Sensorik, Arduino und Pumpen
HX711 Wägezellen
Wieso?
Die HX711-Wägezelle ist eine digitale Lastzellen-Schnittstelle, die hauptsächlich in Waagen und anderen Anwendungen zur Gewichtsmessung verwendet wird. Sie bietet eine hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit bei der Messung von Lasten. Hier sind einige der Vorteile der Verwendung einer HX711-Wägezelle:
- Hohe Genauigkeit: Die HX711-Wägezelle ist in der Lage, Lasten mit einer Genauigkeit von bis zu 0,1% zu messen. Diese hohe Genauigkeit ermöglicht es, kleine Veränderungen in Lasten schnell und präzise zu erfassen.
- Breite Spannweite: Die HX711-Wägezelle ist in der Lage, Lasten im Bereich von 20 kg bis zu 50 kg zu messen, was für viele Anwendungen ausreichend ist.
- Einfache Schnittstelle: Die HX711-Wägezelle verfügt über eine einfache Schnittstelle, die es ermöglicht, die gemessenen Lasten mit einem Mikrocontroller oder einem Computer zu verarbeiten.
- Niedriger Stromverbrauch: Die HX711-Wägezelle verfügt über einen niedrigen Stromverbrauch, was sie ideal für Anwendungen mit begrenzter Stromversorgung macht.
- Geringer Platzbedarf: Die HX711-Wägezelle ist sehr kompakt und benötigt nur wenig Platz, was sie ideal für Anwendungen mit begrenztem Platzangebot macht.
Beschreibung
Die HX711 Wägezelle ist ein hochpräziser digitale Lastaufnehmer-IC, der entwickelt wurde, um die Lastaufnahme von Wägezellen (Belastungssensoren) zu verbessern. Es ist ein 24-Bit-A/D-Wandler, der speziell für die Verwendung mit Wägezellen entwickelt wurde und eine hohe Genauigkeit und Auflösung bietet.
Die HX711 Wägezelle besteht aus zwei Teilen: dem HX711 IC selbst und dem Wägezellen-Modul. Das Wägezellen-Modul enthält den HX711 IC sowie die nötigen Verstärker, Filter und Schaltungen, um das Signal der Wägezelle zu verarbeiten. Es kann direkt an eine Vielzahl von Wägezellen angeschlossen werden und ermöglicht es so, die Lastaufnahme von Wägezellen zu verbessern.
Der HX711 IC selbst verfügt über zwei Eingänge, die für die Verarbeitung des Signals der Wägezelle verwendet werden. Der DAT-Eingang wird verwendet, um das analoge Signal der Wägezelle zu empfangen, während der CLK-Eingang verwendet wird, um das Signal zu synchronisieren und die Daten auszulesen.
Das Modul kann mit einer Vielzahl von Mikrocontroller-Systemen wie Arduino, Raspberry Pi usw. verwendet werden. Es gibt auch eine Bibliothek, die es ermöglicht, den HX711 IC einfach in die Anwendung zu integrieren und die Daten auszulesen.
Die HX711 Wägezelle bietet eine hohe Genauigkeit und Auflösung und eignet sich daher besonders für Anwendungen, bei denen eine hohe Genauigkeit erforderlich ist, wie z.B. in der Lebensmittelindustrie, der Medizintechnik oder im Laborbereich.
Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass die Genauigkeit auch von der Wägezelle selbst und von der Kalibrierung abhängt. Eine regelmäßige Kalibrierung und Überprüfung des Skalierungsfaktors und der Nullpunktlast ist daher erforderlich, um eine hohe Genauigkeit zu gewährleisten.
Ein weiteres wichtiges Thema ist die Umgebungsbedingungen, wie z.B. Temperatur, Feuchtigkeit und Vibrationen können die Genauigkeit beeinflussen, es ist daher empfehlenswert, die Wägezelle in einer stabilen Umgebung zu betreiben und diese Faktoren zu berücksichtigen.
Insgesamt ist die HX711 Wägezelle ein leistungsfähiges und zuverlässiges Werkzeug, um die Lastaufnahme von Wägezellen zu verbessern und ist in vielen Anwendungen einsetzbar, vor allem in denen die hohe Genauigkeit erfordert wird.
In unserem Arduino-Code verwenden wir die Bibliothek Hx711, welche die Kommunikation mittels HX711-Wägezelle deutlich erleichtert.
Einige Funktionen werden nun erklärt:
Die Methode "tare()" der HX711-Bibliothek wird verwendet, um die Wägezelle auf Null zu setzen. Dies bedeutet, dass die aktuelle Last auf der Wägezelle als Nullpunkt angesehen wird und die Messungen, die danach mit der Methode "get_units(5)" durchgeführt werden, relativ zu diesem Nullpunkt erfolgen.
Wenn die tare() Methode aufgerufen wird, berechnet das HX711-Modul einen Mittelwert aus einer bestimmten Anzahl von Messungen und speichert diesen als Nullpunkt. Danach werden alle Messungen, die mit der Methode "get_units(5)" durchgeführt werden, relativ zu diesem Nullpunkt berechnet.
Peristaltikpumpen
Wieso?
Peristaltikpumpen sind eine Art von Pumpe, die auf der natürlichen Wellenbewegung des menschlichen Körpers basiert. Sie sind besonders nützlich für Anwendungen, bei denen ein präziser Flüssigkeitsfluss und eine geringe Verunreinigung von entscheidender Bedeutung sind. Im Folgenden werden einige der Vorteile von Peristaltikpumpen und mögliche Nachteile beschrieben.
Einer der größten Vorteile von Peristaltikpumpen ist ihre Fähigkeit, Flüssigkeiten präzise und kontinuierlich zu dosieren. Da die Pumpe durch den Druck des Schlauchs betrieben wird, ist sie in der Lage, sehr kleine Flüssigkeitsmengen zu fördern, was sie ideal für Anwendungen wie die Medizintechnik, die Analytik oder die Pharmazie macht.
Peristaltikpumpen sind auch besonders gut geeignet für Anwendungen, bei denen eine geringe Verunreinigung erforderlich ist. Da die Flüssigkeit nicht mit beweglichen Teilen in Kontakt kommt, ist die Gefahr von Verunreinigungen oder Abnutzung geringer als bei anderen Arten von Pumpen.
Ein weiterer Vorteil von Peristaltikpumpen ist ihre Fähigkeit, aggressive oder viskose Medien zu fördern. Da die Flüssigkeit nur durch den Schlauch befördert wird, kann die Pumpe auch Medien mit hohem Schwebstoffgehalt oder hoher Viskosität problemlos handhaben. Dies macht sie ideal für Anwendungen wie die Chemie- oder Lebensmittelindustrie.
Peristaltikpumpen sind auch sehr zuverlässig und langlebig, da sie keine beweglichen Teile haben und somit weniger anfällig für Verschleiß und Ausfälle sind. Sie sind einfach zu warten und zu reparieren, was die Gesamtbetriebskosten senkt.
Ein möglicher Nachteil von Peristaltikpumpen ist, dass sie eine höhere Anschaffungskosten haben können als andere Arten von Pumpen. Jedoch ist es zu berücksichtigen, dass die längere Lebensdauer und die geringeren Wartungskosten diesen höheren Anschaffungspreis auf lange Sicht ausgleichen können. Ein weiterer Nachteil kann sein, dass sie nicht geeignet sind für Anwendungen mit sehr hohen Drücken oder sehr hohen Temperaturen.
In Zusammenfassung bieten Peristaltikpumpen eine präzise und kontinuierliche Dosierung von Flüssigkeiten, eine geringe Verunreinigung, die Fähigkeit, aggressive oder viskose Medien zu fördern, Zuverlässigkeit und Langlebigkeit, und sind einfach zu warten und zu reparieren. Obwohl sie höhere Anschaffungskosten haben können, sind sie auf lange Sicht eine kosteneffiziente Wahl für bestimmte Anwendungen.
Ultrasonic Sensor
Wieso nicht?
Es gibt mehrere Gründe, warum es nicht sinnvoll ist, einen Ultraschall-Sensor wie den HC-SR04 in einem Getränkespender wie dem iTender zu verwenden. Einer der größten Nachteile ist die niedrige Skalierbarkeit des Sensors. Da der Ultraschall-Sensor auf einer bestimmten Distanz basiert, funktioniert er nur innerhalb einer begrenzten Reichweite. Dies bedeutet, dass er nicht in der Lage ist, genaue Messungen von Behältern zu erhalten, die sich weiter entfernt befinden.
Ein weiterer Nachteil ist die ungenaue und unzuverlässige Ergebnisse, die der Sensor liefert. Der Ultraschall-Sensor ist anfällig für Fehler, die durch Hindernisse oder Reflektionen verursacht werden. Dies führt dazu, dass der Sensor ungenaue Messungen liefert, die nicht zuverlässig sind.
Ein weiteres Problem ist, dass der Sensor immer einmalig eingemessen werden muss, damit er ordnungsgemäß funktioniert. Dies bedeutet, dass jedes Mal, wenn ein neuer Behälter hinzugefügt wird, der Sensor erneut eingemessen werden muss, um sicherzustellen, dass die Messungen korrekt sind. Dies kann Zeit und Ressourcen verschwenden.
Schließlich ist der Ultraschall-Sensor nicht dynamisch genug, um mit anderen Behältern im iTender-System zu arbeiten. Da der Sensor auf eine bestimmte Distanz basiert, funktioniert er nicht gut, wenn mehrere Behälter im System vorhanden sind. Dies kann zu Fehlern führen, wenn der Sensor versucht, die Füllstände von mehreren Behältern gleichzeitig zu messen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Ultraschall-Sensor HC-SR04 für den Einsatz in einem Getränkespender wie dem iTender nicht die beste Wahl ist. Aufgrund seiner niedrigen Skalierbarkeit, ungenauen Ergebnissen, der Notwendigkeit der Einmessung und der Unfähigkeit, dynamisch mit anderen Behältern im System zu arbeiten, ist es wahrscheinlich besser, eine andere Technologie zu verwenden.
Wir haben uns anfänglich für den Ultraschall-Sensor entschieden. Er sollte über dem Glas hängen und den Abstand zum gefüllten Messen.
Leider treten dabei einige Nachteile und Probleme auf, die wir bis dato nicht bedacht haben.
Unter anderem muss vor jedem wechseln eines Behälters (größenwechsel) eine neue Einmessung gestartet werden.
Diese Einmessung muss bei den Wägezellen beispielsweise nur alle paar Tage/Wochen ausgeführt werden.