MQTT-Display-LaserCutter/test_sketches

Test Sketches - Hardware-Verifikationstests

Eigenstaendige Test-Sketches zur Verifikation der Hardware und einzelner Subkomponenten. Jeder Sketch laeuft als separates PlatformIO-Environment und beruehrt src/main.cpp nicht.

Übersicht

Nr.	Environment	Datei	Testet
1.4	test-display	test_display.cpp	GYMAX7219 Verkabelung, Modul-Nummerierung, Rotation
1.5	test-button	test_button.cpp	Potentialfreier Schalter / Debounce an GPIO 4
2.2	test-nvs	test_nvs.cpp	NVS Lesen/Schreiben/Reset (SettingsManager)
3.3	test-wifi	test_wifi.cpp	WiFiManager Captive Portal, WLAN-Verbindung
4.3	test-display-mgr	test_display_manager.cpp	DisplayManager API (alle show*-Methoden)
5.6	test-laser-tracker	test_laser_tracker.cpp	LaserTracker Session-Logik, Gratiszeit, Summe Session/NVS
6.5	test-mqtt	test_mqtt_client.cpp	MqttClient TLS, Heartbeat, Session-Publish, JSON-Reset, LWT
7.7	test-web	test_web_server.cpp	WebServer Routen, Config-Formular, Reset, ElegantOTA OTA

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Physisches Display-Layout (GYMAX7219, 4x2)

DIN <- ESP32 GPIO 23
        |
+----------+----------+----------+----------+
| Modul 1  | Modul 2  | Modul 3  | Modul 4  |  <- Obere Reihe  (0-idx: 0-3)
|  links   |          |          |  rechts  |
+----------+----------+----------+----------+
| Modul 5  | Modul 6  | Modul 7  | Modul 8  |  <- Untere Reihe (0-idx: 4-7)
|  links   |          |          |  rechts  |
+----------+----------+----------+----------+
  DOUT Modul 4 -> DIN Modul 5 (Reihen verbinden)

SPI-Datenfluss: ESP32 -> Modul 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6 -> 7 -> 8

Hardware-Typ: GENERIC_HW (verifiziert; 90 Grad CCW Software-Rotation aktiv per rotateCCW())

Modul-Belegung im Betrieb

Modul(e)	0-Index	Funktion
Modul 1	0	WiFi-Fehler-Indikator (E = kein WLAN, leer = OK)
Modul 2-4	1-3	Summe Session-Minuten ganzzahlig (0 bei Neustart, RAM-only)
Modul 5	4	MQTT-Fehler-Indikator (E = kein Broker, leer = OK)
Modul 6-8	5-7	Countdown (Gratiszeit) oder -- (Idle/Netto)

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Test 1.4 - Dot-Matrix-Display (test_display.cpp)

Zweck

Verdrahtung und Ausrichtung aller 8 GYMAX7219-Module pruefen.

Flash & Monitor

pio run -e test-display --target upload
pio device monitor -e test-display

Verdrahtung

ESP32 GPIO	Modul-Pin	Beschreibung
GPIO 23	DIN	SPI Data (VSPI MOSI)
GPIO 18	CLK	SPI Clock
GPIO 5	CS / LOAD	SPI Chip Select
GND	GND	Masse (gemeinsam mit ESP32 GND)
5V extern	VCC	Externes Netzteil >= 1 A (USB-Port reicht nicht aus)

Erwartetes Verhalten

1. Alle LEDs EIN (2 s) - alle 8 Module leuchten
2. Jedes Modul zeigt seine Nummer einzeln
3. Realistische Anzeige: Minuten oben, Countdown unten Text erscheint lesbar (nicht gespiegelt oder kopfstehend).

Ergebnis

• GYMAX7219 mit GENERIC_HW + 90 Grad CCW Software-Rotation
• Modul 1 oben-links, Modul 8 unten-rechts
• Externes 5 V-Netzteil notwendig

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Test 1.5 - Potentialfreier Schalter (test_button.cpp)

Zweck

GPIO-Eingang (INPUT_PULLUP) testen, Pegel und Entprellzeit verifizieren.

Flash & Monitor

pio run -e test-button --target upload
pio device monitor -e test-button

Verdrahtung

ESP32 GPIO 4  ----| Button |----- GND   (kein externer Widerstand noetig)

Erwartetes Verhalten

Zustand	GPIO-Pegel	Serial-Ausgabe
Schalter offen	HIGH	HIGH (inaktiv)
Schalter geschl.	LOW	LOW -> LASER AKTIV

Ergebnis

• LOW_ACTIVE-Polaritaet bestaetigt
• Debounce 50 ms funktioniert

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Test 2.2 - NVS Persistenz (test_nvs.cpp)

Zweck

Schreiben, Lesen und Reset aller NVS-Werte ueber den SettingsManager pruefen.

Flash & Monitor

pio run -e test-nvs --target upload
pio device monitor -e test-nvs

Testablauf

1. Testwerte in NVS schreiben (MQTT-Config, gratisSeconds, totalMinutes, Polaritaet)
2. NVS-Werte zuruecklesen und pruefen
3. ESP32 neu starten -> Werte muessen erhalten bleiben
4. settings.reset() aufrufen -> alle Werte auf Default zurueck

Erwartetes Verhalten

Alle Pruefungen als PASS im Serial Monitor. Nach Neustart bleiben geschriebene Werte erhalten.

Ergebnis

• NVS Roundtrip fuer alle Felder bestanden
• reset() setzt auf Defaults zurueck
• Persistenz ueber Neustart bestaetigt

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Test 3.3 - WiFiManager (test_wifi.cpp)

Zweck

WiFiManager Captive Portal und WLAN-Verbindungsaufbau testen.

Flash & Monitor

pio run -e test-wifi --target upload
pio device monitor -e test-wifi

Testablauf

1. Erstes Flash: ESP32 oeffnet AP LaserCutter-Setup
2. Mit Handy/PC mit AP verbinden - Captive Portal oeffnet sich automatisch
3. WLAN-Credentials eingeben und speichern
4. ESP32 verbindet sich mit dem WLAN und gibt IP-Adresse aus
5. BOOT-Taste (GPIO 0) beim Start 3 s halten -> gespeicherte Credentials loeschen, AP neu oeffnen

Erwartetes Verhalten

Nach erfolgreicher Verbindung im Serial Monitor:

[WiFi] Verbunden: 192.168.x.x

Ergebnis

• Captive Portal startet korrekt
• Credentials werden in NVS gespeichert
• Reconnect nach Neustart ohne Portal

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Test 4.3 - DisplayManager (test_display_manager.cpp)

Zweck

Alle show*-Methoden des DisplayManager auf korrektes Modul-Mapping und Darstellung pruefen.

Flash & Monitor

pio run -e test-display-mgr --target upload
pio device monitor -e test-display-mgr

Testablauf (automatisch, kein Eingriff noetig)

Der Sketch durchlaeuft nacheinander:

Schritt	Methode	Modul(e)	Erwartete Anzeige
1	showWifiError(true)	0	E
2	showWifiError(false)	0	leer
3	showLaserTime(0)	1-3	0
4	showLaserTime(42)	1-3	42
5	showLaserTime(999)	1-3	999
6	showMqttError(true)	4	E
7	showMqttError(false)	4	leer
8	showCountdown(20)	5-7	20
9	showCountdown(1)	5-7	1
10	showIdle()	5-7	--

Ergebnis

• Alle Module reagieren auf die korrekten Methoden
• showLaserTime() zeigt ganze Zahlen rechtbuendig
• Fehler-Indikatoren auf Modul 0 und 4 unabhaengig voneinander

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Test 5.6 - LaserTracker (test_laser_tracker.cpp)

Zweck

Session-Zustandsmaschine, Gratiszeit-Countdown, Summe Session-Minuten und NVS-Gesamtzeit pruefen.

Flash & Monitor

pio run -e test-laser-tracker --target upload
pio device monitor -e test-laser-tracker

Verdrahtung

GPIO 4: Push-Button gegen GND (simuliert Laser-AN/AUS, LOW_ACTIVE)

Testablauf

A) Gratis-Session (Laser < 20 s):

1. Schalter schliessen -> Countdown startet auf Modul 6-8
2. Schalter vor Ablauf der 20 s oeffnen
3. Erwartung: Summe Session-Minuten unveraendert (0), NVS erhoehte sich um Session-Dauer

B) Netto-Session (Laser > 20 s):

1. Schalter schliessen -> Countdown startet
2. Nach 20 s -> Countdown erlischt, Module 6-8 zeigen --
3. Schalter nach z.B. 80 Netto-Sekunden oeffnen
4. Erwartung: keine Minutenaenderung (80 s < 60 s ist falsch; 80 s >= 60 s -> +1 Minute auf Modul 2-4)

C) Neustart-Test:

1. ESP32 neu starten
2. Erwartung: Summe Session-Minuten = 0 auf Modul 2-4
3. NVS-Gesamtzeit aus vorherigen Sessions bleibt erhalten (im Serial Monitor sichtbar)

D) Komplett-Reset:

1. BOOT-Taste (GPIO 0) 3 Sekunden halten
2. Erwartung: settings.reset() + resetTotal() -> gratisSeconds = 20, totalMinutes = 0

Erwartetes Display-Verhalten

Zustand	Module 1-3 (Session)	Module 5-7 (Status)
Idle	0	--
Laser an (0-20 s)	0	20 -> 1 Countdown
Laser an (> 20 s)	0	--
Laser aus nach 80 Netto-s	1	--
Neustart	0	--

Ergebnis

• GRATIS -> NET_COUNTING Uebergang nach 20 s
• Session-Minuten incrementieren hart bei 60 Netto-Sekunden
• Gratis-Sessions addieren keine Session-Zeit
• Gratis-Sessions senden kein MQTT-Publish
• NVS zaehlt gesamte Laser-AN-Zeit (inkl. Gratiszeit)
• resetTotal() loescht NVS + Session

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Test 6.5 - MqttClient (test_mqtt_client.cpp)

Zweck

MQTT-Verbindung, Session-Publish, Heartbeat und Reset-Subscribe ueber broker.hivemq.com pruefen.

Flash & Monitor

pio run -e test-mqtt --target upload
pio device monitor -e test-mqtt

Vorbereitung: MQTT Explorer

1. MQTT Explorer herunterladen: https://mqtt-explorer.com (kostenlos, Windows/Mac/Linux)
2. Neue Verbindung anlegen:
   • Host: broker.hivemq.com
   • Port: 1883
   • Kein Username / Passwort
3. Verbinden -> lasercutter/# wird automatisch angezeigt

Testablauf

A) Verbindung & Heartbeat:

1. ESP32 flashen und starten
2. Serial Monitor: [MQTT] Verbunden! und sofortiger Heartbeat erwartet
3. Im MQTT Explorer: lasercutter/status erscheint mit {"online":true,...} (retained)
4. Nach 60 s: erneuter Heartbeat sichtbar

B) Session-Publish nach Session-Ende:

1. GPIO 4 Taste druecken (Laser AN) -> Countdown auf Modul 6-8
2. Taste loslassen (Laser AUS) nach Ablauf der Gratiszeit
3. Serial: SessionEnd -> publishSession
4. MQTT Explorer: lasercutter/session erscheint mit JSON:

   {"session_minutes": 1, "session_seconds": 5, "freetime_s": 20, "ip": "192.168.x.x"}
   

C) Gratis-Session (< 20 s):

1. Taste < 20 s druecken und loslassen
2. Kein Publish auf lasercutter/session (Netto-Zeit = 0s)
3. machine_running_time_min im naechsten Heartbeat erhoehte sich trotzdem (Gratiszeit zaehlt in NVS)

D) Reset-Kommando via MQTT:

1. Im MQTT Explorer auf Topic lasercutter/reset publishen
   • JSON-Payload (empfohlen): {"reset":true}
   • Alternativ Plain: 1
2. Serial: [MQTT] RESET-Kommando empfangen -> laserTracker.resetTotal()
3. Naechster Heartbeat zeigt "total_min": "0.00"

E) LWT (Last Will und Testament):

1. USB-Kabel ziehen (oder Strom aus)
2. Nach ca. 60 s (Broker Keep-Alive-Timeout) erscheint im MQTT Explorer:
   • lasercutter/status -> {"online":false} (retained, vom Broker versendet)

F) Reconnect-Test:

1. WiFi-Router kurz ausschalten oder ESP32 in WLAN-toten Bereich bringen
2. Serial: alle 10 s [MQTT] Verbindung fehlgeschlagen, rc=-2
3. Modul 5 zeigt E (MQTT-Fehler-Indikator)
4. WiFi wieder einschalten -> automatischer Reconnect, E erlischt

G) BOOT-Taste lokaler Reset:

1. BOOT-Taste (GPIO 0) 3 s halten
2. Serial: BOOT 3s: Gesamtzeit loeschen
3. total_min springt auf 0

Erwartetes Serial-Verhalten (Auszug)

[I][TEST-MQTT] === Phase 6 MQTT Test gestartet ===
[I][TEST-MQTT] Broker Default: broker.hivemq.com:1883
[MQTT] Broker: broker.hivemq.com:1883
[MQTT] Client-ID: lasercutter-display
[MQTT] Verbinde als 'lasercutter-display'...
[MQTT] Verbunden!
[MQTT] Abonniert: lasercutter/reset
[MQTT] Heartbeat: {"online":true,...} -> OK
...
[LaserTracker] SessionEnd: gesamt=35s  netto=15s  sessionNetSec=15  total=0.58min
[I][TEST-MQTT] SessionEnd -> publishSession (lastSession=15s)
[MQTT] publishSession: {"session_minutes":1,"session_seconds":15,"freetime_s":20,"ip":"192.168.x.x"} -> OK

Checkliste

Pruefpunkt	Erwartung	Ergebnis
Verbindung zu mqtt.majufilo.eu	[MQTT] Verbunden! im Serial	[x]
Heartbeat beim Connect	lasercutter/status retained im MQTT Explorer	[x]
Heartbeat alle 60 s	Topic aktualisiert sich periodisch	[x]
Session-Publish nach Session-Ende	lasercutter/session mit session_minutes, session_seconds	[x]
Gratis-Session publiziert NICHT	kein Topic-Update bei lastSession=0	[ ]
Reset via MQTT (lasercutter/reset = {"reset":true})	total_min springt auf 0	[x]
LWT {"online":false} nach Verbindungsabbruch	Nach 60 s im MQTT Explorer sichtbar	[x]
MQTT-Error Modul 5 bei Verbindungsverlust	E auf Display Modul 5	- ungetestet -
Reconnect nach WiFi-Ausfall	Automatisch nach <= 10 s	- ungetestet -

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Test 7.7 - WebServer (test_web_server.cpp)

Zweck

Alle HTTP-Routen des WebServerManager im Browser pruefen: Statusseite, Konfigurationsformular (NVS), Session-Reset und ElegantOTA.

Flash & Monitor

pio run -e test-web --target upload
pio device monitor -e test-web

Vorbereitung

IP-Adresse aus dem Serial Monitor ablesen (erscheint nach WiFi-Connect):

[I][TEST-WEB] Browser: http://192.168.x.x/

Testablauf

A) Statusseite GET /:

1. Browser oeffnen: http://<IP>/
2. Folgende Felder pruefen:
   • Summe Session-Minuten, Maschinenlaufzeit (gesamt), letzte Laserzeit
   • IP-Adresse und MQTT-Status (verbunden/getrennt)
   • Broker-Hostname und Gratiszeit
3. Seite aktualisiert sich automatisch alle 10 s
4. GPIO 4 Taste betaetigen -> Session-Minuten aendern sich

B) Konfigurationsformular GET /config + POST /config:

1. Browser: http://<IP>/config
2. Felder pruefen: Broker, Port, User, Passwort, Gratiszeit-Slider, Polaritaet-Radio
3. Gratiszeit auf z.B. 30 s aendern und "Speichern" klicken
4. Serial: [WebServer] Konfiguration gespeichert
5. ESP32 neu starten -> Serial zeigt gratisSeconds: 30 -> NVS-Persistenz bestaetigt
6. Config-Seite: Wert auf 20 s zuruecksetzen

C) Session-Reset POST /reset:

1. Auf Statusseite: Button "Session zuruecksetzen" klicken
2. Browser-Bestaetigung (confirm-Dialog) bestaetigen
3. Statusseite zeigt Session: 0 min
4. Gesamtzeit (NVS) bleibt unveraendert
5. Serial: [WebServer] Session zurueckgesetzt

D) ElegantOTA GET /update:

1. Browser: http://<IP>/update
2. ElegantOTA-Seite erscheint
3. (Optional) Test-Firmware hochladen und Neustart beobachten

E) HTTP-Basic-Auth:

1. In /config Abschnitt "Web-Zugang": Passwort setzen (z.B. geheim) und speichern
2. ESP32 neu starten
3. Browser: http://<IP>/ → Browser-Login-Dialog erscheint
4. Benutzername admin, Passwort geheim eingeben → Zugang gewährt
5. Falsches Passwort eingeben → Browser zeigt 401 / erneuten Dialog
6. In /config Passwort wieder leeren → nach Neustart kein Schutz mehr

Checkliste

Pruefpunkt	Erwartung	Ergebnis
Statusseite erreichbar	HTML mit Session, Gesamtzeit, IP	[ ]
MQTT-Status korrekt	"verbunden" oder "getrennt"	[ ]
Auto-Reload alle 10 s	Seite aktualisiert sich	[ ]
Config-Formular laden	Aktuelle NVS-Werte vorbelegt	[ ]
Gratiszeit aendern + speichern	NVS-Wert nach Neustart korrekt	[ ]
Polaritaet aendern + speichern	NVS-Wert nach Neustart korrekt	[ ]
Session-Reset per Browser	Session = 0 min, Gesamtzeit (NVS) unveraendert	[ ]
/update erreichbar	ElegantOTA-Seite erscheint	[ ]
Passwort setzen + Neustart	Browser-Login-Dialog erscheint	[ ]
Korrektes Passwort	Zugang gewaehrt	[ ]
Falsches Passwort	401 / erneuter Dialog	[ ]
Passwort leeren + Neustart	Kein Login-Dialog	[ ]

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Gesamt-Testergebnisse

Test	Environment	Status	Anmerkung
1.4	test-display	OK	GENERIC_HW, 90 Grad CCW Rotation, externes 5V-Netzteil
1.5	test-button	OK	LOW_ACTIVE, Debounce 50 ms
2.2	test-nvs	OK	Alle NVS-Felder, Roundtrip, Persistenz, Reset
3.3	test-wifi	OK	Captive Portal, Credentials-Persistenz, Reconnect
4.3	test-display-mgr	OK	Alle show*-Methoden, Modul-Mapping, Fehler-Indikatoren
5.6	test-laser-tracker	OK	Session-Logik, Gratiszeit, Summe Session/NVS-Trennung, Reset
6.5	test-mqtt	OK	mqtt.majufilo.eu TLS:8883, publishSession, Heartbeat, Reset-Subscribe