Küchenwaage auf Arduino-Basis

Die kaputte Küchenwaage musste ersetzt werden. Holz ist schöner als Plastik und so entstand dieses Projekt.

Anders als die meisten Küchenwaagen ist diese Waage ohne erheblichem Aufwand reparierbar. Nach Verbrauch von ein paar Satz giftiger Knopfzellen vergrößern solche Geräte häufig nach wenigen Jahren den Berg an Elektronik-Schrott. Hier findet ihr eine Anleitung, es anders zu lösen.

Alle Einzelteile sind austauschbar (Vorraussetzung: Lötkolben vorhanden). Der Messbereich lässt sich durch Tausch der Wägezelle verändern. Das Gehäuse ist aus Holz, also einem nachwachsenden Rohstoff.

Das Funktionsprinzip der Wägezelle wird hier nicht genau erläutert, weil es schon an vielen Stellen gute Erklärungen gibt, z.B. hier: https://wolles-elektronikkiste.de/hx711-basierte-waage

An dieser Stelle vielen Dank an Wolle, von dem wir auch die Software als Grundlage verwendet haben.

Das Projekt

Die Waage wurde bis auf die Software selbst entworfen und darf frei nachgebaut werden. Alle Infos von der Materialliste über die Fräsdaten bis zur Firmware kannst du auf dieser Seite finden.

Zentraler Bestandteil der Elektronik ist ein Arduino, der die Messwerte der Wägezelle über einen Messverstärker erhält. Natürlich brauchst du ein Display, um die Werte anzuzeigen.

Für das Gehäuse haben wir ein Stück Eichenholz verwendet. Es sollte jedes nicht zu weiche Holz funktionieren. Zur Abdeckung des Displays und der Elektronik auf der Unterseite wurde Plexiglas eingesetzt. Die Teile wurden mit einer CNC Fräse vorbereitet.

Unser Entwurf sieht vor, dass die Spannungsversorgung über ein USB-Kabel erfolgt. Meist hängt sowieso an diversen Stellen im Haushalt ein Ladegerät in der Steckdose. Ein Akku ist hier aber absichtlich nicht vorgesehen, kann aber prinzipiell integriert werden.

Steckbrief

Außenmaße der fertigen Waage:

• Breite 12,5 cm
• Tiefe 14,5 cm
• Höhe 4 cm

Messbereich: 1 - 5000 g (andere möglich)

Funktion:

• Einstecken des USB Kabels startet die Waage innerhalb weniger Sekunden und zeigt dann "in Echtzeit" das aktuelle Gewicht in Gramm an.
• Der Taster an der Vorderseite nullt die Anzeige für Tara oder Zwischenstände, z. B. beim Backen.

Was brauchst du, um die Waage zu bauen?

Für das Gehäuse brauchst du Zugriff auf eine CNC-Fräse. Damit werden die Holzteile und auch die Plexiglasabdeckungen vorbereitet.

Für die Elektronik ist Lötequipment nötig und zum Programmieren des Arduino musst du diesen noch an einen PC anschließen.

Hier ist die Materialliste:

- 18 mm starke Holzplatten, 143 mm x 125 mm und 120 mm x 120 mm (ggf. Zugabe zum Klemmen in der Fräse bedenken)

- Acrylglas 2 mm stark: 104,4 mm x 43,4 und 60,4 mm x 17,4 mm (ggf. Zugabe zum Klemmen in der Fräse bedenken), nur echtes Acrylglas ist zum Fräsen geeignet, Bastlerglas usw. funktioniert nicht.

- Arduino pro mini 5V

- HX711 Wägezelle und Messverstärker, z.B. 5 kg
https://de.aliexpress.com/item/1005004797387752.html

- OLED-Display 128x32 Pixel mit I2C-Anschluss 0,91 Inch, z.B. https://de.aliexpress.com/item/32850288143.html

- SMD-Taster

- Reststück Platine ca. 16 mm x 6 mm (SMD Testplatine oder Lochraster o.ä.)

- 1 SMD-Widerstand, Wert zwischen 2 kOhm und 50 kOhm, Größe 0603, 0805 oder 1206 (für Leute mit wenig Lötübung lieber größer)

- Isolierte Drähte oder Litzen möglichst in unterschiedlichen Farben (Telefondraht)

- 2 Stk. Senkkopfschrauben M4 x 20

- 2 Stk. Holzsenkkopfschrauben 3,5 x 25

- 5 Stk. Holzlinsenkopfschraube 3 x 12

- 3 Stk. Gummi-Klebefüße oder Silkon-Klebefüße

- Metallstange rund 3 mm x 30 mm am besten Edelstahl (z.B. Rest von Fahrradschutzblechhalterung)

- etwas Schrumpfschlauch

- optional ein Stück Rundholz oder eine Holzkugel als Knopf

Verdrahtung/Schaltplan

Alle Teile müssen noch verkabelt werden. Hier kommt dein Lötkolben zum Einsatz.

Vor dem Einbau kann der Arduino mit dem Messverstärker und dem Taster verbunden werden.

Das Display und die Wägezelle können erst beim Einbau in das Gehäuse verbunden werden, weil die Verbindungen durch Löcher des Gehäuses geführt werden.

Der Prinzipschaltplan ist hier dargestellt. Ein USB-Typ-A-Stecker mit flexiblem Kabel, z.B. von einem alten Ladekabel wäre passend. Als Zugentlastung kann ein Stück Schrumpfschlauch (ggf. auch mehrere Lagen) an der Gehäusedurchführung angebracht werden.

Taster und Widerstand können auf einen kleinen Platinenrest gelötet werden. Wer auf dem Foto genau hinsieht, kann den kleinen SMD-Widerstand unterhalb des Tasters erkennen.

CAD-Daten

Die CAD-Daten liegen im Step-Format und für Free-CAD sowie Design-Spark vor. Außerdem sind die 2D-Zeichnungen zum Fräsen als DXF abgelegt.

Software

Zum Programmieren braucht ihr die Arduino Programmierumgebung https://www.arduino.cc/en/software.

Weil der Arduino pro mini keine USB-Schnittstelle hat, ist zum Programmieren auch noch ein USB-seriell-Wandler erforderlich.

Die Arduino-Software verwendet die HX711 Bibliothek HX711_ADC.h von https://github.com/olkal.

Zuerst muss eine Kalibrierungssoftware installiert werden. Mit einem genau bekannten Gewicht wird die Waage Kalibriert. Die Genauigkeit wird besser, wenn das Gewicht in der Nähe des Messbereichsendwertes liegt. Das Programm entspricht fast dem Beispiel aus der Bibliothek , aber die Anschlusspins sind an den Arduino pro mini angepasst.

Die Mess-Software basiert auf der von Wolles Elektronikkiste https://wolles-elektronikkiste.de/hx711-basierte-waage, allerdings muss neben dem anderen Prozessorboard auch das andere Display berücksichtigt werden und es wird noch eine andere Schriftart eingebunden.

Fragen an ole(ätt)welcome-werkstatt.de