Teeodohr: Change Request

In meiner Beitragsreihe zu Teeodohr, dem kleinen Roboter mit der Fähigkeit zur Teezubereitung, geht es diesmal darum, wie unser Freund noch alltagstauglicher gemacht wird. Ich zeige dir, welche weiteren Skills ich ihm beigebracht habe. Dazu sind keine Veränderungen an der Hardware notwendig.

Bevor wir uns ins in die Details stürzen, lass mich kurz rekapitulieren, was wir im letzten Beitrag über die professionelle Softwareentwicklung am Beispiel von Teeodohr gelernt haben: Bevor wir die erste Zeile Code niederschreiben, sollten wir so viel wie möglich darüber wissen, welche Aufgaben Teeodohr erfüllen soll. Das Ergebnis dieser Überlegungen war eine lange Liste mit funktionalen Anforderungen. Neben den funktionalen gibt es noch die nicht-funktionalen Anforderungen, welche z. B. das Zeitverhalten, die Zuverlässigkeit und den Ressourcenverbrauch spezifizieren. Diese sind und werden zur Vereinfachung erst einmal ausgeklammert.

Teeodohrs neue Zusatzfähigkeiten widersprechen den bestehenden Anforderungen. Wir müssen diese daher ändern bzw. erweitern, um weiterhin eine vollständige Spezifikation des Teehasen zu haben. Im professionellen Umfeld spricht man hier von einem Change Request:

Eine Änderungsanforderung (auch Change Request abgekürzt CR) bezeichnet im Änderungswesen von Projekten einen formalisierten Wunsch nach Veränderung der Eigenschaften eines bestimmten Produktmerkmals. Jede Änderungsanforderung sollte in einem kontrollierten Prozess bewertet, entschieden und kommuniziert werden.

Wikipedia

Mein kontrollierter Prozess besteht hier nur aus intensivem Nachdenken über die generelle Machbarkeit und den entstehenden Implementierungsaufwand. Im Profi-Bereich wären hier aufwendigere Überlegungen und weitergehende Bewertungen, wie z. B. über Kosten und Risiko, notwendig. Als Ergebnis entstehen auf beiden Wegen Teeodohrs neue Anforderungen, die es umzusetzen gilt. In den folgenden Abschnitten erläutere ich diese näher. Den vollständigen Code findest du am Ende dieses Beitrags.

Beim Einschalten von Teeodohr, beim Starten der Zubereitung und am Ende der Zubereitung sollen jeweils verschiedene Melodien gespielt werden.

Original-Teeodohr kennt genau eine Melodie, welche er beim Einschalten und am Ende der Teezubereitung abspielt. Etwas eintönig, oder? Ich wünsche mir hier etwas mehr Abwechslung und eine zusätzliche akustische Rückmeldung, wenn Teeodohr mit der Zubereitung beginnt.

Meine Wahl fiel auf die Melodien und Sounds aus Nintendos „Super Mario“ Universum. Diese gibt es kostenlos in Form von Notenblättern und MIDI-Files auf der Seite mariopiano.com. Von dort übernehme ich die ersten Takte des „Main Themes“, den „Coin“- sowie den „1-Up Mushroom“-Sound. Als Notation wähle ich eine gut lesbare Kombination aus Tonhöhe und Dauer, sodass sich das Main Theme beispielsweise so im Code wiederfindet:

Tone bootMelody[] = { { NOTE_E7, 12 }, { NOTE_E7, 12 }, { PAUSE, 12 }, { NOTE_E7, 12 }, { PAUSE, 12 }, { NOTE_C7, 12 }, { NOTE_E7, 12 }, { PAUSE, 12 }, {NOTE_G7, 12}, {PAUSE,  12}, {PAUSE, 6} };

Das Abspielen der Melodie erfolgt über einen MelodyPlayer. Diese von mir eingeführte generische Klasse übernimmt die Ansteuerung des Piezo-Schallwandlers. Die Verwendung sollte aus dem folgenden Beispielcode hervorgehen:

static const uint8_t PIEZO = 10;
MelodyPlayer melodyPlayer(PIEZO);
melodyPlayer.play(bootMelody);

Während der Zubereitung sollen die LEDs den aktuellen Fortschritt anzeigen.

Wäre es nicht schön von Teeodohr zu erfahren, wie lange man noch auf das Heißgetränk warten muss? Da unser guter Freund mittels drei LEDs kommunizieren kann, nutze ich diese als rudimentäre Fortschrittsanzeige. Da die LEDs mit PWM-fähigen Ausgängen des Arduinos verbunden sind, können diese in der Helligkeit gedimmt werden. Original-Teeodohr nutzt dieses Feature, um während der Zubereitung eine Animation mit den LEDs auszuführen. Ich beschränke mich auf drei Helligkeiten (100 %, 50 % und 0 %) pro LED, um insgesamt 6 Fortschritts-Stufen à 16,5 % abzubilden. Damit lässt sich klar erkennen, wie weit die Ziehzeit bereits vorangeschritten ist.

Als zusätzliche Ziehzeiten sollen 8 und 15 Minuten auswählbar sein.

Zu Teeodohrs Füßen befindet sich der „3-5-7“-Taster, mit denen neben 3, 5, und 7 Minuten auch 10 und 12 Minuten ausgewählt werden können. Diese Zeiten werden durch das gleichzeitige Leuchten von jeweils zwei LEDs signalisiert. Eigenartigerweise ist die Auswahl von 8 und 15 Minuten nicht implementiert, obwohl dies Soft- und Hardware-technisch kein Problem darstellt. Tragisch ist dieser Funktionsmangel auch gerade aus folgendem Grund:

Die Nachrüstung der zusätzlichen Zeiten stellt kein großes Problem dar und vervollständigt Teeodohrs Repertoire. Zugegeben: Bis jetzt habe ich noch keinen Tee mit einer Ziehzeit von 15 Minuten gefunden…

Die zuletzt vom Nutzer ausgewählte Ziehzeit soll beim Wechsel in den betriebsbereiten Zustand ausgewählt sein. Dies gilt auch, wenn Teeodohr aus- und wiedereingeschaltet wird.

Ärgerlich ist Original-Teeodohrs Vergesslichkeit. Direkt nach jeder Teezubereitung setzt er die Ziehzeit auf 3 Minuten zurück. Gerade dann, wenn man hauptsächlich genau eine Teesorte zubereiten möchte, ist das immer wiederkehrende Einstellen derselben Ziehzeit recht unpraktisch und auch unnötig. Teeodohr soll einfach die zuletzt ausgewählte Zeit einstellen. Und das auch dann, wenn man ihn aus- und wieder einschaltet.

Den ersten Teil der Anforderung zu implementieren ist recht einfach. In der Original-Software wird die Ziehzeit explizit auf 3 Minuten zurückgesetzt. Diese Anweisung kann im Quelltext einfach entfernt werden. Dies hilft allerdings nicht dagegen, dass Teeodohr zu spontaner Amnesie neigt, wenn man ihm die Möhre aus der Pfote nimmt. Die damit verbundene Unterbrechung der Stromversorgung führt zur Löschung des flüchtigen Arbeitsspeichers des Arduinos, in dem die Zeitauswahl bisher gespeichert ist.

Das Zauberwort für die Lösung dieses Problems heißt „Persistenz“. Die Ziehzeit muss in einem Speicher hinterlegt werden, der seine Daten unabhängig von der Stromversorgung behält. Praktischerweise verfügt der Arduino über ein paar Kilobyte EEPROM, der mehr als ausreichend für diese Aufgabe ist. Ich implementiere daher das Schreiben der Ziehzeit in diesen nichtflüchtigen Speicher, wenn die Zubereitung gestartet wird. Das Lesen und Einstellen der letzten Ziehzeit geschieht immer beim Einschalten.

Während des Zustands „Zubereitung“ soll Teeodohrs Ohr nach jeder vollen Minute kurzzeitig in eine halb-aufgestellte Position bewegt werden.

Insbesondere bei heißen Früchte-„Tees“ passiert es manchmal, dass sich während der Zubereitung eine hochkonzentrierte Schicht am Tassenboden absetzt. Das Wasser darüber hingegen bleibt klar. Um diese und anderweitig entstandene inhomogene Durchmischungen zu verhindern, bewegt Original-Teeodohr sein Öhrchen brav jede Minute einmal ganz nach oben und wieder zurück, was zu Verwirbelungen im Wasser sorgt. Das erzielt zwar den erwünschten Effekt, jedoch finde ich das komplette Herausziehen des Teebeutels aus der Tasse etwas übertrieben und wünsche mir daher eine weniger dramatische Bewegung.

Aus diesem Grund führe ich eine dritte Position zwischen vollständig aufgestellter und abgesenkter Position ein. Diese nimmt Teeodohr auch nach Ablauf jeder Minute der Ziehzeit kurz ein.

Zeig mir den Code

Das komplette Arduino-Programm findest du auf GitHub. Findest du es verständlich, nachvollziehbar und gut zu erweitern? Schreib deine Meinung dazu gern in die Kommentare!