Küchenwaage mit Arduino-Geschmack

An dieser Stelle wollen wir eine einfache Schaltung vorstellen, die in der Elektor-Ausgabe 11-12/2017 beschrieben wird. Sie ist nicht nur recht nützlich, sondern auch sehr originell im Hinblick auf die Anwendung eines relativ ungewöhnlichen, elektromechanischen Bauteils: einem Dehnungsmessstreifen. Rein elektronisch betrachtet handelt es sich um einen variablen Widerstand, der seinen Wert in Abhängigkeit des auf ihn ausgeübten Drucks ändert und der in unserem Fall durch das zu wiegende Objekt (bis zu 5 kg) ausgeübt wird.

Messung mechanischer Spannung

Der Widerstand des Messstreifens ändert sich, wie gesagt, durch Druck bzw. durch mechanische Spannungen. Er besteht aus einer dünnen, schmalen Widerstandsbahn, die in eng gewundenen Schlangenlinien auf eine Trägerschicht aufgebracht ist. Bei Dehnung der Anordnung erhöht sich der Widerstand. Bei Rückkehr in den Ausgangszustand stellt sich der ursprüngliche Widerstandswert wieder ein.

Doch es gibt mindestens noch zwei andere Gründe, die dieser Waage ein besonderes „Gewicht“ verleihen: Die Verwendung der im Bild gezeigten, kleinen OLED-Anzeige und der Einsatz eines Arduino Uno.
 

Ein spezieller 24-bit-D/A-Wandler

Der Sensor zur Gewichtsbestimmung besteht bei dieser Waage aus einem Stab, bei dem ein Ende mit vier Dehnungsmessstreifen gekoppelt ist. Das andere Ende ist fest mit dem Chassis verbunden. Das zu wiegende Objekt wird auf die Seite gelegt, an der sich die Dehnungsmesstreifen befinden und bewirkt, dass sich der Stab minimal durchbiegt und auf diese einen Druck ausübt.

Trotz der Verwendung von vier als Wheatstone-Brücke geschalteten Messstreifen ist das Ausgangssignal sehr schwach und liegt nur im Bereich von einigen zig Millivolt, so dass es vor seiner digitalen Verarbeitung noch verstärkt werden muss.

Zum Glück sind die dazu geeigneten, speziellen ICs zur Verstärkung und Digitalisierung gut verfügbar. Im vorliegenden Fall hat der mit 24-bit arbeitende CAN HX711 von Avia Semiconductor das Rennen gemacht, der bereits auf einer betriebsbereiten, kleinen Platine angeboten wird. Die von ihm gelieferten Daten werden von einer Arduino-Karte und einem Sketch verarbeitet, der in hohem Maße auf einer Arduino-Kommunikationsbibliothek mit dem HX711 beruht. Das Gewicht wird in digitalen 32-bit-Werten zurückgegeben, die in Verbindung mit einem Kalibrierfaktor in Gramm umgewandelt werden.

Alle erforderlichen Bauteile befinden sich in einem Elektor-Kit. Das Video zeigt im Detail, wie es ausgepackt und aufgebaut wird.