik
Hilfe
Hier erscheinen Anweisungen
Fehlermeldungen für den
Benutzer.
Dies ist der Bereich für die Applikationen die als Funktion in der
Navigationsleiste ausgewählt worden ist.
© 26.04.2001 Götz von Arnim
Abb. 3.1 Internet Startseite der Internet-Kaffeemaschine
3.2 Die Internetfunktionen
24
Götz von Arnim
TU-Berlin
Die Internetfunktion ,,Bestellung" muß bei Anfragen auf diese unterschiedlichen Situationen
reagieren können. In Abbildung
3.2 Bestellung annehmen
und in Abbildung
3.3 Bestellung ab-
lehnen
sind die beiden Reaktionsmöglichkeiten der Internet-Kaffeemaschine dargestellt. Ist
die Internet-Kaffeemaschine bereit, eine Bestellung aufzunehmen, so kann der Benutzer durch
Markieren der vorgesehenen Felder sich entscheiden für einen sofortigen oder durch eine Re-
servierung zu einem bestimmbaren Zeitpunkt späteren Start. Darüber hinaus gibt er auch die
Warmhaltedauer und die Anzahl der Tassen an, die er konsumieren will. Wie im Abschnitt 2.2
Die Funktionsanalyse einer Haushaltskaffeemaschine erörtert, entspricht eine Bestellung
immer der maximalen Füllmenge der Internet-Kaffeemaschine. Bestellt der Benutzer nur 4
von 10 Tassen, so kann ein anderer Benutzer die restlichen 6 Tassen für sich in Anspruch neh-
men. Daraus ergibt sich die zweite Funktionsmaske ,,Bestellung ablehnen" (siehe Abbildung
3.3 Bestellung ablehnen
).
Der Benutzer erfährt hier durch ein markiertes Feld, warum er keine Bestellung aufgeben
kann. Entweder, weil die Internet-Kaffeemaschine gerade Kaffee kocht oder weil die Maschi-
ne sich in der Warmhaltephase befindet und noch n Tassen zu vergeben wären. Diese restli-
chen Tassen kann der Benutzer dann für sich bestellen. Der Fall der Reservierung fordert eine
Vorlaufzeit, in der die Internet-Kaffeemaschine nicht benutzt werden darf. Die Maschine wäre
bereit, eine Bestellung aufzunehmen, doch könnte sich die Dauer des Brühprozesses mit dem
Internet
Kaffeemaschine
Wassertank ist gefüllt!
Filterträger ist gefüllt!
Bereit für neue Bestellung!
© 26.04.2001 Götz von Arnim
Eine Bestellung ist z. Zt. möglich!
reservieren
sofort
Uhr
:
Warmhaltedauer
Wieviele Tassen
Startzeit
Abschicken
min
Bestellung
Email
Einstellung
Links
Statistik
Hilfe
Abb. 3.2 Bestellung annehmen
3.2 Die Internetfunktionen
25
Götz von Arnim
TU-Berlin
Zeitpunkt der Reservierung überschneiden. Die Internet-Kaffeemaschine wäre dann, wenn sie
zu dem Reservierungszeitpunkt den Brühprozeß starten wollte, noch mit der anderen Bestel-
lung beschäftigt. Die Idee der Trennung von Ort und Zeit einer Entscheidung wäre damit hin-
fällig. Gleiches gilt auch für eine Bestellung vor Ort. Wenn ein Benutzer vor Ort die Internet-
Kaffeemaschine in dem Zeitraum des Reservierungspuffers einschalten will, so muß der Ein-
schalter gesperrt sein.
Beiden Bestellvorgängen sollte noch eine Authentifizierung folgen, um die Fertigstellung
durch eine Emailnachricht dem Besteller zuordnen zu können und darüber hinaus anderen Be-
nutzern anzuzeigen, wer gerade die Internet-Kaffeemaschine benutzt. Die Authentifizierung
ist auch für die Zuordnung der Verbrauchswerte wichtig, doch dazu mehr im Abschnitt 3.2.4
Statistische Auswertungen und Hinweise.
3.2.2 Funktion Einstellung der Hardware- und Software-Parameter mit
Paßwortschutz
Die Funktion ,,Einstellung" ist eine Funktion, mit der der Benutzer nicht täglich in Berührung
kommen wird. Wie der Begriff bereits darauf hindeutet, ist sie notwendig, um bestimmte Pa-
rameter an der Internet-Kaffeemaschine einzustellen. Wie in vielen Bereichen eines Netzwer-
kes, sind die Zugriffsrechte hierarchisch verteilt. So sollte auch bei der Internet-Kaffeema-
Internet
Kaffeemaschine
Kaffeemaschine kocht.
© 26.04.2001 Götz von Arnim
Eine Bestellung ist z. Zt.
nicht
möglich,
weil der bereits gekochte Kaffee warmgehalten wird.
weil gerade frischer Kaffee gekocht wird.
Uhr für
:
Wieviel Tassen
Abschicken
Es können aber noch
Tassen reserviert werden.
(6)
reservieren
weil die Kaffeemaschine ab
(Herrn Millita)
reserviert ist.
Bestellung
Email
Einstellung
Links
Statistik
Hilfe
Abb. 3.3 Bestellung ablehnen
3.2 Die Internetfunktionen
26
Götz von Arnim
TU-Berlin
schine nur ein Administrator die Parameter verändern dürfen, der die entsprechenden Schutz-
rechte mit Passworten vergeben kann. Einzustellende Parameter wären z. B. die IP-Adresse
1
der Internet-Kaffeemaschine, Bestellrechte und Email-Adressen für Fehlermeldungen oder
Funktionsstörungen. Unter anderem könnte die Warmhaltetemperatur und ähnliche technische
Größen eingestellt werden, wenn die Internet-Kaffeemaschine mit den notwendigen Sensoren
und Aktoren ausgestattet ist. Für die Auswertung von Nutzungsdaten sind einstellbare Größen
wie Kaffeemenge pro Tasse und Kosten pro Tasse von Interesse. Ob nun Funktionstests nur
vom Administrator durchgeführt werden sollten, ist von dem jeweiligem Softwarekonzept des
Herstellers abhängig. Sinnvoll ist es, die Internet-Kaffeemaschine für Vorführ- und Schu-
lungszwecke in einen Simulationsmodus umschalten zu können, damit nicht bei jedem Vor-
gang tatsächlich Kaffee gekocht werden muß. In Abbildung
3.4 Einstellung mit Zugangsbe-
rechtigung
ist ein Beispiel für einen Zugang zu den einstellbaren Parametern abgebildet.
1
IP-Adresse, formatierter Zahlencode mit der jedes in einem Intranet oder Internet angeschlossenes Gerät
adressiert wird.
Administrator
Internet
Kaffeemaschine
Kaffeemaschine kocht.
© 26.04.2001 Götz von Arnim
Änderungen der Einstellungen dürfen nur vom
Administrator vorgenommen werden! Geben Sie
Bitte Ihren Benutzertyp und das entsprechende
Passwort ein. Mit ,,Abschicken" loggen Sie sich in
den abgesicherten Bereich ein.
Beutzertyp:
Abschicken
Passwort:
Bestellung
Email
Einstellung
Links
Statistik
Hilfe
Abb. 3.4 Einstellung mit Zugangsberechtigung
3.2 Die Internetfunktionen
27
Götz von Arnim
TU-Berlin
3.2.3 Funktion Email für Nachrichten und sonstige Meldungen
Die Email Funktion kann sich zu einer zentralen Funktion der Internet-Kaffeemaschine ent-
wickeln, weil sie bestimmte Kontakt- und Kommunikationsvorgänge automatisch verwalten
kann. Zwischen zwei Emailebenen könnte unterschieden werden: zum Einen die automatisch
verschickten Zustands- und Fehlermeldungen und zum Anderen die benutzergeführten Email-
nachrichten. Ist der Mini-Web-Server der Internet-Kaffeemaschine in der Lage, automatisch
Emails zu verschicken, so können im Hintergrund der Internetapplikation generierte Fehler-
meldungen an die in der Einstellung festgelegten Emailadressaten als Nachricht verschickt
werden, sogar an ein WAP-fähiges Funktelefon. Oder der Benutzer, der eine Bestellung ge-
startet hat, erhält die Fertigstellung durch eine Emailnachricht und braucht daher nicht ständig
den Internet Browser mit dem Statusfenster der Internet-Kaffeemaschine zu beobachten. Auf
der benutzergeführten Emailebene kann der Benutzer bzw. Besteller selber Emailanfragen an
andere Benutzer stellen oder beantworten. Einfache Aufforderungen zu einer Kaffeepause wä-
ren denkbar. So kann z. B. ein Besteller einen anderen Benutzer zu einer Tasse Kaffee einla-
den oder eine Anfrage beantworten, ob die restlichen Tassen Kaffee vergeben sind. In Abbil-
dung
3.5 Standardisierte Emailnachrichten
ist ein Beispiel gezeigt, wie eine Email Funktion
aussehen könnte. Hier kann der Benutzer unter verschiedenen Meldungsvorgaben auswählen
und evtl. auch zeitliche Aussagen über die Fertigstellung des Kaffees weiterleiten.
Internet
Kaffeemaschine
Kaffeemaschine kocht.
7 Tassen Kaffee bereits fertig
gekocht.
© 26.04.2001 Götz von Arnim
Eine Email verschicken an ...
wgrudzien@mf.tu-berlin.de
Wen:
Abschicken
Was:
1 min.
Kaffee ist fertig, in
Text hinzufügen
Text löschen
Kaffee ist fertig, in 4 min.
Kommst Du vorbei?
Bestellung
Email
Einstellung
Links
Statistik
Hilfe
Abb. 3.5 Standardisierte Emailnachrichten
3.2 Die Internetfunktionen
28
Götz von Arnim
TU-Berlin
3.2.4 Funktion statistische Auswertungen und Hinweise
Das Kernstück der statistischen Funktion ist die Logdatei bzw. Archivdatei der Nutzungsda-
ten. In dieser Datei werden alle Zustandsänderungen der Internet-Kaffeemaschine dokumen-
tiert. Aus diesen Nutzungsdaten können unter anderem verschiedene Kennwerte abgeleitet
werden wie:
Wasserverbauch,
Energieverbrauch,
Kaffeeverbrauch,
Betriebsstunden,
durchschnittliche Temperatur und
durchschnittliche Durchlaufdauer.
Mit Hilfe dieser Kennwerte können wiederum verschiedene Diagnosetests durchgeführt wer-
den, wie z. B. ein Soll-Ist-Vergleich der Durchlaufdauer, um entsprechende Wartungs- oder
Fehlermeldungen automatisch über die Email Funktion weiterzuleiten. Aus den Kennwerten
und Nutzungsdaten ließen sich auch andere Funktionen wie z. B. eine Vorratsverwaltung oder
Rechnungsbelegung erstellen. Durch die Auswertung der Verbrauchswerte könnte ein Hin-
weis generiert werden, wieder einmal neues Kaffeepulver zu bestellen, mit der Angabe des
entsprechenden Links zum jeweiligen Online Laden. Bei einer Rechnungsbelegung würden
Internet
Kaffeemaschine
© 26.04.2001 Götz von Arnim
Logdatei:
12:00 Kaffeemaschine eingeschaltet
12:01 Mini-Web-Server bereit, keine Fehler
13:00 Wassertank aufgefüllt
13:02 Filterträger aufgefüllt
13:03 FM: Kaffeekanne fehlt
13:30 Reservierung für 14:00 aufgenommen
14:00 Kaffeemaschine kocht
14:10 Kaffee fertig, Meldung an wgrudzien@mf.tu-
berlin.de verschickt
Logdatei
Statistische Auswertung
Bestellung
Email
Einstellung
Links
Statistik
Hilfe
Abb. 3.6 Logdatei
3.2 Die Internetfunktionen
29
Götz von Arnim
TU-Berlin
die Verbrauchsdaten herangezogen, mit den in der Einstellung festgelegten Grundpreisen ver-
knüpft und den einzelnen Benutzern zugeordnet. So wäre stets die Kaffeekasse gefüllt und der
Online Laden bezahlt. In Abbildung
3.6 Logdatei
und in Abbildung
3.7 Statistische Auswertung
sind zwei Beispiele der Statistikfunktion abgebildet.
3.2.5 Funktion Online Hilfe, Dokumentation und elektronisches Typenschild
für Servicemeldungen
Gerade in Bezug auf die Online Hilfe und Dokumentation zeigt sich eine weitere Stärke des
Internets. Gebrauchsanweisungen sind keine Bücher, die, weil sie lesenswert sind, in einem
Bücherregal ihren Platz finden werden. Eher werden sie weggeschmissen als aufbewahrt. Der
Mini-Web-Server einer Internet-Kaffeemaschine kann stets seine eigene Gebrauchsanweisung
entweder auf elektronischer Basis in einem ROM oder durch einen Link ins Internet bei sich
führen. Nicht nur, daß Platz und Papier gespart wird, sondern die Dokumentation kann durch
Updates immer wieder auf den aktuellsten Stand gebracht werden, wenn z. B. eine weitere In-
ternet Funktion zur Internet-Kaffeemaschine hinzukommt oder die Bedienung der Software
verändert wird. Die Hyperlink Technologie erlaubt eine dynamische Gestaltung von Texten,
wodurch eine Dokumentation verständlicher gestaltet werden kann. Kleine Animationen in
Internet
Kaffeemaschine
© 26.04.2001 Götz von Arnim
Statistische Auswertung:
Logdatei
Statistische Auswertung
Heute
gekochte
Kannen
20
0
Kaffee-
temperatur
100°C
15°C
Betriebsstunden: 120h
Wasserverbrauch: 60l
Kaffeeverbrauch: 16,4kg
Durchlaufdauer : 1` 2" pro Tasse
Bestellung
Email
Einstellung
Links
Statistik
Hilfe
Abb. 3.7 Statistische Auswertung
3.2 Die Internetfunktionen
30
Götz von Arnim
TU-Berlin
Form von QuickTime Filmen könnten die Bedienung veranschaulichen. Die Online Hilfe lie-
ße sich in drei Bereiche aufteilen:
1. Internet Bedienung,
2. Gebrauchsanweisung und
3. Typenschild für Servicemeldungen.
In Abbildung
3.8 Online Hilfe
ist die Möglichkeit einer Online Hilfe kurz angedeutet.
3.2.6 Funktion Links zum Thema Kaffee und Kaffeegeschäften
Die Schwierigkeit von Links ist deren redaktionelle Verwaltung. Sie müssen stets auf ihre Ak-
tualität, korrekte Schreibweise sowie auf den inhaltlichen Bezug zur eigenen Internetseite ge-
prüft werden. Das Internet ist ein schnellebiges Medium, in dem sich die Inhalte ständig än-
dern können. Wenn eine Linksammlung sich nicht zum ungern genutztem brach liegendem
Werkzeug entwickeln soll, so muß diese in regelmäßigen Abständen überarbeitet werden. In
Abbildung
3.9 Links
sind die drei wichtigsten Verbindungen aufgelistet, die für eine Internet-
Kaffeemaschine in Frage kommen. Die Verbindung zum Servicepartner erlaubt das Einholen
von Reparaturhinweisen oder Vereinbarungen für einen Servicetermin, zudem evtl. vorab die
Internet
Kaffeemaschine
© 26.04.2001 Götz von Arnim
Online Hilfe
Internet Bedienung
Gebrauchsanweisung Typenschild
zurück zur Übersicht
2. Filterpapier (1 x 4) einsetzen und Kaffeepulver (nicht zu fein
gemahlen) einfüllen. Menge an Kaffeepulver je nach Geschmack.
Bestellung
Email
Einstellung
Links
Statistik
Hilfe
Abb. 3.8 Online Hilfe
3.2 Die Internetfunktionen
31
Götz von Arnim
TU-Berlin
Angaben des Typenschildes und technische Daten zugestellt werden können. Eine weitere
Verbindung zum Online Laden eines Vertragshändlers könnte die Routine der Bestellung von
Kaffeepulver und sonstigen Zutaten erleichtern.
3.2.7 Funktion Statusanzeige der Internet-Kaffeemaschine
Ideal wäre es, wenn die Statusanzeige der Internet-Kaffeemaschine inhaltlich zeitgleich mit
dem realen Zustand der Maschine korrespondieren würde. Eine graphische Darstellung der
Zustände gibt dem Benutzer das Gefühl der Sicherheit und mittelbaren Teilnahme an dem dy-
namischen Prozeß, obwohl er räumlich von der Internet-Kaffeemaschine getrennt ist. Die rea-
listische Darstellung der Zustände ist sehr stark von der Art und Qualität der eingesetzten Sen-
soren in der Maschine abhängig, denn nur das, was sie erfassen und messen können, kann
übertragen und ausgewertet werden. Im Abschnitt 2.2 Die Funktionsanalyse einer Haus-
haltskaffeemaschine ist erläutert worden, welche Zustände erfaßt werden sollten, um den
Brühprozeß zu steuern. Diese Zustände reichen aus, den Status der Internet-Kaffeemaschine
abzuleiten und folgende Fragestellungen durch eine visualisierte Darstellung zu beantworten:
Internet
Kaffeemaschine
Kaffeepulver ist alle!
Filtertüten gehen zur Neige!
© 26.04.2001 Götz von Arnim
Linksammlung
Service
bei technischen Fragen oder Servicetermin
technische Daten
bei technischen Fragen evtl. auch dem
Service mitschicken
Dutmayer
Online Laden für Lebensmittel
Wiener Kaffeehaus Geschichte
Wiener Kaffeehaus Museum
Kaffee Einstein
Bestellung
Email
Einstellung
Links
Statistik
Hilfe
Abb. 3.9 Links
3.2 Die Internetfunktionen
32
Götz von Arnim
TU-Berlin
Ist die Kaffeekanne vorhanden?
Wenn ja, wieviele Tassen Kaffee sind in der Kaffeekanne?
Kann Kaffee gekocht werden?
Ist der Brühprozeß abgeschlossen?
Läuft der Warmhalteprozeß?
Wie ist die Kaffeestärke?
Wie heiß ist der Kaffee?
Die Realisierung der beschriebenen Funktionen der idealisierten Internet-Kaffeemaschine ist
sehr stark abhängig von der Art der eingesetzten Sensoren, der Leistungsfähigkeit des Mini-
Web-Servers und dem Softwarekonzept. Ist eine Internet-Kaffeemaschine erst einmal als Teil-
nehmer an das riesige Netzwerk, das Internet, angeschlossen, so sind sicherlich noch weitere
Funktionalitäten denkbar, die hier noch nicht erwähnt worden sind. Diese Annahmen sind ge-
nauso spekulativ, wie die obigen erwähnten theoretischen Abhandlungen. Wichtig ist, daß die-
se Funktionen auf ihre Gebräuchlichkeit hin getestet werden und untersucht wird, ob sie vom
Benutzer auch tatsächlich intensiv genutzt werden. Auch hier kann ein technischer Wasser-
kopf die Durchsetzungsfähigkeit auf dem Markt verringern. Doch muß vor dem zweiten
Schritt erst der erste erfolgen, nämlich die Realisierung eines Prototypen.
Ende der Leseprobe aus 143 Seiten
- nach oben
Details
- Arbeit zitieren
- , 2001, Realisierung einer Internetplattform zur Bereitstellung von Nutzungsdaten einer Kaffeemaschine, Hamburg, Bedey Media GmbH, https://www.diplom.de/document/219959
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