Placa de expansión para portabilidad: batería,
Bluetooth/WiFi/USB, SD e interfaz gráfica
Expansion Board for Portability: Battery, Bluetooth/WiFi/USB, SD and Graphical
Interface
Leonardo Casal
#1
, Francisco Calderón Acosta
*2
#
Instituto de Tecnologías Aplicadas y Emergentes (ITECA)
Universidad Nacional de San Martín (UNSAM)
Buenos Aires, Argentina
1
lcasal@unsam.edu.ar
*
Escuela de Ciencia y Tecnología (ECyT)
Universidad Nacional de San Martín (UNSAM)
Buenos Aires, Argentina
2
fncalderonacosta@estudiantes.unsam.edu.ar
Resumen—La implementación de funcionalidades de
portabilidad en prototipos electrónicos requiere la integración
de múltiples componentes para conectividad, almacenamiento
de datos, gestión de energía e interfaces de usuario. Si bien
estas capacidades se encuentran disponibles en diversas placas
de desarrollo especializadas, actualmente no existe una
solución que las integre todas en un único sistema. Este
trabajo presenta el diseño y validación experimental para la
futura implementación de una placa de expansión que incluya
comunicación Bluetooth, WiFi y USB, almacenamiento local
en tarjeta microSD, interfaz de usuario embebida (display y
botones) y aplicación externa multiplataforma (PC/android),
carga de batería con medición del porcentaje de carga (RSoC)
y algoritmo de estimación del tiempo de operación restante. El
sistema fue validado bajo diferentes condiciones operativas,
demostrando una precisión en la medición del RSoC superior
al 98% y permitiendo una comunicación inalámbrica para
graficar en tiempo real. Esta placa facilitará el desarrollo
rápido de prototipos portátiles en aplicaciones médicas, IoT y
sistemas embebidos.
Palabras Clave—placa de desarrollo, portabilidad,
porcentaje de batería, conectividad Bluetooth/WiFi, sistemas
embebidos, prototipado rápido
Abstract—The implementation of portability features in
electronic prototypes requires the integration of multiple
components for connectivity, data storage, power
management, and user interfaces. Although these capabilities
are available across various specialized development boards,
there is currently no solution that integrates all of them into a
single system. This work presents the design and experimental
validation for the future implementation of an expansion
board that includes Bluetooth, WiFi, and USB
communication; local storage on a microSD card; an
embedded user interface (display and buttons) and a
cross-platform external application (PC/Android); battery
charging with real-time state-of-charge (RSoC) measurement;
and an algorithm for estimating remaining operating time.
The system was validated under different operating
conditions, demonstrating an RSoC measurement accuracy
above 98% and enabling wireless communication for real-time
data visualization. This board will facilitate the rapid
development of portable prototypes in medical, IoT, and
embedded system applications.
Keywords—development board, portability, battery
percentage, Bluetooth/WiFi connectivity, embedded systems,
rapid prototyping
I. INTRODUCCIÓN
Para agregar portabilidad a un prototipo se deben
incorporar varios componentes que permitan conectividad,
guardado de datos, gestión de batería e interfaz de usuario.
Estas funcionalidades se encuentran disponibles en
diferentes placas de desarrollo, sin embargo no existe una
única placa con todas ellas.
En este trabajo se presenta el diseño y validación
experimental para la futura implementación de una placa de
expansión que incorpore:
● Comunicación por Bluetooth/WiFi y por USB
● Almacenamiento local en tarjeta microSD
● Interfaz de usuario embebida (pantalla y un botón)
● Aplicación para visualización (en PC y celular) en
tiempo real
● Medición del porcentaje de batería (validada en
diferentes condiciones) y estimación del tiempo restante
En particular, la estimación precisa del estado de carga
(RSoC) en baterías es un desafío técnico debido a la no
linealidad de las celdas, su degradación y su dependencia
de variables operativas. Frente a métodos tradicionales
(contador de Coulomb) con errores acumulativos [1], este
trabajo presenta un sistema integrado de monitorización
que mide el porcentaje de carga mediante la medición de
resistencia interna y estima el tiempo restante de operación.
El sistema incluye monitoreo del voltaje de salida, apagado
seguro por bajo voltaje (2.8 V) y comunicación vía
USB/Bluetooth/Wifi. Los resultados muestran errores
inferiores al 2% en RSoC y estabilidad de voltaje bajo
cargas variables, demostrando su utilidad en aplicaciones
portátiles críticas.
Recibido: 27/08/25; Aceptado: 09/11/25
https://doi.org/10.37537/rev.elektron.9.2.215.2025
Student Article
Revista elektron, Vol. 9, No. 2, pp. 100-106 (2025)
ISSN 2525-0159
100
II. DISEÑO DEL MONITOR DE BATERÍA
A. Hardware
El dispositivo desarrollado (Fig. 1) incluye los siguientes
componentes:
- microcontrolador ESP32-WROOM (con conectividad
Bluetooth y WiFi)
- batería Li-ion y monitor de porcentaje de carga
- cargador de batería y reguladores a 5,0V y 3,3V
- display OLED y botón (como interfaz con el usuario)
- lector de tarjetas SD con memoria de 1 GB
- interruptor de encendido
- conector USB-C
- LED indicador de encendido y carga en curso
En la aplicación final, el dispositivo incluirá un compresor
miniatura (consumo <400mA).
Fig. 1. Vista del “autonomy shield”, que permite guardar mediciones
en memoria SD y/o enviarlas por cable o Bluetooth. También incluye
una batería con cargador y un monitor del porcentaje de carga y del
tiempo restante.
B. Batería y Monitor de Porcentaje de Carga
Se utilizó una batería 18650 de Li-ion de 3000 mAh
(3,7 V nominal, 4,2 V máx.) marca UltraFire. El estado de
carga se monitorea mediante el integrado LC709203F [2]
[3], disponible como “shield” [4] [5], Fig. 2. Este integrado
se comunica por I
2
C con el microcontrolador y estima el
RSoC a partir de la resistencia interna en circuito abierto (a
mínimo consumo).
Durante el encendido, el monitor de carga utiliza como
referencia a la primera medición de RSoC. En este
momento, el consumo de corriente inicial debe ser menor a
0,025 C, donde C es la capacidad de la batería (75 mA para
3000 mAh).
Fig. 2. Batería utilizada (tipo 18650 de Li-ion de 3000 mAh) y módulo
de monitoreo de batería LC709203F en formato de shield.
Para garantizar la repetibilidad, en el Firmware se
implementó una rutina durante el encendido que repite esta
medición cada 100 ms, hasta obtener 10 mediciones con
menos de 2% de error, Fig 3.
Fig. 3. Diagrama de flujo al encender para verificar repetibilidad en
las mediciones.
C. Cargador de Batería y Reguladores de Tensiones
La carga se realiza con el circuito TP4056 [6], y se
emplea un elevador de tensión MT3608 [7], ambos
disponibles como shield HW-357 [8] (Fig. 3). La salida del
regulador (Vboost) se fijó en 5,0 V. También se incluye un
regulador a 3,3V.
Fig. 4. Circuito comercial utilizado que incluye al cargador de batería
TP4056 y al elevador de tensión MT3608.
D. Esquemático
La conexión de los componentes mencionados se
muestra en la Fig. 5 y la Fig. 6.
Revista elektron, Vol. 9, No. 2, pp. 100-106 (2025)
ISSN 2525-0159
101
http://elektron.fi.uba.ar
Fig. 5. Diagrama en bloques del circuito implementado.
Fig. 6. Diagrama de las conexiones entre las placas utilizadas.
D. Menú de usuario
La interacción se realiza mediante un menú navegable
en la pantalla OLED usando un único botón táctil
(pulsación breve: avanza entre opciones; pulsación
prolongada: selecciona opción).
El usuario puede iniciar/detener mediciones, guardar
datos en SD y enviar datos vía USB/Bluetooth.
Revista elektron, Vol. 9, No. 2, pp. 100-106 (2025)
ISSN 2525-0159
102
http://elektron.fi.uba.ar
inicio
→
↓
abrir mediciones
↓
archivo
→
↓
↘
medición borrada
Fig. 7. Menú de usuario y sus diferentes estados.
E. Almacenamiento y Comunicación
Los datos se guardan en formato CSV en la microSD,
con nombres incrementales.
Se desarrolló una aplicación en Flutter para
visualización en tiempo real, Fig 8, y almacenamiento en
una PC o celular. La comunicación serial se realiza a 2
Mbaud con un protocolo personalizado, Tabla I.
Fig. 8. Interfaz de usuario ejecutable en una PC o celular. Permite
graficar y guardar las señales a medida que se reciben los datos vía
USB o Bluetooth
TABLA I
PROTOCOLO DE COMUNICACIÓN
byte
valor
significado
0
0x0A
inicio de sincronismo
1
0xFA
2
LSB
N: cantidad de bytes de datos a
transmitir
3
MSB
4
0x02
fin de sincronismo
...
...
Bytes de datos
N + 5
0x0b
fin de intervalo de muestreo
E. Señales Monitoreadas y Estimadas
Se mide el voltaje de batería, el porcentaje de carga y el
sentido de la corriente utilizando el integrado LC709203F.
Se estima el tiempo restante hasta 0% o 100% de batería
realizando una extrapolación lineal de las últimas cinco
mediciones del consumo instantáneo, estimado a partir de
la variación de RSoC. Además, el microcontrolador
monitorea Vboost mediante un divisor resistivo (22 kΩ y
220 kΩ) conectado a una entrada analógica, con referencia
interna (Aref = 1,1 V).
III. METODOLOGÍA DE VALIDACIÓN
A. Capacidad de la baterías
La capacidad se determinó con un analizador ZB2L3
[9], usando una descarga sobre resistencias de 7,5, 15 y 45
Ω (corrientes promedio: 528, 264 y 88 mA). El error de
medición es menor a 1.5% de acuerdo a la precisión en la
medición de corriente. El analizador de batería se utilizó
como una referencia para estimar la similitud o diferencia
entre la capacidad informada en la batería y el valor medido
a diferentes condiciones de descarga. Si bien el analizador
no tiene una hoja técnica y su precisión es limitada en
comparación con otros dispositivos comerciales de alto
costo, su uso es suficiente para el enfoque de este trabajo.
Se consideró descargada al alcanzar 2,9 V, valor típico
para Li-Ion [10].
B. Repetibilidad de RSoC
Se midieron las variaciones del RSoC tras reiniciar el
monitor de batería luego de estar apagado diferentes
periodos entre 1 s y 6 min. Las diferencias fueron menores
al 0,8%, mostrando buena repetibilidad.
C. Voltajes monitoreados
Se comparó el voltaje de batería reportado por el
LC709203F y por un multímetro (UNI-T UT51), así como
el Vboost medido por el microcontrolador vs un voltímetro,
en condiciones de consumo mínimo y carga constante de
350 mA @ 4,9 V.
D. Carga y Descarga con Consumo Constante
Durante la carga de la batería se registraron el RSoC, el
voltaje de batería y Vboost. A continuación se registraron
estas mismas variables durante la descarga constante sobre
una resistencia de 7,5 Ω y después sobre el compresor
utilizado en el dispositivo. Las mediciones finalizaron
luego de un tiempo determinado por el apagado del
microcontrolador por batería baja de acuerdo al umbral
elegido de 2,9 V. Este tiempo fue comparado con el tiempo
restante estimado cada 20 s por el microcontrolador.
Revista elektron, Vol. 9, No. 2, pp. 100-106 (2025)
ISSN 2525-0159
103
http://elektron.fi.uba.ar
E. Descarga con Consumo Variable
Finalmente se evaluó la estabilidad del voltaje regulado
durante la descarga de la batería con consumo variable
(voltaje con forma de onda tipo triangular) sobre la
resistencia y el compresor.
IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
A. Capacidad de la baterías
Las baterías analizadas mostraron capacidades entre 490
y 890 mAh, Tabla I, muy por debajo del valor comercial
(3000 mAh).
Aclaramos que utilizamos baterías nuevas y que las
descargas se realizaron hasta un voltaje seguro, sin realizar
descargas profundas que pudieran dañar a las baterías.
Obtuvimos resultados similares con dos proveedores
diferentes y con otras marcas no líderes, con un rango de
precios intermedio a bajo.
La gran diferencia observada en las capacidades puede
deberse a que las baterías no tienen una hoja de datos con
suficiente información técnica. En particular, el fabricante
puede haber realizado las mediciones de carga a muy baja
descarga y/o a baja temperatura, sumado a que la fecha de
fabricación puede ser anterior a la indicada y/o un mal
almacenamiento. Aquellas baterías con hojas de datos de
reconocidas marcas tienen un precio de venta que puede ser
10 veces mayor. Estos resultados ponen en evidencia la
importancia de evaluar, bajo las condiciones de uso, la
capacidad inicial y degradación de las baterías que se
deseen utilizar en el dispositivo final.
TABLA II. CAPACIDAD MEDIDA DE LA BATERÍAS
bat n1
bat n2
descarga
R (Ohm)
I (mA)
Q (mAh)
Q (mAh)
alta
7,5
528
640
490
media
15
264
760
566
baja
45
88
890
682
B. Repetibilidad de RSoC
El porcentaje de carga se mantuvo constante tras
reinicios del monitor de batería, Fig. 6, con diferencias
menores al 0,8%. Esto se logró reduciendo resistencias de
conexión (sin protoboards) y minimizando el consumo
durante la medición inicial. Al reiniciar el
microcontrolador, se repite la medición inicial de batería
hasta obtener una diferencia menor al 1%. Luego se
enciende la corriente de la salida para el compresor,
display, etc.
Fig. 9. Repetibilidad del porcentaje de carga reportado por el
LC709203F, luego de apagarlo en intervalos de 1 s a 6 min.
C. Carga y Descarga con Consumo Constante
Durante la carga, (Fig. 7), el voltaje de batería aumentó
de 2,9 V a 4,15 V, mientras que Vboost se mantuvo en 5,0
± 0,03 V. El RSoC mostró una curva no lineal típica.
Durante la descarga sobre la carga constante de 7,5 Ω,
(Fig. 8), el voltaje de batería cayó de 4,15 V a 2,9 V y
Vboost se mantuvo en 4,85 ± 0,05 V (valores indicados
como continua y ripple). El RSoC disminuyó linealmente
hasta 15%, cuando se observa una caída más abrupta, típica
de estas baterías. Cuando la batería alcanzó los 2,9 V, el
microcontrolador se apagó de acuerdo al voltaje de apagado
seguro elegido. El tiempo medido hasta el apagado fue de
73 min, dentro del rango del tiempo (71-90 min) calculado
por el microcontrolador cada 20 s.
Al reemplazar la resistencia por el compresor como
carga, (Fig. 9) se observaron resultados similares: un
voltaje de batería típico y un Vboost estable en 4,90 ± 0,01
V.
D. Descarga con Consumo Variable
Durante la descarga de la batería con consumo variable
sobre la resistencia (Fig. 10), el voltaje de regulador resultó
4,85 ± 0,05 V. Al reemplazar la resistencia por el
compresor como carga, (Fig. 11) se observaron resultados
similares: un Vboost estable en 4,98 ± 0,06 V.
Revista elektron, Vol. 9, No. 2, pp. 100-106 (2025)
ISSN 2525-0159
104
http://elektron.fi.uba.ar
Fig. 10. Porcentaje de batería y voltajes medidos durante la carga. En
todo el rango de voltaje de batería de 2,9 V a 4,15 V, el voltaje de
regulador resultó de 5,00 ± 0,03 V.
Fig. 11. Porcentaje de batería y voltajes medidos durante una descarga
constante sobre una resistencia. El porcentaje de batería sigue una
recta hasta el 15%. En todo el rango de voltaje de batería de 2,9 V a
4,15 V, el voltaje de regulador resultó de 4,85 ± 0,03 V.
Fig. 12. Porcentaje de batería y voltajes medidos durante una descarga
constante sobre un compresor. El porcentaje de batería sigue una
recta hasta el 15%. En todo el rango de voltaje de batería de 2,9 V a
4,15 V, el voltaje de regulador resultó 4,9 ± 0,01 V.
Fig. 13. Consumo variable sobre una resistencia. El voltaje de regulador
resultó de 4,85 ± 0,05 V al variar la descarga con una triangular entre
la corriente mínima y máxima.
E. Usabilidad
El display y el botón del dispositivo le permitieron al
usuario navegar por el menú del display y elegir diferentes
opciones de manera simple. La interfaz de usuario en la PC
graficó las señales mientras eran adquiridas (“online”),
además de guardar archivos para su post procesamiento
“offline”. Además, las señales fueron guardadas de manera
local en la tarjeta SD. Por otro lado, fue posible
comunicarse con el dispositivo mediante Bluetooth con un
celular Android.
V. CONCLUSIÓN
Se desarrolló e implementó un dispositivo que permite
convertir un proyecto de mesada a uno portátil. Esto
permite avanzar hacia la implementación de una placa de
expansión o “shield” para agregar autonomía a un proyecto.
En particular, el dispositivo incluye un sistema de
monitoreo de batería embebido que estima el porcentaje de
carga, el tiempo de uso restante y regula el voltaje de salida
en 5V y 3,3V. Se verificó la repetibilidad, la linealidad bajo
descarga constante y la estabilidad en el voltaje regulado
bajo descarga variable, similar a la aplicación final. Se
implementó un apagado seguro al alcanzar 2,9 V en el
voltaje de batería.
Además el dispositivo incluye una interfaz de usuario,
grabado en tarjeta SD, conectividad por USB, Bluetooth y
Wifi, gráficos y guardado en una PC.
Este módulo será incorporado al monitor hemodinámico
desarrollado en nuestro laboratorio, aportando una función
clave para la portabilidad del dispositivo.
Revista elektron, Vol. 9, No. 2, pp. 100-106 (2025)
ISSN 2525-0159
105
http://elektron.fi.uba.ar
Fig. 14. Consumo variable sobre un compresor. El voltaje del regulador
resultó 4,98 ± 0,05 V al variar la descarga con un diente de sierra
entre el voltaje mínimo y el máximo.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] S. Piller, M. Perrin, and A. Jossen, “Methods for state-of-charge
determination and their applications” J. Power Sources, vol. 96, no.
1, pp. 113–120, 2001. link
[2] Datasheet LC709203F “Smart LiB Gauge Battery Fuel Gauge LSI
For 1‐Cell Lithium‐ion/Polymer (Li+)” link
[3] Application Note “Battery Fuel Gauge IC (LC709203F) Battery Fuel
Gauge IC for 1-Cell Lithium-ion (Li+)” link
[4] Adafruit LC709203F “LiPoly / LiI"on Fuel Gauge and Battery
Monitor - STEMMA JST PH & QT / Qwiic” link
[5] GitHub /Adafruit_LC709203F link
[6] TP4056 “1A Standalone Linear Li-lon Battery Charger with Thermal
Regulation in SOP-8” link
[7] Panasonic. (2007). Lithium Ion Batteries Technical Handbook (p.
22). Panasonic Corporation. Link
[8] MT3608 AEROSEMI “High Efficiency 1.2MHz 2A Step Up
Converter” link
[9] Esquemático “Shield steep up and battery charger” link
[10] “ZB2L3 Battery Capacity tester” link
Revista elektron, Vol. 9, No. 2, pp. 100-106 (2025)
ISSN 2525-0159
106
http://elektron.fi.uba.ar