{"id":6795,"date":"2020-05-29T13:08:10","date_gmt":"2020-05-29T11:08:10","guid":{"rendered":"https:\/\/www.nerdiy.de\/?p=6795"},"modified":"2022-01-20T13:01:09","modified_gmt":"2022-01-20T12:01:09","slug":"howto-espeasy-wemos-d1-mini-adc-an-eine-andere-maximalspannungen-anpassen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/nerdiy.de\/de_de\/howto-espeasy-wemos-d1-mini-adc-an-eine-andere-maximalspannungen-anpassen\/","title":{"rendered":"HowTo: ESPEasy \/ Wemos D1 Mini – ADC an eine andere Maximalspannungen anpassen"},"content":{"rendered":"\n

Mithilfe des ADC auf dem ESP8266 k\u00f6nnt Ihr Spannungen messen. Dies ist praktisch um zum Beispiel eine Akkuspannung und damit den Ladezustand des Akkus oder mithilfe eines LDRs und einem Serienwiderstand eine Helligkeit zu erfassen.<\/p>\n\n\n\n

Dabei ist der ADC des ESP8266 aber etwas speziell. Ohne weitere externe Beschaltung kann dieser leider nur Spannungen bis max. 1V bestimmen. Damit direkt die Spannung eines LiPo-Akkus zu ermitteln ist also nicht m\u00f6glich, weil der Spannungsbereich eines gesunden LipOs von 3,2 bis 4,2V reicht.<\/p>\n\n\n\n

Damit der ADC aber auch h\u00f6here Spannungen messen kann bedient man sich eines Tricks. Man verwendet einen Spannungsteiler um die zu messende Spannung auf den m\u00f6glichen Spannungsbereich des ADCs runter zu skalieren.<\/p>\n\n\n\n

Der ADC misst dann also Spannungen im Bereich von 0V bis 1V welche f\u00fcr einen h\u00f6heren Wert an dem eigentlichen Spannungsteiler stehen. So ist zum Beispiel auch auf der Platine des Wemos D1 Mini ein Spannungsteiler verbaut um Spannungen bis 3,3V zu messen. Das ist schon mal praktisch, reicht aber leider nicht um zum Beispiel die Spannung eines LiPos messen zu k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n

Wie Ihr diesen maximalen Spannungsbereich des ADCs erweitern k\u00f6nnt, ist im folgenden Artikel beschrieben.<\/p>\n\n\n\n

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Voraussetzungen<\/h2>\n\n\n\n

Hilfreiche Artikel:
<\/strong>Bevor ihr mit diesem Artikel startet solltet Ihr euch mit den Grundlagen des L\u00f6tens besch\u00e4ftigt haben. Informationen dazu findet Ihr in dem folgenden Artikel.
Elektronik \u2013 Mein Freund der L\u00f6tkolben<\/a><\/em><\/strong><\/p>\n\n\n\n

Ben\u00f6tigtes Werkzeug:<\/strong><\/strong><\/p>\n\n\n\n

In der folgenden Liste findet Ihr alle Werkzeuge die Ihr zur Umsetzung dieses Artikels ben\u00f6tigt.<\/strong><\/strong><\/p>\n\n\n

\n \n \n \n \n \n \n \n \n <\/colgroup>\n <\/table>\n \n \n \n<\/div>\n\n\n\n\n

Ben\u00f6tigtes Material:<\/strong><\/strong><\/p>\n\n\n\n

In der folgenden Liste findet Ihr alle Teile die Ihr zur Umsetzung dieses Artikels ben\u00f6tigt.<\/strong><\/strong><\/p>\n\n\n

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\n \n \n \n \n \n \n \n <\/colgroup>\n <\/table>\n \n \n \n<\/div>\n\n\n\n\n
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Sicherheitshinweise <\/span><\/h2>\r\n

Ich wei\u00df die folgenden Hinweise sind immer irgendwie l\u00e4stig und wirken unn\u00f6tig. Aber leider haben schon viele Menschen die es \"besser\" wussten aus Leichtsinnigkeit Augen, Finger oder anderes verloren bzw. sich verletzt. Im Vergleich dazu ist ein Datenverlust fast nicht der Rede Wert, aber auch diese k\u00f6nnen echt \u00e4rgerlich sein. Deswegen nehmt Euch bitte f\u00fcnf Minuten Zeit um die Sicherheitshinweise zu lesen. Denn auch das coolste Projekt ist keine Verletzung oder anderen \u00c4rger wert.<\/span>
https:\/\/www.nerdiy.de\/sicherheitshinweise\/<\/span><\/a><\/em><\/strong><\/p>\r\n

Affiliatelinks\/Werbelinks<\/h2>\r\n

Die hier in aufgef\u00fchrten Links zu Online-Shops sind sogenannte Affiliate-Links. Wenn Du auf so einen Affiliate-Link klickst und \u00fcber diesen Link einkaufst, bekommt Nerdiy.de von dem betreffenden Online-Shop oder Anbieter eine Provision. F\u00fcr Dich ver\u00e4ndert sich der Preis nicht. Falls Du Deine Eink\u00e4ufe \u00fcber diese Links t\u00e4tigst unterst\u00fctzt Du Nerdiy.de dabei auch in Zukunft weitere n\u00fctzliche Projekte anbieten zu k\u00f6nnen. \ud83d\ude42\u00a0<\/em><\/p>\n\n\n\n

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Wie funktioniert ein Spannungsteiler<\/h2>\n\n\n\n

Ein einfacher Spannungsteiler besteht eigentlich immer aus mindestens zwei Widerst\u00e4nden. Im unten stehenden Schaltplan des Wemos D1 Mini k\u00f6nnt Ihr im Rot markierten Bereich einen Spannungsteiler erkennen.<\/p>\n\n\n\n

Falls Euch die Funktion eines Spannungsteilers nicht interessiert, k\u00f6nnt Ihr diesen Absatz auch einfach \u00fcberspringen. \ud83d\ude42<\/p>\n\n\n\n

\"\"
Quelle: https:\/\/www.reddit.com\/r\/esp8266\/comments\/9idpbe\/does_anyone_know_where_to_buy_genuine_wemos_d1\/<\/a><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Dort sind zwei Widerst\u00e4nde in Reihenschaltung verbaut. Der obere Anschluss „A0“ kommt dabei von dem Anschluss Pin „A0“ auf der Wemos D1 Mini Platine. An „A0“ wird also die zu messende Spannung (zum Beispiel Euer LiPo) angeschlossen.<\/p>\n\n\n\n

Der Anschluss „ADC“ f\u00fchrt dann zu dem eigentlichen ADC des ESP8266. <\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure>
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Warum macht man das ganze?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Man nutzt hier eine Eigenschaft einer Reihenschaltung aus zwei Widerst\u00e4nden. <\/p>\n\n\n\n

F\u00fcr eine Reihenschaltung aus zwei Widerst\u00e4nden gilt n\u00e4mlich unter anderem, dass das Verh\u00e4ltnis der Gesamtspannung zu einer Einzelspannungen an einem der Widerst\u00e4nde gleich dem Verh\u00e4ltnis des Gesamtwiderstands zu einem der Einzelwiderst\u00e4nde ist. Das klingt erst mal kompliziert aber wird im folgenden erkl\u00e4rt. \ud83d\ude42<\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n\n

Vorab: Als Formel w\u00fcrde das ganze so aussehen:<\/p>\n\n\n

Formel 1:          \"frac{R1+R2}{R2}=frac{U1+U2}{U2}\" <\/p>\n

oder<\/p>\n

Formel 1.2:    \"frac{R1+R2}{R1}=frac{U1+U2}{U1}\"<\/p>\n\n\n

„U1“ and „U2“ are the voltages that drop across the resistor „R1“ and „R2“. „U“ is the same as U1 + U2 because in a series connection of (simple ohmic) resistors, the individual voltages add up to the total voltage.<\/p>\n\n\n

Kurz, es gilt: \"U=U1+U2\"<\/p>\n\n\n

\u00c4hnliches gilt auch f\u00fcr die Widerst\u00e4nde, denn auch der Gesamtwiderstand einer Reihenschaltung besteht aus der Summe der Einzelwiderst\u00e4nde. <\/p>\n\n\n

\"Rsum=R1+R2\"<\/p>\n\n\n

Diese Formeln lassen sich nun ganz gut in Formel 1 einsetzen und man erh\u00e4lt folgendes:<\/p>\n\n\n

\"frac{Rsum}{R2}=frac{U}{U2}\"<\/p>\n\n\n

„U1“ und „U2“ sind hierbei die Spannungen die an dem Widerstand „R1“ bzw. „R2“ abfallen. „U“ ist dabei das gleiche wie U1+U2 weil sich in einer Reihenschaltung aus (einfachen ohmschen) Widerst\u00e4nden die Einzelspannungen addieren um auf die Gesamtspannung zu kommen.<\/p>\n\n\n\n

Dazu muss die Formel so umgestellt werden, dass sich aus den gegeben Werten die Gesamtspannung „U“ berechnen l\u00e4sst. Die umgestellte Formel ergibt:<\/p>\n\n\n

Formel 2:\u00a0 \"frac{Rsum}{R2}*U2=U\"<\/p>\n

Wenn man hier nun die entsprechenden Werte einsetzt ergibt sich folgendes:<\/p>\n

\"frac{320k}{100k}*1V=3.2V\"<\/p>\n\n\n

Mit den im Spannungsteiler verwendeten Widerstandswerten lassen sich also Spannungen bis 3,2V am ADC messen.<\/p>\n\n\n\n

Das praktische: Wenn man diese Widerstandswerte \u00e4ndert kann man mit dem ADC auch h\u00f6here Spannungen messen. Im folgenden zum Beispiel die Spannung eines LiPos.<\/p>\n\n\n\n

\n\n\n\n

Spannungsteiler auf dem Wemos D1 Mini<\/h2>\n\n\n\n

So nun wisst Ihr in etwa wie ein Spannungsteiler funktioniert und wozu sich dieser unter anderem nutzen l\u00e4sst. Mit diesem Wissen wollen wir nun Widerstandswerte f\u00fcr den Spannungsteiler finden um die Spannung eines LiPo-Akkus messen zu k\u00f6nnen. Dessen Ladeschlusspannung liegt bei maximal 4,2V. Damit wir diese obere Spannung auch sicher messen k\u00f6nnen ist es ratsam eine etwas h\u00f6here Spannung zu w\u00e4hlen. Sagen wir einfach mal 4,3V.<\/p>\n\n\n\n

F\u00fcr die \u00fcblichen Spannungswerte von 4.3V, 5V, 9V und 12V sind im n\u00e4chsten Absatz auch schon Beispiele f\u00fcr die Widerst\u00e4nde R1 angegeben. So k\u00f6nnt Ihr Euch das rechnen sparen. \ud83d\ude42<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure>
\n

Ziel ist es also nun die Widerstandswerte f\u00fcr R1 und R2 zu ermitteln.<\/p>\n\n\n\n

Gleichzeitig wissen wir schon, dass U=4,3V<\/strong> und U2=1V<\/strong> sein muss. Damit bleiben zum Berechnen eines Wertes mit Formel 2 nur noch ein Wert den wir ermitteln m\u00fcssen um den letzten offenen Wert berechnen zu k\u00f6nnen. Aber wir machen es uns hier einfach und legen diesen Wert einfach fest. \ud83d\ude42<\/p>\n\n\n\n

Wir setzen R2 erst mal auf 100kOhm und gucken welchen Wert wir f\u00fcr R1 erhalten.<\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n

Umgestellt ergibt Formel 1 inkl. des gesammelten Wissens nun<\/p>\n

Formel 3: \"frac{{color{Red}<\/p>\n

In dieser Formel kennen wir alle (gr\u00fcnen) Werte bis auf R1 (rot). Also versuchen wir die Formel nach R1 umzustellen und erhalten folgendes:<\/p>\n

\"1+frac{R1}{R2}=frac{U}{U2}\"<\/p>\n

vereinfacht und umgestellt ergibt sich:<\/p>\n

\"(frac{U}{U2}-1)*R2=R1\"<\/p>\n

und das gleiche entsprechend eingef\u00e4rbt:<\/p>\n

\"(frac{{color{Green}<\/p>\n

In dieser Formel kennen wir nun alle gr\u00fcnen Werte und der gesuchte (rote) Wert steht brav auf der rechten Seite des Gleichheitszeichens. \ud83d\ude42<\/p>\n

Durch Einsetzen l\u00e4sst sich nun der gesuchte Wert f\u00fcr R1 berechnen:<\/p>\n

\"(frac{4.3V}{1V}-1)*100kOhm=330kOhm\"<\/p>\n

Es ergibt sich f\u00fcr R1 ein Wert von 330kOhm. Wenn wir also den auf der Platine des Wemos D1 Mini verbauten 220kOhm Widerstand gegen einen 330kOhm Widerstand ersetzen erweitert man den maximal messbaren Spannungsbereich von 3,3V auf 4,3V und kann somit auch den kompletten Spannungsbereich eines LiPo-Akkus messen. \ud83d\ude42<\/p>\n\n\n

\"\"<\/a>
Das ist die Ansicht der Unterseite des Wemos D1 Mini. Dort ist unter anderem auch der Spannungsteiler f\u00fcr den ADC verbaut.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Formel zur Berechnung:<\/p>\n\n\n

\"(frac{U}{U2}-1)*R2=R1\"<\/p>\n