Maschinensimulator

Armin Rohnen, 29.10.2025 - Funktionstest MCP4151 (digitaler Widerstand)

Über den Programmcode

1. Setzt den Wiper-Wert (0–255) für den MCP4151 mit Index ch (0–7).
   

def set_poti(ch, value):

   if not 0 <= ch < len(cs):

       raise ValueError('Ungültiger Kanal (0–7)')

   if not 0 <= value <= 255:

       raise ValueError('Wert muss zwischen 0 und 255 liegen')

   cs[ch].value(0)

   spi.write(bytearray([CMD_WRITE << 4, value]))

   cs[ch].value(1)

   
   

1. SPI-Setup
   

spi = SPI(0,

         baudrate=400000,<br<
         sck=Pin(2),

         mosi=Pin(3),

         miso=Pin(4))

1. CS für die digitalen Widerstände, MCP4151
   

cs = [Pin(pin, Pin.OUT, value=1) for pin in (5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12)]

Armin Rohnen, 29.10.2025 - Schaltungsaufbau

Der Schaltplan für den Maschinensimulator ist soweit erstellt. Inhaltlich fehlt die Transistorfolgeschaltung für die Simulation des Flowmetersignals.
Aktuell wird die FUnktionalität des MCP4151-103E/P getestet. Dabei stellt sich heraus, dass sich der Widerstandswert nicht linear zum Einstellwert verhällt. Im Weiteren wurde festgestellt, dass auf dem Breadboard das erforderliche Durchschleifen der SPI-Schnittstelle nicht funktioniert. Damit ist bereits für die schnelle Übergangslösung eine gelötete Platine erforderlich.

Armin Rohnen, 19.10.2025 - Konzept des Maschinensimulators

Für die Steuerungselektronik besteht die Siebträger Espressomaschine aus Messwerten. Dies sind in der aktuellen Form

• 4 NTC Temperatursensoren mit 10 kOhm
• 2 Druckmesswerte im Spannungsbereich 0,5 bis 4,5 V
• Leitwert und Temperatur des zufließenden Wassers im Spannungsbereich 0 bis 5 V
• Flowmeter mit 39,9 Impulsen je ccm
• 4 Füllstandssensoren über Kurzschlussdetektion

Angedacht ist eine Hardware herzustellen, welche diese Messwerte simuliert.

Bei dem Bauelement MCP4151-103E/P handelt es sich um ein digitales 10 kOhm Potentiometer welches als Spannungsteiler eingesetzt werden kann und über SPI programmiert wird. Dieses Bauelement soll dazu dienen den Wiederstandswert der NTCs zu simmulieren und als Spannungsteiler die Druckmesswerte, Leitwert und Wassereingangstemperatur zu generieren.

Der Kurzschluss für die Füllstandssensoren soll über das Bauelement DG 411 DJZ und das Flowmeter über eine Transistorschaltung erzeugt werden.

Als Steuerung ist eine Raspberry Pi Pico MCU vorgesenen die u.U. mit einer übergeordneten MATLAB-GUI bedient werden kann. Für die Widerstandsabhängigen Sensorsimulationen wird eine SPI-Schnittstelle und insgesamt 8 PINs für CS benötigt. Die Kurzschlusserzeugung der Füllstandssensoren erfordert 4 PINs digital I/O und das Flowmetersignal einen PIN mit PWM-Signal.

Es ist zu überlegen, ob der Simulator mit in den Kommunikations-Ring des Systems eingebunden wird.

Der Maschinensimulator wird zunächst auf einem Breadboard realisiert um nach erfolgreichem Test die Schaltung in ein Platinenlayout zu überführen.