Technische Beeinflussbarkeit der Geschmacksache Kaffee - Benutzerbeiträge [de]

Projektrücksprache 24.04.2026

2026-04-27T12:48:30Z

Tillmann Haas:

= Besprechungsprotokoll =
Projektarbeit – Rücksprachetermin
Ort: Zoom-Meeting
Datum: 24.04.2026
Zeit: 17:00 – 19:30 Uhr
Teilnehmer: Konstantin Rupprecht, Loic Aboufiras, Felix Kerner, Tillmann Haas, Francis Booth, Armin Rohnen
Moderator: Francis Booth
Protokollant: Tillmann Haas

== Top 1) Annahme des Protokolls vom 02.04.2026 ==
Das Protokoll wurde nach Korrektur der Formatierung, insbesondere der Strukturierung der Tagesordnungspunkte und des Inhaltsverzeichnisses, von allen Teilnehmern akzeptiert. Das Protokoll ist damit angenommen.

== Top 2) Annahme des Protokolls vom 17.04.2026 ==
Das Protokoll wurde ohne Einwände von allen Teilnehmern angenommen.

== Top 3) Wiedervorlage Arbeitspaket „Startprozedur“ ==
Die Aufgabenanalyse wurde bereits abgestimmt, jedoch noch nicht im Wiki dokumentiert. Die Dokumentation der Startprozedur ist derzeit noch ausstehend. Es wurde verbindlich vereinbart, dass die Dokumentation bestehend aus Aufgabenanalyse und Zielvereinbarung bis spätestens zum 25.04.2026 am frühen Morgen im Wiki eingepflegt wird. Darüber hinaus wird die vollständig ausformulierte Dokumentation der Startprozedur bis zum Ende des Wochenendes erstellt. Die Wiedervorlage dieses Arbeitspakets erfolgt im nächsten Rücksprachetermin am 08.05.2026.

== Top 4) UART-Kommunikation und Token-Definition ==
Die UART-Kommunikation ist grundsätzlich funktionsfähig, jedoch fehlt eine verbindliche Definition der benötigten Token. Es wurde festgestellt, dass hierfür eine enge Abstimmung zwischen den beteiligten Gruppenmitgliedern erforderlich ist. Verzögerungen in diesem Bereich führen zu erheblichen Auswirkungen auf den weiteren Projektverlauf. Es wurde verbindlich vereinbart, dass ein erster funktionsfähiger Entwurf der Token mit einem Erfüllungsgrad von etwa 75 Prozent bis zum 30.04.2026 vorliegt. Die beteiligten Mitglieder Konstantin Rupprecht, Loic Aboufiras, Felix Kerner und Francis Booth sind verpflichtet, die Abstimmung gemeinsam durchzuführen. Die Wiedervorlage dieses Arbeitspakets erfolgt am 30.04.2026.

== Top 5) Mehrkern-Nutzung (STM32) ==
Die Dokumentation zur Mehrkern-Nutzung befindet sich derzeit in Bearbeitung. Es wurde vereinbart, dass die Dokumentation bis zur nächsten Rücksprache vollständig erstellt wird. Die Wiedervorlage dieses Arbeitspakets erfolgt am 08.05.2026.

== Top 6) Integration Display ==
Die Aufgabenanalyse sowie die Zielvereinbarung sind aktuell noch nicht im Wiki dokumentiert. Es wurde verbindlich festgelegt, dass diese bis spätestens zum 25.04.2026 am frühen Morgen eingepflegt werden. Zusätzlich ist eine Abstimmung mit dem STM32 hinsichtlich der Pinbelegung und des Datenflusses erforderlich. Weiterhin ist eine Funktionsanalyse durchzuführen. Diese Funktionsanalyse ist bis zum 06.05.2026 fertigzustellen. Die Wiedervorlage dieses Arbeitspakets erfolgt am 08.05.2026.

== Top 7) Vertikalhebel und Hardware-Anbindung ==
Das Arbeitspaket ist derzeit noch nicht im Wiki dokumentiert und steht in engem Zusammenhang mit der Display-Integration. Es wurde vereinbart, dass die Aufgabenanalyse sowie die Zielvereinbarung bis zum 25.04.2026 am frühen Morgen im Wiki eingepflegt werden. Die Wiedervorlage dieses Arbeitspakets erfolgt am 12.06.2026.

== Top 8) Maschinensimulator ==
Die Aufgabenanalyse sowie die Zielvereinbarung sind aktuell noch nicht im Wiki hinterlegt. Die Priorisierung wurde dahingehend angepasst, dass zunächst die Token-Definition abgeschlossen werden muss, bevor mit der Simulation fortgefahren wird. Es wurde vereinbart, dass die entsprechenden Inhalte bis zum 25.04.2026 am frühen Morgen im Wiki eingepflegt werden. Zudem ist eine Abstimmung zur Validierung der Messwerte erforderlich. Darüber hinaus findet ein Präsenztermin am kommenden Montag von 15:00 bis 17:00 Uhr bei Herrn Rohnen statt, um die Arbeiten am Simulator zu konkretisieren. Die Wiedervorlage dieses Arbeitspakets erfolgt am 08.05.2026.

== Top 9) Wartungs-App ==
Die Aufgabenanalyse sowie die Zielvereinbarung sind bereits im Wiki vorhanden. Der Fokus liegt auf der weiteren Ausarbeitung des Funktionsumfangs sowie der Abstimmung mit der Token-Definition. Es wurde vereinbart, dass an dem gemeinsamen Termin mit dem Maschinensimulator teilgenommen wird und die Anforderungen sowie die Architektur der Anwendung weiter konkretisiert werden. Ein erster konkreter Output inklusive Dokumentation wird bis zum 08.05.2026 erwartet. Die Wiedervorlage dieses Arbeitspakets erfolgt ebenfalls am 08.05.2026.

== Top 10) Regler (Boilerfüllstand, Druck, Temperatur und Durchfluss) ==
Für das Arbeitspaket Regler wurden im Meeting konkrete Wiedervorlagen sowie ein Abstimmungstermin festgelegt. Es wurde vereinbart, dass die Wiedervorlage des Boilerfüllstandsreglers am 08.05.2026 erfolgt. Die Wiedervorlage des Boilerdruckreglers ist für den 15.05.2026 vorgesehen. Der Temperaturregler wird am 10.06.2026 erneut vorgelegt und der Durchflussregler am 08.07.2026. Zusätzlich wurde vereinbart, dass sich Tillmann Haas am kommenden Dienstag um 14:00 Uhr mit Herrn Rohnen trifft, um eine Basisplatine entgegenzunehmen und die Testung des Reglercodes abzustimmen.

== Top 11) Projektplanung und Koordination ==
Der aktuelle Projektplan ist unvollständig und weist Abstimmungsprobleme auf. Es wurde vereinbart, dass ein überarbeiteter und vollständiger Projektplan bis spätestens zum 30.04.2026 am Morgen vorliegt. Darüber hinaus soll eine klare Verantwortlichkeit für die Pflege des Projektplans festgelegt werden. Zusätzlich ist eine verbesserte interne Abstimmung innerhalb der Gruppe erforderlich.

== Top 12) Nächster Rücksprachetermin ==
Der nächste Rücksprachetermin findet am 08.05.2026 um 17:00 Uhr statt.

== Zusammenfassung der wichtigsten verbindlichen Termine ==
Die Einpflege der Wiki-Inhalte für die Arbeitspakete Startprozedur, Display, Vertikalhebel und Maschinensimulator erfolgt bis zum 25.04.2026 am frühen Morgen. Die Dokumentation der Startprozedur wird bis zum Ende des Wochenendes fertiggestellt. Am darauffolgenden Montag findet von 15:00 bis 17:00 Uhr ein Vor-Ort-Termin zur Abstimmung von Maschinensimulator und Wartungs-App statt.
Bis zum 30.04.2026 wird ein erster Entwurf der Token-Definition erstellt und ein überarbeiteter Projektplan vorgelegt. Die Funktionsanalyse für das Display wird bis zum 06.05.2026 abgeschlossen. Am 08.05.2026 werden erste Ergebnisse der Wartungs-App sowie der Boilerfüllstandsregler vorgestellt.
Weitere Wiedervorlagen sind für den Boilerdruckregler am 15.05.2026, für den Temperaturregler am 10.06.2026, für den Vertikalhebel am 12.06.2026 sowie für den Durchflussregler am 08.07.2026 vorgesehen.
Der nächste Rücksprachetermin findet am 08.05.2026 um 17:00 Uhr statt.

Projektrücksprache 24.04.2026

2026-04-27T12:46:26Z

Tillmann Haas: Die Seite wurde neu angelegt: „= Besprechungsprotokoll = Projektarbeit – Rücksprachetermin Ort: Zoom-Meeting Datum: 24.04.2026 Zeit: 17:00 – 19:30 Uhr Teilnehmer: Konstantin Rupprecht, Loic Aboufiras, Felix Kerner, Tillmann Haas, Francis Booth, Armin Rohnen Moderator: Francis Booth Protokollant: Tillmann Haas == Top 1) Annahme des Protokolls vom 02.04.2026 == Das Protokoll wurde nach Korrektur der Formatierung, insbesondere der Strukturierung der Tagesordnungspunkte und des Inhal…“

= Besprechungsprotokoll =
Projektarbeit – Rücksprachetermin
Ort: Zoom-Meeting
Datum: 24.04.2026
Zeit: 17:00 – 19:30 Uhr
Teilnehmer: Konstantin Rupprecht, Loic Aboufiras, Felix Kerner, Tillmann Haas, Francis Booth, Armin Rohnen
Moderator: Francis Booth
Protokollant: Tillmann Haas

== Top 1) Annahme des Protokolls vom 02.04.2026 ==
Das Protokoll wurde nach Korrektur der Formatierung, insbesondere der Strukturierung der Tagesordnungspunkte und des Inhaltsverzeichnisses, von allen Teilnehmern akzeptiert. Das Protokoll ist damit angenommen.

Top 2) Annahme des Protokolls vom 17.04.2026
Das Protokoll wurde ohne Einwände von allen Teilnehmern angenommen.

Top 3) Wiedervorlage Arbeitspaket „Startprozedur“
Die Aufgabenanalyse wurde bereits abgestimmt, jedoch noch nicht im Wiki dokumentiert. Die Dokumentation der Startprozedur ist derzeit noch ausstehend. Es wurde verbindlich vereinbart, dass die Dokumentation bestehend aus Aufgabenanalyse und Zielvereinbarung bis spätestens zum 25.04.2026 am frühen Morgen im Wiki eingepflegt wird. Darüber hinaus wird die vollständig ausformulierte Dokumentation der Startprozedur bis zum Ende des Wochenendes erstellt. Die Wiedervorlage dieses Arbeitspakets erfolgt im nächsten Rücksprachetermin am 08.05.2026.

Top 4) UART-Kommunikation und Token-Definition
Die UART-Kommunikation ist grundsätzlich funktionsfähig, jedoch fehlt eine verbindliche Definition der benötigten Token. Es wurde festgestellt, dass hierfür eine enge Abstimmung zwischen den beteiligten Gruppenmitgliedern erforderlich ist. Verzögerungen in diesem Bereich führen zu erheblichen Auswirkungen auf den weiteren Projektverlauf. Es wurde verbindlich vereinbart, dass ein erster funktionsfähiger Entwurf der Token mit einem Erfüllungsgrad von etwa 75 Prozent bis zum 30.04.2026 vorliegt. Die beteiligten Mitglieder Konstantin Rupprecht, Loic Aboufiras, Felix Kerner und Francis Booth sind verpflichtet, die Abstimmung gemeinsam durchzuführen. Die Wiedervorlage dieses Arbeitspakets erfolgt am 30.04.2026.

Top 5) Mehrkern-Nutzung (STM32)
Die Dokumentation zur Mehrkern-Nutzung befindet sich derzeit in Bearbeitung. Es wurde vereinbart, dass die Dokumentation bis zur nächsten Rücksprache vollständig erstellt wird. Die Wiedervorlage dieses Arbeitspakets erfolgt am 08.05.2026.

Top 6) Integration Display
Die Aufgabenanalyse sowie die Zielvereinbarung sind aktuell noch nicht im Wiki dokumentiert. Es wurde verbindlich festgelegt, dass diese bis spätestens zum 25.04.2026 am frühen Morgen eingepflegt werden. Zusätzlich ist eine Abstimmung mit dem STM32 hinsichtlich der Pinbelegung und des Datenflusses erforderlich. Weiterhin ist eine Funktionsanalyse durchzuführen. Diese Funktionsanalyse ist bis zum 06.05.2026 fertigzustellen. Die Wiedervorlage dieses Arbeitspakets erfolgt am 08.05.2026.

Top 7) Vertikalhebel und Hardware-Anbindung
Das Arbeitspaket ist derzeit noch nicht im Wiki dokumentiert und steht in engem Zusammenhang mit der Display-Integration. Es wurde vereinbart, dass die Aufgabenanalyse sowie die Zielvereinbarung bis zum 25.04.2026 am frühen Morgen im Wiki eingepflegt werden. Die Wiedervorlage dieses Arbeitspakets erfolgt am 12.06.2026.

Top 8) Maschinensimulator
Die Aufgabenanalyse sowie die Zielvereinbarung sind aktuell noch nicht im Wiki hinterlegt. Die Priorisierung wurde dahingehend angepasst, dass zunächst die Token-Definition abgeschlossen werden muss, bevor mit der Simulation fortgefahren wird. Es wurde vereinbart, dass die entsprechenden Inhalte bis zum 25.04.2026 am frühen Morgen im Wiki eingepflegt werden. Zudem ist eine Abstimmung zur Validierung der Messwerte erforderlich. Darüber hinaus findet ein Präsenztermin am kommenden Montag von 15:00 bis 17:00 Uhr bei Herrn Rohnen statt, um die Arbeiten am Simulator zu konkretisieren. Die Wiedervorlage dieses Arbeitspakets erfolgt am 08.05.2026.

Top 9) Wartungs-App
Die Aufgabenanalyse sowie die Zielvereinbarung sind bereits im Wiki vorhanden. Der Fokus liegt auf der weiteren Ausarbeitung des Funktionsumfangs sowie der Abstimmung mit der Token-Definition. Es wurde vereinbart, dass an dem gemeinsamen Termin mit dem Maschinensimulator teilgenommen wird und die Anforderungen sowie die Architektur der Anwendung weiter konkretisiert werden. Ein erster konkreter Output inklusive Dokumentation wird bis zum 08.05.2026 erwartet. Die Wiedervorlage dieses Arbeitspakets erfolgt ebenfalls am 08.05.2026.

Top 10) Regler (Boilerfüllstand, Druck, Temperatur und Durchfluss)
Für das Arbeitspaket Regler wurden im Meeting konkrete Wiedervorlagen sowie ein Abstimmungstermin festgelegt. Es wurde vereinbart, dass die Wiedervorlage des Boilerfüllstandsreglers am 08.05.2026 erfolgt. Die Wiedervorlage des Boilerdruckreglers ist für den 15.05.2026 vorgesehen. Der Temperaturregler wird am 10.06.2026 erneut vorgelegt und der Durchflussregler am 08.07.2026. Zusätzlich wurde vereinbart, dass sich Tillmann Haas am kommenden Dienstag um 14:00 Uhr mit Herrn Rohnen trifft, um eine Basisplatine entgegenzunehmen und die Testung des Reglercodes abzustimmen.

Top 11) Projektplanung und Koordination
Der aktuelle Projektplan ist unvollständig und weist Abstimmungsprobleme auf. Es wurde vereinbart, dass ein überarbeiteter und vollständiger Projektplan bis spätestens zum 30.04.2026 am Morgen vorliegt. Darüber hinaus soll eine klare Verantwortlichkeit für die Pflege des Projektplans festgelegt werden. Zusätzlich ist eine verbesserte interne Abstimmung innerhalb der Gruppe erforderlich.

Top 12) Nächster Rücksprachetermin
Der nächste Rücksprachetermin findet am 08.05.2026 um 17:00 Uhr statt.

Zusammenfassung der wichtigsten verbindlichen Termine
Die Einpflege der Wiki-Inhalte für die Arbeitspakete Startprozedur, Display, Vertikalhebel und Maschinensimulator erfolgt bis zum 25.04.2026 am frühen Morgen. Die Dokumentation der Startprozedur wird bis zum Ende des Wochenendes fertiggestellt. Am darauffolgenden Montag findet von 15:00 bis 17:00 Uhr ein Vor-Ort-Termin zur Abstimmung von Maschinensimulator und Wartungs-App statt.
Bis zum 30.04.2026 wird ein erster Entwurf der Token-Definition erstellt und ein überarbeiteter Projektplan vorgelegt. Die Funktionsanalyse für das Display wird bis zum 06.05.2026 abgeschlossen. Am 08.05.2026 werden erste Ergebnisse der Wartungs-App sowie der Boilerfüllstandsregler vorgestellt.
Weitere Wiedervorlagen sind für den Boilerdruckregler am 15.05.2026, für den Temperaturregler am 10.06.2026, für den Vertikalhebel am 12.06.2026 sowie für den Durchflussregler am 08.07.2026 vorgesehen.
Der nächste Rücksprachetermin findet am 08.05.2026 um 17:00 Uhr statt.

Mikrocontroller Programmierung in MicroPython SoSe 2026

2026-04-21T15:41:27Z

Tillmann Haas: /* Verlagerung der Regler Syntax */

<htmltag tagname="img" src="https://vg07.met.vgwort.de/na/3e58d840a91b42ac97ee493cdd085245" width="1" height="1" alt=""></htmltag>
[[Datei:Breites Logoband.png|mini|zentriert|hochkant=2.5]] 

= Mikrocontroller Programmierung in MicroPython Sommersemester 2026 =
Für die Projekte zur labortechnischen Espressomaschine (und weiteren Derivaten) ist die Mikrokontroller-Programmierung einer Steuerungselektronik erforderlich.

Die Programmierung der Mikrocontroller erfolgt in MicroPython und die übergeordnete Steuerung ist eine MATLAB®-APP mit einem Prozessschaubild. Die Grundfunktionalität dieses Vorgehensweise ist in der Quellenliste unter [40] (MATLAB® meets MicroPython) beschrieben.

Das Projekt wurde bereits durch eine Projektgruppe bearbeitet und hat einen Projektstand, der jedoch noch nicht die gesamte erforderliche Steuerungsfunktionalität umfasst.

Es wird angestrebt eine Steuerung auf Basis eines Nucleo STM32H743ZI2 zu erstellen. Dies würde die aktuell drei Steuerungsplatinen und Mikrocontroller auf einen reduzieren. Kommunikation wäre dann lediglich zum Displaycontroller erforderlich.

= Aufgabenanalyse =
==UART-Kommunikation==
Es soll eine Stern-Topologie implementiert werden, welche die UART-Kommunikation
zu einem separaten Display-Controller, dem Maschinensimulator und der Wartungs-
App herstellt. Dabei sind Sende- und Empfangs-Token f¨ ur das Display, die Wartungs-App und den Maschinensimulator einzuf¨ uhren. Es gilt dabei, den Umfang und Takt der
neuen Token festzulegen.

==Mehrkernnutzung und/oder Multitasking==

Es gibt bestimmte Vorgänge, welche regelmäßig zur Unterbrechung des Pro-
grammablaufs führen. Es gilt, diese Vorgänge zu identifizieren und umzuleiten,
damit diese den Programmablauf nicht mehr unterbrechen. Die Möglichkeit
der Mehrkernnutzung fällt dabei aus, da der STM32H753ZI nur über einen
M7-Kern verfügt. Dank der Hardware-Unterstützung DMA sowie der Nutzung
der uasyncio-Library besteht die Möglichkeit, die Vorgänge umzuleiten. Somit
können die Unterbrechungen des Programmablaufs reduziert werden.

== Maschinensimulator ==

== Füllstandsregler ==
Die Füllstandsregelung erkennt den Füllstand über eine Kurzschlussdetektion. Liegt kein
Kurzschluss vor, wird dies als zu niedriger Füllstand interpretiert und der Boilerdruckregler
zur Vermeidung von Trockenheizen gesperrt. Beim Erreichen des Sollfüllstands erfolgt eine
gezielte Überfüllung bei reduzierter Pumpenspannung, um ein periodisches Ein- und
Ausschalten der Regelung zu vermeiden. Da die in der MATLAB®-GUI realisierte Boiler Füllstandsregelung aus [114] bereits in einem ersten Stand in MicroPython übertragen
wurde, liegt der Fokus hier auf der Validierung am Maschinensimulator sowie der
Abstimmung mit den Schnittstellenpartnern.

== Boilerdruckregelung ==
Ziel ist es, die bisher in der MATLAB®-GUI realisierte Boilerdruckregelung aus [114], die auf
einem PD-Regler basiert, vollständig zu übertragen, sodass die Regelung unabhängig von der
externen PC-Umgebung arbeitet.

== Mischtemperaturregler ==
Der Mischtemperaturregler nach [114] dient zur Regelung der Kaffee- und
Teewassertemperatur und wird als PID-Regler für das Mischventil umgesetzt. Die Stellgröße
ist dabei die Verstellung des Mischventils. Der Temperatursollwert wird aus dem jeweils
aktiven Rezept vorgegeben. Da die Regelung vom aktuellen Durchfluss abhängt, wird eine
Kaskadenstruktur verwendet. In dieser Struktur arbeitet der Durchflussregler als innerer,
schneller Regelkreis, während der Mischtemperaturregler den äußeren Regelkreis bildet und
die Ergebnisse des inneren Kreises berücksichtigt. Daraus ergibt sich ein besonderes
Augenmerk auf das Testen des Zusammenspiels der beiden Regler anhand des
Maschinensimulators, um das Ziel – die Implementierung dieser Kaskadenregelung auf dem
STM32 – zu erreichen.

== Durchflussregler ==
Ein Durchflussregler, der in MATLAB® gemäß [114] vorliegt, wird als PID-Regler in
MicroPython umgesetzt. Durch die Anpassung der Pumpendrehzahl über einen
Spannungssollwert von 0–5 V kann ein konstanter oder ein profildefinierter Volumenstrom
entsprechend der Sollwertvorgabe realisiert werden. Als innerer Regelkreis liefert er
kontinuierlich Durchflusswerte an den Mischtemperaturregler. Daraus ergibt sich der Fokus
auf der Implementierung und dem Test des Reglers sowie auf der Validierung seines
Zusammenspiels mit dem übergeordneten Mischtemperaturregler im Maschinensimulator,
um die Integration auf dem STM32 sicherzustellen.

== Startprozedur ==

== Display ==

== STM32 ==
Als Haupt-MCU soll ein STM32H753ZI-Controller verwendet werden. Es soll sichergestellt
werden, dass die vorinstallierten Steckerleisten CN7 bis CN10 ausreichend Pins für
Definition der benötigten UART-, ADC-, DAC- und GPIO-Pins aufweisen. 
Die Boilerdruck-, die Wassertemperatur-, die Durchfluss- und die Füllstandsregelung des
Boilers müssen implementiert werden. Es soll ebenfalls eine UART-Kommunikation für ein
Touch-Display, einen Maschinensimulator sowie eine Möglichkeit zum Anschließen einer
Wartungs-App programmiert werden. Um einen geordneten Ablauf der einzelnen
Komponenten bei Inbetriebnahme der Maschine zu gewährleisten, soll eine Startprozedur
programmiert werden

== Wartungs - APP ==
Es müssen der Inhalt des Wartungs-Token definiert werden, ein GUI-Layout erstellt werden, ein Kommunikationsaufbau mit dem Maschinensimulator hergestellt werden, die Darstellung der Messwerte, eine manuelle Startprozedur, das Schalten von Magnetventilen, die Einstellung von Sollwertvorgaben (Boilerdruck, Bezugswassertemperatur, Durchfluss) und manuellen Stellwerten für das PWM-Heizelement, die Pumpenansteuerung und die Stellung des Dosierventils sowie die Messwertspeicherung und das Logging programmiert werden. Die App ist bis zu einem funktionsfähigen Prototypen erforderlich.

= Leistungsvereinbarung =

== Wartungs - APP ==
Die aktuelle MATLAB®-GUI soll in eine komfortable Bedienoberfläche für Wartungs- und Einstellarbeiten überführt werden. Bei aktivierter Wartungs-App sollen sämtliche Tastenfunktionen und die Vertikalhebelfunktion nutzbar sein und zudem alle Aktoren (Magnetventile, Pumpenleistung und Schrittmotorverstellungen) über diese App angesteuert werden können. Des Weiteren soll die bisherige Visualisierung der Messwerte und Schaltzustände erhalten bleiben. Dies allerdings mit einer geringeren Aktualisierungsrate, da vier Aktualisierungen pro Sekunde als ausreichend angesehen werden.

==UART-Kommunikation==
Um die spezifischen Daten von dem STM32H7 auf das Display zu übertragen, sowie
Steuerbefehle des Displays für den STM32H7, wird ein neue UART-Schnittstelle mit Display-Token eingeführt. Ebenfalls wird eine UART-Kommunikation mit entsprechendem Token für
Maschinensimulator und der Wartungs-App implementiert. Dabei soll ein Gateway den
Zugriff für die Wartungs-App integriert werden.

==Multitasking==
Die direkte Hardware-Unterstützung über DMA gestaltet sich schwierig in MicroPython, da
sie von MicroPython automatisch verwendet wird (bspw. bei Buffern) und nur über
Registeraccess direkt ausgeführt werden kann. Daher wird die Nutzung der uasyncio-Library
bevorzugt, welche die Vorgänge, die den Programmablauf verzögern, umleitet. Dadurch soll
das Programm reibungsfreier ablaufen.

==STM32H7==
Die bestehenden Regelkreise, Füllstandsregelung (Boiler und Tanks), Boilerdruckregelung,
Mischtemperaturregelung und Durchflussregelung werden von den drei Microcontroller auf
den STM32H7 verlagert. Ebenfalls erfolgt die Migration der Messwerterfassung aller
verbauten Sensoren auf die neue STM32H7-Plattform. 
Zusätzlich wird eine UART-Kommunikation implementiert, die die Anbindung des Displays,
eines Maschinensimulators sowie für den Zugriff durch eine externe Wartungs-App über
einem Gateway ermöglicht. 
Um einen geordneten Ablauf der einzelnen Komponenten bei Inbetriebnahme der Maschine
zu gewährleisten, wird eine Startprozedur programmiert. 
Die Hardware-Umsetzung wird von LfbA Armin Rohnen übernommen.

== Verlagerung der Regler Syntax ==
Ziel dieser Arbeit ist die vollständige Übertragung der in MATLAB® implementierten Regelalgorithmen aus [114] in MicroPython sowie deren Vorbereitung für die Implementierung auf einer STM32‑MCU. Die Umsetzung erfolgt entlang der bestehenden Reglerstruktur: Füllstandsregler, Boilerdruckregelung, Mischtemperaturregler und Durchflussregler.

= Besprechungsprotokolle und weitere Unterlagen =
* [[:Datei:20260214 Abschlusspraesentation.pdf|Übergabepräsentation Vorgänger]]
* [[:Datei:20260326 Projektstart.pdf|Aktueller Projektstand]]
* [[Projektstart 26.03.2026]]
* [[Projektrücksprache 02.04.2026]]
* [[Projektrücksprache 09.04.2026]]
* [[Projektrücksprache 17.04.2026]]
* [[Projektrücksprache 24.04.2026]]
* [[Projektrücksprache 08.05.2026]]
* [[Projektrücksprache 15.05.2026]]
* [[Projektrücksprache 22.05.2026]]
* [[Projektrücksprache 29.05.2026]]
* [[Projektrücksprache 05.06.2026]]
* [[Projektrücksprache 12.06.2026]]
* [[Projektrücksprache 19.06.2026]]
* [[Projektrücksprache 03.07.2026]]
* [[Projektrücksprache 10.07.2026]]
* [[Projektrücksprache 24.07.2026]]
* [[Abschlusspräsentation 31.07.2026]]

Mikrocontroller Programmierung in MicroPython SoSe 2026

2026-04-21T15:39:54Z

Tillmann Haas: /* Leistungsvereinbarung */

<htmltag tagname="img" src="https://vg07.met.vgwort.de/na/3e58d840a91b42ac97ee493cdd085245" width="1" height="1" alt=""></htmltag>
[[Datei:Breites Logoband.png|mini|zentriert|hochkant=2.5]] 

= Mikrocontroller Programmierung in MicroPython Sommersemester 2026 =
Für die Projekte zur labortechnischen Espressomaschine (und weiteren Derivaten) ist die Mikrokontroller-Programmierung einer Steuerungselektronik erforderlich.

Die Programmierung der Mikrocontroller erfolgt in MicroPython und die übergeordnete Steuerung ist eine MATLAB®-APP mit einem Prozessschaubild. Die Grundfunktionalität dieses Vorgehensweise ist in der Quellenliste unter [40] (MATLAB® meets MicroPython) beschrieben.

Das Projekt wurde bereits durch eine Projektgruppe bearbeitet und hat einen Projektstand, der jedoch noch nicht die gesamte erforderliche Steuerungsfunktionalität umfasst.

Es wird angestrebt eine Steuerung auf Basis eines Nucleo STM32H743ZI2 zu erstellen. Dies würde die aktuell drei Steuerungsplatinen und Mikrocontroller auf einen reduzieren. Kommunikation wäre dann lediglich zum Displaycontroller erforderlich.

= Aufgabenanalyse =
==UART-Kommunikation==
Es soll eine Stern-Topologie implementiert werden, welche die UART-Kommunikation
zu einem separaten Display-Controller, dem Maschinensimulator und der Wartungs-
App herstellt. Dabei sind Sende- und Empfangs-Token f¨ ur das Display, die Wartungs-App und den Maschinensimulator einzuf¨ uhren. Es gilt dabei, den Umfang und Takt der
neuen Token festzulegen.

==Mehrkernnutzung und/oder Multitasking==

Es gibt bestimmte Vorgänge, welche regelmäßig zur Unterbrechung des Pro-
grammablaufs führen. Es gilt, diese Vorgänge zu identifizieren und umzuleiten,
damit diese den Programmablauf nicht mehr unterbrechen. Die Möglichkeit
der Mehrkernnutzung fällt dabei aus, da der STM32H753ZI nur über einen
M7-Kern verfügt. Dank der Hardware-Unterstützung DMA sowie der Nutzung
der uasyncio-Library besteht die Möglichkeit, die Vorgänge umzuleiten. Somit
können die Unterbrechungen des Programmablaufs reduziert werden.

== Maschinensimulator ==

== Füllstandsregler ==
Die Füllstandsregelung erkennt den Füllstand über eine Kurzschlussdetektion. Liegt kein
Kurzschluss vor, wird dies als zu niedriger Füllstand interpretiert und der Boilerdruckregler
zur Vermeidung von Trockenheizen gesperrt. Beim Erreichen des Sollfüllstands erfolgt eine
gezielte Überfüllung bei reduzierter Pumpenspannung, um ein periodisches Ein- und
Ausschalten der Regelung zu vermeiden. Da die in der MATLAB®-GUI realisierte Boiler Füllstandsregelung aus [114] bereits in einem ersten Stand in MicroPython übertragen
wurde, liegt der Fokus hier auf der Validierung am Maschinensimulator sowie der
Abstimmung mit den Schnittstellenpartnern.

== Boilerdruckregelung ==
Ziel ist es, die bisher in der MATLAB®-GUI realisierte Boilerdruckregelung aus [114], die auf
einem PD-Regler basiert, vollständig zu übertragen, sodass die Regelung unabhängig von der
externen PC-Umgebung arbeitet.

== Mischtemperaturregler ==
Der Mischtemperaturregler nach [114] dient zur Regelung der Kaffee- und
Teewassertemperatur und wird als PID-Regler für das Mischventil umgesetzt. Die Stellgröße
ist dabei die Verstellung des Mischventils. Der Temperatursollwert wird aus dem jeweils
aktiven Rezept vorgegeben. Da die Regelung vom aktuellen Durchfluss abhängt, wird eine
Kaskadenstruktur verwendet. In dieser Struktur arbeitet der Durchflussregler als innerer,
schneller Regelkreis, während der Mischtemperaturregler den äußeren Regelkreis bildet und
die Ergebnisse des inneren Kreises berücksichtigt. Daraus ergibt sich ein besonderes
Augenmerk auf das Testen des Zusammenspiels der beiden Regler anhand des
Maschinensimulators, um das Ziel – die Implementierung dieser Kaskadenregelung auf dem
STM32 – zu erreichen.

== Durchflussregler ==
Ein Durchflussregler, der in MATLAB® gemäß [114] vorliegt, wird als PID-Regler in
MicroPython umgesetzt. Durch die Anpassung der Pumpendrehzahl über einen
Spannungssollwert von 0–5 V kann ein konstanter oder ein profildefinierter Volumenstrom
entsprechend der Sollwertvorgabe realisiert werden. Als innerer Regelkreis liefert er
kontinuierlich Durchflusswerte an den Mischtemperaturregler. Daraus ergibt sich der Fokus
auf der Implementierung und dem Test des Reglers sowie auf der Validierung seines
Zusammenspiels mit dem übergeordneten Mischtemperaturregler im Maschinensimulator,
um die Integration auf dem STM32 sicherzustellen.

== Startprozedur ==

== Display ==

== STM32 ==
Als Haupt-MCU soll ein STM32H753ZI-Controller verwendet werden. Es soll sichergestellt
werden, dass die vorinstallierten Steckerleisten CN7 bis CN10 ausreichend Pins für
Definition der benötigten UART-, ADC-, DAC- und GPIO-Pins aufweisen. 
Die Boilerdruck-, die Wassertemperatur-, die Durchfluss- und die Füllstandsregelung des
Boilers müssen implementiert werden. Es soll ebenfalls eine UART-Kommunikation für ein
Touch-Display, einen Maschinensimulator sowie eine Möglichkeit zum Anschließen einer
Wartungs-App programmiert werden. Um einen geordneten Ablauf der einzelnen
Komponenten bei Inbetriebnahme der Maschine zu gewährleisten, soll eine Startprozedur
programmiert werden

== Wartungs - APP ==
Es müssen der Inhalt des Wartungs-Token definiert werden, ein GUI-Layout erstellt werden, ein Kommunikationsaufbau mit dem Maschinensimulator hergestellt werden, die Darstellung der Messwerte, eine manuelle Startprozedur, das Schalten von Magnetventilen, die Einstellung von Sollwertvorgaben (Boilerdruck, Bezugswassertemperatur, Durchfluss) und manuellen Stellwerten für das PWM-Heizelement, die Pumpenansteuerung und die Stellung des Dosierventils sowie die Messwertspeicherung und das Logging programmiert werden. Die App ist bis zu einem funktionsfähigen Prototypen erforderlich.

= Leistungsvereinbarung =

== Wartungs - APP ==
Die aktuelle MATLAB®-GUI soll in eine komfortable Bedienoberfläche für Wartungs- und Einstellarbeiten überführt werden. Bei aktivierter Wartungs-App sollen sämtliche Tastenfunktionen und die Vertikalhebelfunktion nutzbar sein und zudem alle Aktoren (Magnetventile, Pumpenleistung und Schrittmotorverstellungen) über diese App angesteuert werden können. Des Weiteren soll die bisherige Visualisierung der Messwerte und Schaltzustände erhalten bleiben. Dies allerdings mit einer geringeren Aktualisierungsrate, da vier Aktualisierungen pro Sekunde als ausreichend angesehen werden.

==UART-Kommunikation==
Um die spezifischen Daten von dem STM32H7 auf das Display zu übertragen, sowie
Steuerbefehle des Displays für den STM32H7, wird ein neue UART-Schnittstelle mit Display-Token eingeführt. Ebenfalls wird eine UART-Kommunikation mit entsprechendem Token für
Maschinensimulator und der Wartungs-App implementiert. Dabei soll ein Gateway den
Zugriff für die Wartungs-App integriert werden.

==Multitasking==
Die direkte Hardware-Unterstützung über DMA gestaltet sich schwierig in MicroPython, da
sie von MicroPython automatisch verwendet wird (bspw. bei Buffern) und nur über
Registeraccess direkt ausgeführt werden kann. Daher wird die Nutzung der uasyncio-Library
bevorzugt, welche die Vorgänge, die den Programmablauf verzögern, umleitet. Dadurch soll
das Programm reibungsfreier ablaufen.

==STM32H7==
Die bestehenden Regelkreise, Füllstandsregelung (Boiler und Tanks), Boilerdruckregelung,
Mischtemperaturregelung und Durchflussregelung werden von den drei Microcontroller auf
den STM32H7 verlagert. Ebenfalls erfolgt die Migration der Messwerterfassung aller
verbauten Sensoren auf die neue STM32H7-Plattform. 
Zusätzlich wird eine UART-Kommunikation implementiert, die die Anbindung des Displays,
eines Maschinensimulators sowie für den Zugriff durch eine externe Wartungs-App über
einem Gateway ermöglicht. 
Um einen geordneten Ablauf der einzelnen Komponenten bei Inbetriebnahme der Maschine
zu gewährleisten, wird eine Startprozedur programmiert. 
Die Hardware-Umsetzung wird von LfbA Armin Rohnen übernommen.

== Verlagerung der Regler Syntax ==
Ziel dieser Arbeit ist die vollständige Übertragung der in MATLAB® implementierten Regelalgorithmen aus [114] in MicroPython sowie deren Vorbereitung für die Implementierung auf einer STM32‑MCU.

Die Umsetzung erfolgt entlang der bestehenden Reglerstruktur: Füllstandsregler, Boilerdruckregelung, Mischtemperaturregler und Durchflussregler.

= Besprechungsprotokolle und weitere Unterlagen =
* [[:Datei:20260214 Abschlusspraesentation.pdf|Übergabepräsentation Vorgänger]]
* [[:Datei:20260326 Projektstart.pdf|Aktueller Projektstand]]
* [[Projektstart 26.03.2026]]
* [[Projektrücksprache 02.04.2026]]
* [[Projektrücksprache 09.04.2026]]
* [[Projektrücksprache 17.04.2026]]
* [[Projektrücksprache 24.04.2026]]
* [[Projektrücksprache 08.05.2026]]
* [[Projektrücksprache 15.05.2026]]
* [[Projektrücksprache 22.05.2026]]
* [[Projektrücksprache 29.05.2026]]
* [[Projektrücksprache 05.06.2026]]
* [[Projektrücksprache 12.06.2026]]
* [[Projektrücksprache 19.06.2026]]
* [[Projektrücksprache 03.07.2026]]
* [[Projektrücksprache 10.07.2026]]
* [[Projektrücksprache 24.07.2026]]
* [[Abschlusspräsentation 31.07.2026]]

Mikrocontroller Programmierung in MicroPython SoSe 2026

2026-04-20T07:45:28Z

Tillmann Haas: /* Durchflussregler */

Mikrocontroller Programmierung in MicroPython SoSe 2026

2026-04-20T07:42:59Z

Tillmann Haas: /* Mischtemperaturregler */

Mikrocontroller Programmierung in MicroPython SoSe 2026

2026-04-20T07:42:09Z

Tillmann Haas: /* Boilerdruckregelung */

Mikrocontroller Programmierung in MicroPython SoSe 2026

2026-04-20T07:41:23Z

Tillmann Haas: /* Füllstandsregler */

Mikrocontroller Programmierung in MicroPython SoSe 2026

2026-04-20T07:40:05Z

Tillmann Haas: /* Füllstandsregler */