Auf dieser Seite wird die Herstellung einer Bienenstock Waage beschrieben. Es soll eine Low-Cost Waage werden welche die notwendige Stabilität, Temperaturunabhängigkeit und Konstanz besitzt. Ziel soll sein dass diese Informationen mir als Neu-Imker helfen meine 3 Völker zu managen und einen Schwarmabgang zu erkennen. Ebenfalls soll sie die Information liefern wann auf 1500 m.ü.M der Eintrag in den Honigraum abnimmt. Die Messwerte werden stündlich mittels HTTP Post in eine mySQL Datenbank übertragen, und im Web angezeigt. Unübliche Gewichtsveränderungen werden Serverseitig erkannt und direkt nach der Messwertübermittlung sofort per SMS mitgeteilt. Die Kosten einer Waage belaufen sich auf ca. 28 Schweizer Franken.
Hardware
In dieser Materialliste sieht man was man braucht, wo man es beziehen kann und was es kostet.
Die 18mm dicken Siebdruckplatten müssen mit einer Stichsäge und einer Oberfräse bearbeitet werden.
Es müssen die Aussparungen für die 4 Gewichtsensoren an den 4 Ecken, und die Aussparung für den HX711 AD Wandler herausgefräst werden. Mit den Bohrlöchern auf der Seite werden die beiden Platten lose zusammengeschraubt damit sie seitlich nicht verrutschen können. Die beiden grossen Aussparungen in den Platten dienen der Belüftung des Bienenstockes von unten. Die Siebdruckplatten werden etwas kleiner als die Beute gemacht, damit diese vor Regenwasser geschützt sind. Die Platte mit den Sensoren und der HX711 Elektronik wird oben angeordnet, damit die Komponenten ebenfalls vor Witterungseinflüssen geschützt sind. Durch ein leichtes Versenken der Messsensoren und der Elektronik, wird der Spalt zwischen oberer Platte und unterer Platte minimal klein. Wichtig ist dass die Siebdruckplatten mit der glatten Oberfläche nach innen zeigen, damit die Sensoren frei auf der unteren Platte verschiebbar sind und damit keine Querdrücke am Sensor entstehen.
Detailansichten Ausfräsungen : 
Links :Raum für HX 711 (AD Konverter) und Verdrahtung. In die obere Ausfräsung wird ein durchsichtiger PVC Deckel luft- und wasserdicht eingeleimt.
Rechts : Der Sensor liegt auf der oberen Ausfräsung auf. In die untere Ausfräsung kann sich der Sensor bewegen.
Verdrahtungsschema
Pro Waage werden 4 Gewichtsensoren zu max 50 Kg verwendet. Diese werden zu einer Wheatstone Vollbrücke geschalten. Maximalgewicht 200Kg. ( Schema als pdf File ) Die Verbindungen vom AD Konverter zu den Sensoren erfolgt so kurz wie möglich über abgeschirmte Kabel. Alle Kabelschirme werden am AD Konverter am E– angeschlossen.
Kalibrierung der Waage
Die Waagen werden über ein 4m langes 4 adriges und abgeschirmtes Kabel an die Box angeschlossen wo sich der Prozessor ( Arduino Pro Mini ) befindet .
Zur Unterstützung der Kalibrierung und Temperaturkompensation habe ich mir ein Excel erstellt. Bei der Kalibrierung der Waage wird davon ausgegangen, dass die Gewichtskurven linear verlaufen. In diesem Excel ist die Kalibrierung beschrieben und kann heruntergeladen werden. Es generiert direkt die Arduino Code.
Wie im Menupunkt Software beschrieben kann über das Box-Command Set Tara die Waage auf 0 gestellt werden.
Genauigkeit der Waage
Das Bild zeigt den Versuchsaufbau mit dem ermittelt wird wie konstant das Gewicht gemessen wird in Abhängigkeit der schwankenden Aussentemperatur.
Zur Beurteilung der Konstanz und Temperaturabhängigkeit der Gewichtsmessungen wurden folgende Messversuche gemacht
Messung des Gewichtswertes am HX711 ohne angeschlossene Gewichtssensoren
Es zeigt dass das sehr konstant und stabil ist und sich im Bereich +/- 0.5 Gramm bewegt
Messung der Stabilität mit angeschlossenen Gewichtsensoren
Es zeigt sich dass die Langzeitmessung des Gewichts bei konstanter Temperatur sich ca. im Bereich +/- 20 Gramm bewegt.
Messung der Stabilität in der Natur bei veränderlicher Temperatur
Es zeigt sich dass das Messergebnis sehr unbefriedigend ist. Ja die Messergebnisse teils chaotisch sind. Trotzdem lässt sich eine ungefähre Temperaturabhängigkeit erkennen.
Waage Rot : 36 Gramm / Grad Celsius
Waage Gelb : 22 Gramm / Grad Celsius
Waage Blau : 0 Gramm / Grad Celsius
Messung der Stabilität nach der Implementierung der Temperaturkompensation
hier sieht es wieder recht gut aus, muss aber noch durch weitere Messungen verifiziert werden.
Bei einer Temperaturschwankung von 8.8 Grad erfolgt eine Gewichtsungenauigkeit von +/- 50 Gramm