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Gewichtsmessung mit Raspberry Pi

Mit einem minimalen Verdrahtungsaufwand kann man schnell mit einer Wägezelle und Raspberry Pi eine Waage konstruieren. Als Komponenten werden außer Raspberry Pi ein Gewichtssensor mit einem Auswertungsmodul und (optional) ein Level Konverter benötigt. Eine fertig aufgebaute Wiegevorrichtung könnte dann so aussehen:

Waage mit Raspberry Pi

Der Sensor ist als ein aus Aluminium bestehender Balken mit einem Loch in der Mitte konstruiert. Oberhalb und unterhalb des Loches sind Dehnungsstreifen angebracht, an die vier Drähte angeschlossen sind. Die Drähte werden an das Auswertungsmodul mit dem Chip HX711 angeschlossen. Die Signale von dem HX711-Modul werden direkt oder über einen Level Konverter zum Raspberry Pi geführt. Dabei ist grundsätzlich darauf zu achten, dass sie den Wert von 3,3 V nicht überschreiten, da sonst Raspberry Pi beschädigt werden kann. Mit einem Levelkonverter können die Signale angepasst werden.

Eine ähnliche Schaltung mit Arduino:

Schaltplan

Schaltplan

Testschaltung

Testschaltung

Das Programm

Um die Werte aus dem HX711-Modul auszulesen und auszuwerten, verwenden wir eine fertige Python-Bibliothek. In diesem Fall kommt die Bibliothek hx711py zum Einsatz. Im Internet kann sie unter der Adresse
https://github.com/tatobari/hx711py
gefunden werden. Mit
$ git clone https://github.com/tatobari/hx711py
wird sie geklont. Mit
$ cd hx711py
wechselt man in das Verzeichnis der Bibliothek und mit
$ sudo python3 setup.py install
wird sie installiert.

Bevor man mit dem eigentlichen Programm weiter macht, muss der Kalibrierungswert der neuen Raspberry Pi-Waage ermittelt werden. Der kann mit dem Programm (im Umfang der Bibliothek) example.py ermittelt werden.
Bevor das example.py gestartet wird, müssen in der Zeile
hx = HX711 (x , y)
die richtigen GPIO-Nummer, die für das HX711-Modul verwendet werden, eingegeben werden. In dem Beispiel sind das x=20, y=21. Die Zeile sieht dann wie folgt aus
hx = HX711 (20, 21).
Des Weiteren wird vor dem Start die Zeile
hx.set.reference_unit (z) als Kommentar markiert. Sie sieht dann so aus:
#hx.set.reference_unit (z).
Das Programm wird jetzt gestartet. Anschließend wird auf die Schale ein Gewicht mit einem bekannten Gewicht (Hier 203 g) gestellt.
Der Kalibrierungswert kann jetzt berechnet werden. In dem Beispiel lagen die angezeigten Werte im Bereich 226600. Der ermittelte Kalibrierungswert beträgt in dem Beispiel:
226620,29 (geschätzter Mittelwert) / 203 (bekanntes Gewicht) = 111,43.
Jetzt wird der Wert in die Zeile
hx.set.reference_unit (111,43)
eingetragen und das Programm neu gestartet. Neue Gewichte können jetzt gemessen werden.
Das example.py mit dem ermittelten Kalibrierungswert kann man als Grundlage für ein neues Programm verwenden.

                                        # Bibliotheken 
import time
import sys
import RPi.GPIO as GPIO
from hx711 import HX711
from tkinter import*

GPIO.setwarnings(False)
hx = HX711(20, 21)                      # GPIO 20 = Pin 38 
                                        # GPIO 21 = Pin 40 
                                        
                                        # 1 pro 100 ms Gewicht lesen 
                                        # und anzeigen 
def Gewicht_auslesen ():
    val = abs(hx.get_weight(5)//10)
    Gewichtsanzeige.config (text = str(val) + " g")
    hx.power_down()
    hx.power_up()
    Hauptfenster.after (100, Gewicht_auslesen)
    
                                        # Hauptfenster  
Hauptfenster = Tk()
Hauptfenster.title ('Gewichtsmessung mit Raspberry Pi')
Hauptfenster.config (background='#002211')
Hauptfenster.geometry ('1362x700+0+0')

                                        # Label Anzeige 
Gewichtsanzeige = Label (Hauptfenster,
                 font=("Arial 100 bold"),
                 bg = '#005EBC',
                 relief = RIDGE,
                 bd = 10,
                 fg = "white")
Gewichtsanzeige.place (x=200, y=200, width=950, height=250)

                                        # Kalibrierungswert 111.43 mit 
                                        # example.py ermittelt (in der 
                                        # Bibliothek enthalten) 
hx.set_reference_unit(111.43)
hx.reset()
hx.tare()

Gewicht_auslesen ()                     # Gewicht auslesen und anzeigen 
Hauptfenster.mainloop()
# *********************************************************** 
        

Kurzvideo

Gewichtsmessung mit Raspberry Pi

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