Figure 1. Bienenstöcke mit Waage
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Ich bin einer der IoT-Enthusiasten, der gerne echte Dinge baut, die auch funktionieren. 2022 habe ich angefangen, einen Modem-Client zu implementieren, mit dem man zeigen kann was in UDP steckt. In Kombination mit Eclipse/Californium - CoAP-S3-Proxy demonstriert dieses Beispiel, dass man auch von Batterie ein paar Monate jede Stunde Daten austauschen kann.
Anfang 2023 habe ich dann basierend auf diesem Modem-Client meinen erste Bienenstock-Waage gebaut und bei einem befreundeten Imker in Betrieb genommen. Das Ergebnis des halbjährigen Testlaufs ist einfach:
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mobiler Datenaustausch funktioniert von Batterie sehr gut
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die Waage selber hat aber viel Verbesserungspotential
Das hat dann zur einer neuen Bauart der Elektronik geführt. Die daraus entstandenen Waagen in 2024 zeigten dann schon, dass einiges besser ist, aber auch noch weitere Verbesserungen gut wären. Daher habe ich dann Anfang 2025 die Waagen erneut verbessert und nach mehreren Monaten testen gibt es nun auch zu diesem Model sehr positive Erfahrungen. Ich möchte trotzdem gleich hier einräumen, dass es genauere Waagen gibt. Mein Schwerpunkt liegt auf dem mobilen Einsatz und dem Aufbau der Elektronik.
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ADC ist in die Waage. Kurze Kabel zu den Sensoren sind wichtig für eine geringere Temperaturabhängigkeit.
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Es werden 2x50kg Sensoren verwendet, anstatt 2x100kg. Das hilft nochmal die Temperaturabhängigkeit zu halbieren.
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Kalibrierungsdaten müssen ebenfalls in die Waage. Es hat sich auch gezeigt, dass es vorteilhaft ist, die Sendebox ebenfalls in die Waage zu integrieren. Das löst das "Kabelgewirr" auf und macht das Aufstellen und Umziehen der Bienenstöcke und Waagen einfacher.
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Der Aufbau der Elektronik wurde stark vereinfacht. Es werden nun Modems verwendet, die über einen QWIIC Anschluß verfügen. So kann man den ADC NAU7802 direkt anschließen, ohne zu löten. Auch einen Solarladeregler kann man verhältnismässig einfach integrieren.
Figure 2. Thingy:91X Waage (keine Kabel mehr!)
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Figure 3. Solar-Lader (2x 1 Woche pro Jahr)
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Figure 4. Sendebox Thingy:91X und ADC
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Figure 5. Untere Platte mit Aluwinkel 5mm, Wägezellen und Thingy:91X
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Figure 6. Schraubenköpfe
Figure 7. Verschraubung mit unterem Brett
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Figure 8. Obere Platte mit Bohrungen für Schraubenköpfe
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Die Version 2025 der Mobilen-Bienestock-Waage nutzt nun ein Thingy:91X. Man schliest den ADC NAU7802 von Adafruit direkt an das Thingy:91X an und beides wandert in die Waage. Damit entfällt einiges an Verkabelung. Die Bedienung läuft über Bluetooth LE und man braucht eine SmartPhone App. Das ist aber nur für das Kalibrieren notwendig, oder wenn man testen möchte, ob die Sendebox an eimen Aufstellungsort Empfang hat.
Alternativ gibt es auch noch zwei weitere unterstütze Modems mit QWIIC, die nRF9151 Feather und das Conexio Stratus Pro nRF9151, das letztere kommt sogar schon mit einem integrierten Solarladeregler. Beide haben aber keine Bluetooth LE Modul, so dass man dann trotzdem einmalig ein Thingy:91X für das Kalibrieren benötigt. Alternativ kann man auch ein USB Kabel verwenden.
Der Aufbau mit 2 Plattform Wägezellen gibt der Waage ein besondere Stabilität und Unempfindlichkeit beim Aufsetzen von Lasten. Wichtig ist, dass die Wägezellen sehr schlüssig und stabil mit den starken Aluwinkeln (5mm) verschraubt werden, sonst bekommt man anstatt einer Waage eine Wippe. Die obere Siebdruckplatte wird mit kleineren Aluwinkeln (3mm) gegen verrutschen gesichert. Hier muss man darauf achten, dass diese kleineren Aluwinkel (3mm) nur an den oberen starken Aluwinkeln (5mm) anstoßt. Wenn diese auch am unteren starken Aluwinkeln (5mm) anstossen, verfälscht die Reibung das gemessene Gewicht. Daher sind die oberen zwei starken Aluwinkel (5mm) 40,8cm lang und die unteren zwei mit 39,8cm 1cm kürzer. Die kleineren Aluwinkel (3mm) für die untere Siebdruckplatten schließen den Kasten ab. Diese sind um 16mm kürzer als die oberen kleineren Aluwinkel (3mm).
Für die Schraubenköpfe der M6 Schrauben, die die starken Aluwinkel (5mm) mit der Wägezelle verbinden, muss man in die Siebdruckplatten jeweils Aussparungen bohren (siehe oben, mittleres und rechtes Bild). Die unteren starken Aluwinkeln (5mm) verschraube ich ebenfalls mit den 6mm Schrauben und einer Einschlagmutter mit der unteren Siebdruckplatte.
Zwischen die starken Aluwinkeln (5mm) und den Plattform Wägezellen werden noch Distanzplatten benötigt, damit die Wägezelle auslenken kann.
Figure 9. Anordung der Winkel, Distanzplatten und Wägezelle (Alu)
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Die Anordnung der starken Aluwinkel (5mm), der Wägezelle und der Distanzplatten dazwischen habe ich so gewählt, dass der "Aufsetzschutz" (Überlastungsschutz für die Wägezelle), durch die starken Aluwinkel (5mm) selbst gegeben ist. Wichtig sind dabei das Zusammenspiel der Abmessungen. Meine Wägezelle hat eine Höhe von 22mm. Es werden dann oben und unten Distanzplatten benötigt, damit der Sensor auslenken kann. Hier benutze ich jeweils 5mm. Das ergibt dann eine Höhe von 32mm insgesamt. Meine Aluwinkel haben eine Innenhöhe von 30mm. Somit is die Auslenkung auf 2mm begrenzt.
Vielleicht findet der eine oder andere die Anordnung der Winkel seltsam. Ich erreiche damit zum einen nach außen (links) eine möglichst geschlossen Form zu bilden und zum anderen nach innen (rechts) offen zu sein für das Kabel, das aus der Wägezelle kommt und mit der ADC-Platine verbunden werden muss.
Beim Zusammenschrauben muss man auf die richtige Reihenfolge achten, sonst verdeckt ein Aluwinkel die nächste Schraube. Man beginnt mit den unteren starken Aluwinkel (5mm), den 5mm Distanzplatten und den Plattform Wägezellen. Dann setzt man die zusammengeschraubte Kombination auf die untere Siebdruckplatte und schraubt diese ebenfalls fest. Danach setzt man den oberen starken Aluwinkel (5mm) zusammen mit den 5mm Distanzplatten auf und schraubt diese ebenfalls fest. Ist man damit fertig, dann kann man die kleineren Aluwinkeln (3mm) seitlich, oben und unten montieren. Ich nehme da Spanplattenschrauben 3,5x9,5mm.
Figure 10. ADC QWIIC Verbindung
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Figure 11. ADC Anschlußplan
Figure 12. Sensorkabel
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Figure 13. ADC ohne LED
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Der ADC NAU7802 von Adafruit wird direkt mit einem QWIIC Kabel mit dem Thingy:91X verbunden. Auf der Rückseite der NAU7802/Adafruit Platine ist angegeben, wie man die Farben der Leitungen einer Plattform Wägezelle jeweils anschließt. Ich schliese beide Zellen parallel an, d.h. beide roten Leitungen an E+/Red, beide schwarzen an E-/Black, beide weißen an A-/White und beide grünen an A+/Green. Das erfordert etwas geschick. "Gelb" ist die Schirmleitung. Da kann man viel dazu im Web lesen. Wenn es passt, klemme ich die mit auf E-/Black. Ansonsten "isolieren" und schauen, ob es funktioniert.
Die Thingy:91X Sendebox schaltet die Stromversorgung für die ADC-Platinen ab. Aktiviert werden die Sensoren dann über den internen Spannungsregler des NAU7802. Dieser liefert gemäß dem Datenblatt maximal 10mA. Für zwei Balkensensoren ist das leider zu wenig. Die brauchen je 6-8mA zusammen also mehr als 10mA. Aktuell betreibe ich solche Waagen außerhalb der Spezifikation des NAU7802. Bis jetzt funktioniert es.
Leider, leider, sind diese ADC Module aus dem Bastel/Hobby-Bereich nicht ganz für den Batteriebetrieb ausgelegt. "Power LEDs" verkürzen die Laufzeit von Batterie erheblich auf ca. 2-3 Monate, auch wenn man das ADC Modul ausschaltet, wenn es nicht benutzt wird. Wenn man die LEDs mit dem Lötkolben entfernt, dann kommt man aber auf gute 6-8 Monate, was zusammen mit zeitweisen Laden über ein Solarpanel dann sehr gut passt.
Die Lage der Bohrungen bei den starken Winkeln ergibt sich, wenn der ein Winkelschenkel liegt und der andere noch ober zeigt.
Figure 14. oberer starker Winkel, 2x 6mm Bohrungen
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Figure 15. unterer starker Winkel, 4x 6mm Bohrungen
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Figure 16. oberer Winkel, 3x 3,5mm Bohrungen
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Figure 17. unterer Winkel, 3x 3,5mm Bohrungen (und 1x 11mm)
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Figure 18. Distanzplatten, 2x 6mm Bohrunge
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Figure 19. Bretter
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| Bauteil | Bezugsquelle | Preis (Herbst 2025) |
|---|---|---|
Thingy:91X, Nordic, LTE-M/NB-IoT nRF9151 modem |
112,77 Euro |
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Adafruit NAU7802 24-BIT ADC, I2C |
6,07 Euro |
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Adafruit Qwiic Kabel |
0,96 Euro |
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Gehäuse 115x85x35mm |
8,99 Euro |
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Gummitüllen, T-förmige, 6mm Außen x 4mm Innen x 9mm H, 2 Stück |
7,29 Euro (24 Stück) |
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Aluwinkel 25x50x5mm, 2x40,8cm (oben) |
9,72 Euro (zzgl. Versand ca. 14 Euro je Bestellung) |
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Aluwinkel 35x35x5mm, 2x39,8cm (unten) |
9,42 Euro (zzgl. Versand) |
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Aluwinkel 20x20x3mm, 2x50cm (oben) |
4,36 Euro (zzgl. Versand) |
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Aluwinkel 25x25x3mm, 2x48,4cm (unten) |
5,26 Euro (zzgl. Versand) |
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Aluflachstange 30x5mm, für 4 Distanzplatten a 30mm Länge |
3,76 Euro (zzgl. Versand) |
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Zylinderschrauben A4-80, M6 20mm, 12 Stück |
22,61 Euro (200 St, zzgl. Versand) |
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Federringe A4, M6, 12 Stück |
5,68 Euro (100 St, zzgl. Versand) |
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Einschlagmuttern A2, M6 9mm, 4 Stück |
1,08 Euro (zzgl. Versand) |
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Spanplattenschrauben A4, 3,5x9, 5mm, 12 Stück |
Baumarkt |
7 Euro (50 St) |
Plattform Wägezelle E120A 2x 50kg |
24,00 Euro (2x, zzgl. Versand) |
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Plattform Wägezelle CZL601 2x 50kg (alternativ) |
12,99 Euro (2x, zzgl. Versand) |
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Siebdruckplatten 45x55cm |
Baumarkt |
17 Euro (2x) |
Gesamtsumme |
260 Euro |
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(Anmerkung: leider gibt es einige Artikel nur in größeren Packungen und manches nur mit deutlichen Versandkosten. 260 Euro passen nicht, wenn man die Waage einzeln baut.)
| Bauteil | Bezugsquelle | Preis (Herbst 2025) |
|---|---|---|
Adafruit BQ25185 Solar charger |
7,10 Euro |
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Li-Ion Akku ICR18650 3.7V 2200mAh mit JST-PHR-2 |
9,48 Euro |
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Hohlstecker Buchse |
6,99 Euro |
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Micro JST 1.0 SH 3Pin Stecker |
6,98 Euro |
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Stiftleiste 2pol. abgewinkelt |
0,23 |
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Buchsengehäuse 2pol. |
0,06 |
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JST Kontakte für Buchse |
0,10 (2x) |
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Solarpanel (abgesetzt), 6V 1.2W |
6,99 Euro |
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Gesamtsumme |
25 Euro |
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Auch der Solarladeregler kommt mit einer "Power LED", die weg muss. Hier kommt man um den Lötkolben nicht rum
| Werkzeug | Bezugsquelle | Preis (Herbst 2025) |
|---|---|---|
Ständerbohrmaschine |
Sollte man schon haben, sonst wird es teuer |
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Spiralbohrer 3,5mm |
0,31 Euro |
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Spiralbohrer 6mm |
0,83 Euro |
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Spiralbohrer 8mm |
1,34 Euro |
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Forstnerbohrer 14mm |
3,55 Euro |
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Schaftbohrer 11mm/10mm (Solarladebuchse) |
8,36 Euro |
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Versandkosten |
3,99 Euro |
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Gesamtsumme |
18,37 Euro |
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Das hängt natürlich stark von der Bastel-Erfahrung ab. Ich denke, man sollte:
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1 Nachmittag für Bestellen und Besorgen
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1 Nachmittag für Bohren (Alu und Siebdruckplatten)
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1 Nachmittag für Zusammenbauen und Verkabeln
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1 Nachmittag für Fehlersuche :-)
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