Test du Shield Battery LiPo LoLin D1 Mini (mesure tension et niveau de charge)

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Table des matières

Nous continuons notre série d’article de présentation des Shields (cartes d’extension) pour l’ESP8266 Wemos D1 Mini. Un Shield essentiel à la réalisation d’objets connectés, de modèles réduits ou de micro-robotique, c’est le Shield Battery.

Vendu moins de 3€ en direct de chine, il permet d’alimenter la Wemos D1 Mini à l’aide d’une batterie LiPo rechargeable et de gérer le rechargement de celle-ci.

Déballage du Shield Battery pour Wemos D1 Mini

Le Shield Battery LiPo est livré dans une pochette anti-statique avec un jeu de connecteurs (3 types différents). Le circuit de charge est construit autour du chargeur TP5410 adapté à la recharge des batteries LiPo. La carte est équipée de deux connecteurs. Le premier connecteur est de type micro-USB (OTG). Il permet de recharger la batterie à partir d’une alimentation 5 Volts. On pourra utiliser un chargeur ou la prise USB d’un ordinateur. L’autre connecteur est de type JST XH2-2.54mm. Il permet de brancher une batterie LiPo (de 3,3V à 4,2V) La carte est également équipée d’un convertisseur permettant d’augmenter la tension de 3,7V délivrée par la batterie jusqu’à 5 Volts.

Caractéristiques techniques :

  • Tension de charge : nominale 5V (max. 10V)
  • Courant de charge : 0,5A par défaut. Souder le jumper J1 pour augmenter à 1A (attention, vérifier la compatibilité avec la batterie avant toute modification)
  • Batterie Lithium supportées : 3,3 à 4,2V
  • Convertisseur de tension jusqu’à 5V (1A max.)
  • Connecteur de batterie au format JST XH2-2.54mm
  • Connecteur micro-USB (OTG) pour recharge (5V, max. 10V)
  • Led verte : allumée lorsque la charge est terminée
  • Led rouge : allumée durant la recharge
  • Jumper J1 : permet d’augmenter le courant de charge de 0.5A à 1A
Toutes les caractéristiques techniques données à titre indicatif. Elles peuvent varier d’un fabricant à un autre. Vérifiez la compatibilité avec votre batterie et votre chargeur avant d’utiliser le Shield Battery. Ne dépassez jamais la tension maximale admissible par la batterie. Le non respect des consignes peut provoquer l’explosion de la batterie.

wemos battery shield circuit

 

Attention. Le connecteur est différent du JST-PH habituellement employé pour les modules de recharge de batteries LiPo

Si la batterie LiPo que vous avez acheté n’est pas équipée du bon connecteur, il faudra le remplacer. On trouve assez facilement sur Aliexpress ou Amazon des lots de câbles avec le connecteur JST XH2-2.54mm.

Attention de ne pas inverser la polarité de la batterie au moment du montage. La batterie risque de prendre feu ou d’exploser !

Soudage et ajustement de la longueur des connecteurs

Libre à chacun d’optimiser l’empilage des shields sur la Wemos D1 Mini. Ici j’ai soudé un connecteur long permettant d’ajouter d’autres Shields par dessus le Shield Battery.

Avant de souder les connecteurs, assurez-vous de respecter la continuité des broches (TX en face de TX…) Dans le cas contraire, la Wemos ne fonctionnera pas.

Pour souder correctement les connecteurs, je vous conseille de positionnement les connecteurs sur une breadboard le temps de la soudure.

shield battery wemos d1 mini positionnement connecteur

En fonction du fabricant (vendeur), les connecteurs peuvent vraiment être beaucoup trop long. Pour que les shields ne soient pas trop espacés (ce qui serait dommage), le mieux est de découper les pattes des connecteurs. Pour avoir une découpe précise, vous pouvez fabriquer un petit guide avec une feuille de papier. Marquez avec un stylo ineffaçable la partie à découper avant de couper avec une pince coupante chaque broche. Ici, les broches mesurent 8mm.

shield wemos d1 mini decoupe pattes broches trop longues

On obtient ainsi un empilage propre et compact.

shield battery empile sur wemos d1 mini

Mesurer la tension et le niveau de charge de la batterie LiPo

Lorsqu’on développe des objets connectés fonctionnant sur batterie, il est pratique de connaître le niveau restant afin de prévoir le rechargement (ou le remplacement) de cette dernière. La Wemos D1 Mini étant basée sur un ESP8266 (modèle ESP-12x), elle dispose donc d’une entrée analogique qui peut nous servir à suivre le niveau de charge de la batterie. Dans le tutoriel précédent, nous avons vu comment calculer théoriquement la tension de la batterie à l’aide d’un pont diviseur. Ici, nous allons utiliser une méthode plus simple.

On va juste devoir diminuer la tension délivrée par la batterie pour ne pas dépasser le 3,3V admissible par le convertisseur A/N. Pour cela vous pouvez par exemple utiliser une résistance de 1,5MΩ. Soudez la résistance entre la broche positive du connecteur de batterie et la broche A0 du Shield Battery.

shield battery lipo wemos d1 mini resistor measure tension shield battery lipo wemos d1 mini resistor measure tension top
Attention à ne pas faire surchauffer les composant ou faire fuser de l’étain sur les pistes du Shield. Cette opération annule toute garantie

Faites ensuite plusieurs relevés de tension avec un multimètre en récupérant le niveau du convertisseur A/N. Voici par exemple le relevé que j’ai fait pour une batterie LiPo 3.7V ayant une capacité de 1100 mAh.

shield battery wemos d1 mini batterie lipo tension niveau convertisseur analogique a0

En général, une batterie va se décharger de manière linéaire dans des conditions normales de température et d’utilisation. Le plus facile est donc d’utiliser la fonction map qui permet de relier le niveau du convertisseur A/N à la grandeur physique associée. Petit point de détail, la fonction map ne prend pas en charge les nombres décimaux. On va contourner le problème très facilement en multipliant les tensions par 100, puis en divisant par 100 la tension retournée par la fonction map.

float getVoltage(){
  float raw = analogRead(A0);                      
  float volt = map(raw, 140, 227, 338, 511);             // Avec une résistance 1M5 - With a 1M5 resistor
  volt = volt / 100;
  Serial.print("A0 "); Serial.println(raw);
  Serial.print("Voltage "); Serial.println(volt);
  return volt;
}

Il est tout aussi simple de déterminer le niveau de charge de la batterie. Vous pouvez très facilement déterminer le seuil de batterie qui correspond à une charge de 100% en fonction de la batterie utilisée. Vous remarquerez certainement une hausse de la tension durant la recharge la recharge. Il faut donc faire un peu de nettoyage si le niveau dépasse 100%.

float getLevel(){
  float raw = analogRead(A0);
  int level = map(raw, 140, 227, 0, 100);  // Avec une résistance 1M5 - With a 1M5 resistor
  if ( level < 0 ) { level = 0; }
  if ( level > 100 ) { level = 100; }
  Serial.print("Level: "); Serial.println(level);
  return level;
}

Cette méthode vous donnera une assez bonne idée du niveau de charge de la batterie. Attention, ça reste plus un indicateur qu’une mesure précise.

Deux remarques judicieuses publiées par Rob sur la version anglaise de l’article 🙂

  • La tension maximale absolue d’une cellule de batterie LiPo est de 4,20 volts. N’allez pas plus haut que ça. Assurez-vous que vous pouvez mesurer avec une précision de 1%. L’espérance de vie de la batterie sera réduite si vous dépassez la limite.
  • La tension de décharge d’une batterie n’est pas du tout linéaire par rapport à son état de charge. Mais si vous ne vous intéressez qu’aux états «plein» et «presque vide», l’approche suffira.

English Version

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    5 Commentaires
    1. Bonjour,
      Petite question : je travaille sur un projet et compte utilise ce shield avec une batterie 18650 (3.6v – 3000mah) et un D1 Mini
      Est-ce qu’il supporte la charge et l’alimentation d’un D1 en simultané ?
      Concernant la mesure de tension possible via A0, et les dernières version 1.2.0 et 1.3.0 est-ce que la résistance de 130K suffit ? Ou il vaut mieux en rajouter une comme sur votre guide ?
      Merci d’avance

      • Bonjour Florent. Oui, il est possible de recharger la batterie et d’alimenter la d1 simultanément. Oui, la résistance est suffisante, le tuto avait été rédigé avant la commercialisation de la v1.2. Bonne journée

    2. Bonjour,

      une fois de plus, excellent article.

      Je ne possède pas encore de Wemos D1 Mini qui pourtant m’intéresse sérieusement.

      Ayant également vu que ce shield existe, je n’ai pu m’empêcher de penser à quoi bon disposer d’un shield qui nécessite de devoir recharger une batterie. Autant disposer d’une batterie qui se recharge par le soleil puisque cette mini carte consommé si peu.

      https://github.com/TheAustrian/Wemos-D1-Mini-BME280-Weather-Station

      D’où une demande perso, en étant bien conscient que cela va dépendre des shields connectées et de l’ensoleillement dispo dans nos contrées (Belgique centre), quelle devrait être la batterie solaire (en mAh) permettant une lecture régulière de cette Wemos D1 Mini pour un usage extérieur avec : un SHT30 (si suporté par la 4M sinon avec un DHT22), un HC-SR04 (pour detection mouvement), un (FC28 ou similaire) pour la detection d’humidité du sol (afin de déclencher l’arrosage) et un relais (activant ou non l’ouverture de l’arrosage).

      Merci.

      Ces données étant envoyées par WiFi (MQTT) : 3 lectures T°+H° par jour (Matin/midi/soir), 1 lecture d’humidité du sol à 0500.

      • Bonjour Migui. Merci beaucoup. C’est toujours une question à laquelle il est très difficile de répondre. En plus de la complexité du programme, de la fréquence des connexions WiFi (consommatrice en énergie), la température extérieure va réduire l’autonomie. Les batteries n’aiment pas le froid. Le shield battery intègre un régulateur de charge, gère la charge de la batterie et protège la Wemos. C’est un shield qui est bien adapté pour faire du modélisme par exemple (RC en WiFi). Dans ton cas, tu as parfaitement raison, un batterie solaire est un excellent choix. En gérant les interruptions (réveil sur mouvement) et en réveillant 4 fois par jour la Wemos, une batterie de 5000 ou 8000mAH devrait faire l’affaire. On en trouve à moins de 10€ http://bit.ly/2o5pCeL . En tout cas, n’hésite pas à partager ton expérience sur le sujet. A très bientôt

        • Merci.
          Pour l’instant, je creuse les idées et j’ai acquis une
          batterie solaire de 5000 mAh me disant que j’essayerais pour voir si ça
          suffirait.
          Une fois que j’achèterais le Wemos D1 Mini, je pourrais alors avancer dans les idées d’exploitation domotique.

          A+

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    Calculateurs
    ×
    Calculateur loi d'Ohm
    Tension (U) - en Volt
    Courant (I) - en Ampère
    Résistance (R) - en Ohms
    Puissance (P) - en Watts

    Ce calculateur permet de calculer les relations entre le courant, la tension, la résistance et la puissance dans les circuits résistifs.

    Saisir au moins deux valeurs puis cliquer sur calculer pour calculer les valeurs restantes. Réinitialisez après chaque calcul.

    Rappel sur la Loi d'Ohm
    La loi d'Ohm explique la relation entre la tension, le courant et la résistance en déclarant que le courant traversant un conducteur entre deux points est directement proportionnel à la différence de potentiel entre les deux points.
    La loi d'Ohm s'écrit U = IR, où U est la différence de tension, I est le courant en ampère et R est la résistance en Ohms (symbole Ω).
    Loi d'Ohm (U=RI)
    ×
    Déchiffrer le code couleur d'une résistance à 4 bandes
    Bande 1 Bande 2 Multiplicateur Tolérance
       

    Résistance:  

    1 000 Ω ±5%

    Comment déchiffrer le code couleur d'une résistance à 4 anneaux
    Formule : ab*cΩ ±d%
    Les deux premières bandes (a, b) permettent de déterminer le chiffre significatif. La première bande correspond au chiffre de la dizaine, le second anneau le chiffre de l'unité. Par exemple Brun(1), Noir (0) donne le nombre 10.
    La troisième bande (c) est un coefficient multiplicateur. Par exemple, l'anneau rouge est un coefficient multiplicateur de 100, ce qui donne 10 X 100 = 1000Ω.
    Le quatrième anneau (d) indique la tolérance de la valeur nominale de la résistance. Par exemple l'anneau Or correspond à ±5%. Donc le fabricant de la résistance s'engage à ce que sa valeur soit comprise entre 950 Ω et 1050 Ω.
    Déchiffrer code couleur 4 bandes
    ×
    Déchiffrer le code couleur d'une résistance à 5 bandes
    Bande 1 Bande 2 Bande 3 Multiplicateur Tolérance

    Résistance:  

    1 000 Ω ±5%

    Comment déchiffrer le code couleur d'une résistance à 5 anneaux
    Formule : abc*dΩ ±e%
    Les trois premières bandes permettent de déterminer le chiffre significatif. La première bande correspond au chiffre de la dizaine, le second anneau le chiffre de l'unité. Par exemple Brun(1), Noir (0), Noir (0) donne le nombre 100
    La quatrième bande est un coefficient multiplicateur. Par exemple, l'anneau brun correspond au coefficient multiplicateur 10, ce qui donne 100 X 10 = 1000Ω.
    Le cinquième anneau indique la tolérance de la valeur nominale de la résistance. Par exemple l'anneau Or correspond à ±5%. Donc le fabricant de la résistance s'engage à ce que la valeur de la résistance soit comprise entre 950 Ω et 1050 Ω.
    Déchiffrer code couleur 5 bandes
    ×
    Calculateur de résistance série pour une ou plusieurs LED
    Tension d'alimentation en Volt
    Tension directe en Volt
    Courant en mA
    Résistance calculée en Ω
    Puissance estimée en W

    Ce calculateur permet de déterminer la résistance requise pour piloter une ou plusieurs LED connectées en série à partir d'une source de tension à un niveau de courant spécifié.

    Remarque. Il est préférable d'alimenter le circuit avec une puissance nominale comprise entre 2 et 10 fois la valeur calculée afin d'éviter la surchauffe
    Couleur Longueur d'onde (nm) Tension (V) pour LED ⌀3mm Tension(V) pour LED ⌀5mm
    Rouge 625-630  1,9-2,1 2,1-2,2
    Bleu 460-470 3,0-3,2 3,2-3,4
    Vert 520-525 2,0-2,2 2,0-2,2
    Jaune 585-595 2,0-2,2 3,0-3,2
    Blanc 460-470 3,0-3,2 1,9-2,1
    Résistance en série pour une ou plusieurs LED
    ×
    Calculateur durée de vie d'une batterie
    Capacité de la batterie
    Consommation de l'appareil ou objet connecté

    Ce calculateur estime la durée de vie d'une batterie, en fonction de sa capacité nominale et du courant ou de la puissance qu'une charge en tire.

    La durée de vie de la batterie est une estimation idéalisée. La durée de vie réelle peut varier en fonction de l'état de la batterie, de son âge, de la température, du taux de décharge et d'autres facteurs. C'est le mieux que vous pouvez espérer obtenir.

    Autonomie de la batterie = capacité de la batterie en mAh / courant de charge en mA

    Durée de vie batterie
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