HowTo: ESPEasy / Wemos D1 Mini - Ajuste del ADC a un voltaje máximo diferente

Puede usar el ADC en el ESP8266 para medir voltajes. Esto es útil, por ejemplo, para registrar el voltaje de una batería y, por lo tanto, el nivel de carga de la batería o un brillo usando un LDR y una resistencia en serie.

Sin embargo, el ADC del ESP8266 es un poco especial. Desafortunadamente, sin cableado externo adicional, esto solo puede determinar voltajes hasta un máximo de 1V. Por lo tanto, no es posible determinar directamente el voltaje de una batería LiPo porque el rango de voltaje de un LiPo saludable es de 3,2 a 4,2 V.

Se utiliza un truco para que el ADC también pueda medir voltajes más altos. Se utiliza un divisor de voltaje para escalar el voltaje que se va a medir hasta el posible rango de voltaje del ADC.

Luego, el ADC mide los voltajes en el rango de 0 V a 1 V, que representan un valor más alto en el divisor de voltaje real. Por ejemplo, se instala un divisor de voltaje en la placa de circuito del Wemos D1 Mini para medir voltajes de hasta 3.3V. Esto es práctico, pero desafortunadamente no es suficiente para poder medir el voltaje de un LiPo, por ejemplo.

En el siguiente artículo se describe cómo puede expandir este rango de voltaje máximo del ADC.

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Requisitos

Artículos útiles:
Antes de comenzar con este artículo, debería haber tratado los conceptos básicos de la soldadura. Puedes encontrar información al respecto en el siguiente artículo.
Electrónica - Mi amigo el soldador

Herramienta requerida:

En la siguiente lista encontrarás todas las herramientas que necesitas para implementar este artículo.

Material requerido:

En la siguiente lista encontrará todas las piezas que necesita para implementar este artículo.

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Instrucciones de seguridad

Sé que las siguientes notas siempre son un poco molestas y parecen innecesarias. Desafortunadamente, muchas personas que sabían "mejor" han perdido ojos, dedos u otras cosas debido a un descuido o se lesionaron. La pérdida de datos es casi insignificante en comparación, pero incluso estos pueden ser realmente molestos. Por lo tanto, tómese cinco minutos para leer las instrucciones de seguridad. Porque incluso el proyecto más genial no vale la pena lesionarse u otros problemas.
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¿Cómo funciona un divisor de voltaje?

Un divisor de voltaje simple en realidad siempre consta de al menos dos resistencias. En el diagrama de circuito del Wemos D1 Mini a continuación, puede ver un divisor de voltaje en el área marcada en rojo.

Si no está interesado en la función de un divisor de voltaje, simplemente puede omitir este párrafo. 🙂

Dort sind zwei Widerstände 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.

Der Anschluss “ADC” führt dann zu dem eigentlichen ADC des ESP8266.

De antemano: como fórmula, todo se vería así:

Fórmula 1:           

o

Fórmula 1.2:   

“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.

En resumen, se aplica lo siguiente:

Lo mismo se aplica a las resistencias, porque la resistencia total de un circuito en serie consiste en la suma de las resistencias individuales.

Estas fórmulas ahora se pueden usar bastante bien en la fórmula 1 y obtenemos lo siguiente:

“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) Widerständen die Einzelspannungen addieren um auf die Gesamtspannung zu kommen.

Dazu muss die Formel so umgestellt werden, dass sich aus den gegeben Werten die Gesamtspannung “U” berechnen lässt. Die umgestellte Formel ergibt:

Fórmula 2: 

Si ahora inserta los valores correspondientes aquí, los siguientes resultados:

Con los valores de resistencia utilizados en el divisor de voltaje, se pueden medir voltajes de hasta 3.2V en el ADC.

Lo práctico: si cambias estos valores de resistencia, también puedes medir voltajes más altos con el ADC. En el siguiente ejemplo el voltaje de una LiPo.

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Divisor de voltaje en el Wemos D1 Mini

Así que ahora sabe aproximadamente cómo funciona un divisor de voltaje y para qué se puede usar, entre otras cosas. Con este conocimiento ahora queremos encontrar valores de resistencia para el divisor de voltaje para poder medir el voltaje de una batería LiPo. Su tensión de final de carga es de un máximo de 4,2V. Para que también podamos medir este voltaje superior con certeza, es recomendable elegir un voltaje ligeramente superior. Digamos que 4.3V.

Para los valores de tensión habituales de 4,3 V, 5 V, 9 V y 12 V, en el siguiente párrafo se dan ejemplos de las resistencias R1. Así puedes ahorrarte el cálculo. 🙂

Cambiado, la Fórmula 1, incluido el conocimiento recopilado, ahora da como resultado

Fórmula 3:

En esta fórmula conocemos todos los valores (verde) excepto R1 (rojo). Así que tratamos de reorganizar la fórmula de acuerdo con R1 y obtenemos lo siguiente:

simplificado y reorganizado, el resultado es:

y del mismo color en consecuencia:

En esta fórmula ahora conocemos todos los valores verdes y el valor (rojo) que estamos buscando está en el lado derecho del signo igual. 🙂

El valor requerido para R1 ahora se puede calcular insertando:

Esto da como resultado un valor de 330kOhm para R1. Entonces, si reemplazamos la resistencia de 220 kOhm integrada en la placa de circuito del Wemos D1 Mini con una resistencia de 330 kOhm, amplía el rango de voltaje máximo medible de 3,3 V a 4,3 V y, por lo tanto, también puede medir todo el rango de voltaje de una batería LiPo. 🙂

Fórmula para el cálculo:

• U2 es siempre 1V
• U es el voltaje medible máximo deseado, por ejemplo, 4,3 V
• Simplemente debe configurar R2. Mejor en un rango de 10kOhm a 100kOhm para mantener baja la corriente a través del divisor de voltaje.

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Valores de ejemplo para voltajes máximos y los valores de resistencia asociados

Puede usar los siguientes valores de resistencia para extender el voltaje máximo medible del ADC al voltaje especificado.

Voltaje máximo medible: 4.3V
R1=330kOhm, R2=100kOhm

Tensión máxima medible: 5V:
R1=400kOhm, R2=100kOhm

Tensión máxima medible: 9V:
R1=200kOhm, R2=25kOhm

Tensión máxima medible: 12V:
R1=275kOhm, R2=25kOhm

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Configuración en ESPEasy

En ESPEasy, la conversión del ADC en un voltaje se puede hacer de manera muy conveniente.

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Diviértete con el proyecto.

Espero que todo te haya funcionado como se describe. Si no es así, o si tiene alguna pregunta o sugerencia, hágamelo saber en los comentarios. Si es necesario, lo añadiré al artículo.
Las ideas para nuevos proyectos siempre son bienvenidas. 🙂

PS Muchos de estos proyectos, especialmente los proyectos de hardware, cuestan mucho tiempo y dinero. Por supuesto que hago esto porque lo disfruto, pero si crees que es genial que comparta la información contigo, me encantaría hacer una pequeña donación al fondo del café. 🙂