Wemos D1 mini Battery Shield – Aufbau und Anleitung

Wemos D1 mini Battery Shield – Aufbau und Anleitung

Viele interessante IoT Projekte besitzen die Anforderung, dass sie komplett autark, d.h. ohne externe Spannungsversorgung, funktionsfähig sein sollen. Mit dem Wemos D1 mini Battery Shield (HCWEMO0009) ist es möglich den bekannten ESP8266 Microcontroller mit einem Lithium-Polymer (LiPo) oder Lithium-Ionen Akkumulator überall dort zu betrieben, wo keine dauerhafte Stromversorgung zur Verfügung steht.

Technische Details:

Der Ladestrom des Akkus ist standardmäßig auf 0.5A eingestellt. Mit einer Lötbrücke auf der Rückseite des Boards kann dieser jedoch auf 1A erhöht werden.

  • Modellbezeichnung: HCWEMO0009)
  • Chip: TP5410 Boost Regulator
  • Ladeanschluss: MicroUSB
  • Akku Anschluss: JST / PH 2mm Buchse
  • Ladestrom: 0.5A / 1A
  • Geeignet für: WeMos D1 mini (ESP8266)
  • Größe: 28.5x26x7mm
  • Gewicht: 4g

Wemos D1 mini Battery Shield Pinout:

PH2-2.0MMAkku Anschluss (normal 3.3-4.2V)
Micro USBLadeport (normal 5V)
grüne LEDLadevorgang abgeschlossen
rote LEDLadevorgang aktiv
J1maximaler Ladestrom: 0.5A oder 1A.
J2Akku mit A0 verbinden (über 130k Widerstand)

Funktionsweise:

Wird das Wemos D1 mini Battery Shield über den integrierten MicroUSB-Port mit Strom versorgt, so wird der angeschlossene Akku geladen. Der Wemos D1 mini erhält seine Eingangsspannung dabei direkt vom USB Anschluss.

Ist keine externe Spannungsversorgang am Battery Shield vorhanden, wird der angeschlossene Akku zum Betrieb des Microcontrollers genutzt. Durch den TP5410 Boost Regulator wird dabei eine Ausgangsspannung von 5 Volt mit maximal 1 Ampere erzeugt.

Wemos D1 mini Battery Shield Übersicht

Der aktuelle Ladezustand des Battery Shields wird über zwei farbige LEDs signalisiert:

  • rot: Ladevorgang aktiv
  • grün: Akku voll geladen

kompatible Akkus:

Mit dem Wemos D1 mini Battery Shield können diverse Akkumulatoren genutzt werden. Es müssen lediglich die richtigen Spezifikationen eingehalten werden:

Das Shield unterstützt sowohl Lithium-Polymer (LiPo) als auch Lithium-Ionen Akkus mit einer Betriebsspannung von 3.7 Volt. Der Akku muss dabei einen Ladestrom von mindestens 500mA erlauben. Eine Schutzschaltung wird nicht zwingend benötigt, da der TP5410 Chip des Battery Shields diese bereits integriert hat.

Lithium Akkus

Zum Anschluss des Akkus befindet sich am Battery Shield eine 2-polige JST-Buchse. Dementsprechend muss der Akku also einen 2mm JST-Stecker besitzen.

Achtung: beim Anschluss des Akkus an das Shield muss dringend auf die richtige Polarität geachtet werden. Auch bei vorkonfektionierten Akkus können Plus und Minus vertauscht sein.

Beispiele für kompatible Akkus mit Stecker sind:

Mit etwas handwerklichem Geschick und den passenden JST 2mm Steckverbindern  können auch viele weitere Modelle verwendet werden. Beispiel hierfür sind unter anderem die beliebten 18650 Li-Ionen  oder Flugdrohnen Akkus.

Akku auslesen und überwachen

Um die Spannung des Akkus zu messen ist eine kleine Modifikation am Battery Shield notwendig. Hierfür muss ein 100k Widerstand zwischen dem postiven Akku-Pol (Vbat+) und dem analogen Eingang (A0) des Wemos D1 geschaltet werden. Damit wird ein sogenannter Spannungsteiler hergestellt.

Wemos D1 mini Battery Shield Akku auslesen und überwachen
100kOhm Widerstand zwischen A0 und VBat+

Dies ist notwendig, da ein vollgeladener Lithium-Akku eine Spannung von bis zu 4,5V besitzt. Da der Wemos D1 mini jedoch nur 3,3V tolerant ist, könnte dieser durch eine zu hohe Spannung beschädigt oder sogar zerstört werden.

Arduino Sketch:

// Wemos D1 Battery Shield
// Akkuspannung messen
// Informationen: https://iotspace.dev/wemos-d1-mini-battery-shield

//Variablen deklarieren
int raw=0;
float volt=0.0;

// Setup für analogen Eingang und serielle Ausgabe
void setup()
{
  pinMode(A0, INPUT);
  Serial.begin(9600);
  delay(500);
}

void loop(){  
  raw = analogRead(A0);
  volt=raw/1023.0;
  volt=volt*4.2;
  
  Serial.print("Akkuspannung: ");
  Serial.print(volt);
  Serial.print(" | ");
  Serial.print("Sensorwert: ");
  Serial.println(raw);
  delay(1000);
}

Seit der Version 1.2.0 des Wemos D1 mini Battery Shields gibt es die Möglichkeit den Akku über eine Lötbrücke (J2) direkt mit dem analogen Eingang zu verbinden. Da hierbei jedoch ein 130k Widerstand für die interne Verbindung eingesetzt wird, muss der Multiplikator im o.g. Sketch auf 4.5 geändert werden.

Weitere Informationen:

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