Bauanleitung v00.03

Dies ist die Anleitung zum Aufbau des vertikalen OpenBikeSensors v00.03.

Das fertig bestückte PCB eines OBS v00.03.

Voraussetzungen

Diese Anleitung setzt voraus, dass die Grundtechniken wie Löten, das Abisolieren von Kabeln und das Crimpen von JST-Verbindern bereits bekannt sind. Für letzteres empfehlen wir das JST-Crimp-Tutorial. Warnhinweise und Tipps zu Werkzeugbenutzung finden sich am Anfang der Bauanleitung für das Vorgängermodell v00.02.

Schritt 1: SMD-Widerstände

  • Widerstände R6 und R7 anbringen:
    • Einen Lötpunkt auf ein Pad setzen.
    • Widerstand flach auf das PCB legen, Lötpunkt erneut schmelzen und das Bauteil mit der Pinzette darauf schieben.
    • Andere Seite normal festlöten.
Einen Lötpunkt auf eines der Pads von R7 setzenDer Lötpunkt ist auf ein Pad von R7 gesetztDen Widerstand flach von der Seite darauf schiebenWiderstand R6 ebenfalls so anbringen

Schritt 2: Buchsenleisten

  • Eine der beiden Buchsenleisten muss auf 15 Pins gekürzt werden.
  • Mit dem Seitenschneider kürzen und mit dem Cuttermesser nacharbeiten.
  • Buchsenleisten so an ESP32 stecken, dass die gekürzte Seite den Platz für C3 frei lässt
  • Beachten: Erster Kontakt der gekürzten Buchsenleiste an C3 (ESP32 Board Richtung USB-Buchse) zeigt nach innen
  • Kontakte auf der gegenüberliegenden Seite zeigen versetzt nach innen
  • Längere Buchsenleiste steht gegenüber der Position von C3 über
  • Buchsenleisten mit gestecktem ESP32 positionieren
  • Beim Positionieren darauf achten, dass die inneren Kontakte auf den längeren Lötfahnen auf der Platine sitzen: Auf Seite von J7 zeigt erster Pin nach außen, auf der anderen Seite erster Pin nach innen
  • Jede Leiste an 2 Ecken festlöten
  • Danach alle äußeren Verbindungen löten
  • ESP32 abziehen und dann die inneren Kontakte löten.
Buchsenleite zuschneidenBuchsenleisten auf ESP32 aufsteckenBuchsenleisten auf ESP32 aufsteckenGemeinsam auf dem PCB platzierenZunächst an einem Eckpunkt fixierenAusrichten und auf der gegenüberliegenden Seite ebenfalls fixierenEbenso die andere SeiteAlle äußeren Pins festlötenAlle äußeren Pins festlötenDann den ESP32 entfernen und die Innenseite verlöten

Schritt 3: Stromversorgung

  • Für den roten Spannungsregler 1x1 und 1x2 Stifte vorbereiten.
  • Spannungsregler mit Stiften in zwei gegenüber liegenden Lötstellen fixieren
  • Stifte nicht verlöten!
  • Mit Stiften ausgerichtetes Modul an den anderen beiden SMD-Pads verlöten
  • Stifte abziehen und die restlichen Kontakte verlöten
Stiftleisten ablängenVorbereitete StiftleistenBoard platzieren und mit Stiften ausrichtenFreie Kontakte lötenStifte entfernenRestliche Kontakte löten
  • Für das blaue Lademodul 2x2 Stifte und 2x1 Stift vorbereiten.
  • Modul mit Stiften fixieren und darauf achten, dass es am PCB anliegt
  • Von unten 2 Stifte verlöten. Stifte auf der anderen Seite fixieren
  • Umdrehen und restliche Kontakte löten
  • Die schwarzen Plastikteile entfernen und diese Seite auch verlöten
  • Alle Stifte mit dem Seitenschneider kürzen
Lademodul mit StiftenLademodul platziertOberseite mit 2 LötstellenVon unten anlötenSchwarze Plastikteile von Stiftleiste entfernenOberseite fertig verlötetUnterseiteAuf beiden Seiten Stifte kürzenUnterseite verlöten

Schritt 4: Kondensatoren

  • Bei C2 und C3: Polung auf Platine und Kondensator beachten! (Langer Pin: „Plus“, mit Streifen markierte Seite: „Minus“)
  • Kondensatoren C1 bis C3 stecken
  • Zum Fixieren umbiegen
  • Verlöten und Draht abkneifen
Die KondensatorenKondensatoren platzieren, auf Polung achten!Draht auf der Rückseite umbiegenVerlöten und Drähte kürzen

Schritt 5: Den Transistor überbrücken

  • Den Transistor NICHT verwenden. Einige mit Transistor gebaute Module funktionieren nicht.
  • Statt des Transistors eine Drahtbrücke aus den vorher abgekniffenen Kondensatorpins einlöten
  • Drahtbrücke verbindet die beiden äußeren Kontakte der Transistor-Position.
Aus einem Stück Draht eine Brücke biegenDie Brücke bei Q1 von der Oberseite einsetzenAuf der Rückseite verlöten und kürzen

Schritt 6: THT-Widerstände

  • Widerstände richtig zuordnen:
    • R1=10kOhm (braun - schwarz - orange - gold)
    • R2=150kOhm (braun - grün - gelb - gold)
    • R3=300kOhm (orange - schwarz - gelb - gold)
  • Widerstände stecken, verlöten, abkneifen.
Die Widerstände bereitlegenAuf dem Board platzierenAuf der Rückseite verlöten und kürzen

Schritt 7: Sicherung

  • Sicherung an Position F1 stecken, verlöten, abkneifen
Die Sicherung (oben rechts) anbringen

Schritt 8: Batteriekabel /-stecker

  • Stecker zusammenstecken
  • Beschriftung auf der Platine beachten (Rot: „Plus“, Schwarz: „Minus“)
  • Auf der Rückseite anlöten
  • Kabel wieder abziehen
Der Batterieverbinder mit Kabel, um die Polung zu prüfenAuf der Rückseite verlöten

Schritt 9: Diode

  • Polung beachten!
  • Diode umbiegen und stehend auf dem weiter vom Batteriestecker entfernten Kontakt aufsetzen
  • Der markierte Ring muss oben stehen
  • Löten, Enden abkneifen
Die verlötete Diode

Schritt 10: Verbinder für Taster und Display

  • J5: 5-Pin-Konnektor gemäß Markierung auf Platine aufsetzen (Aussparungen zeigen Richtung Platine).

    • 2 Punkte von unten verlöten
    • Platine umdrehen, restliche Pins verlöten.
  • J6 (Taster-Stecker) hat keine Polung

    • 2-Pin-Connector so aufsetzen, dass er möglichst wenig über den Rand der Platine übersteht und verlöten
Verbinder für Schalter und Display auf der Oberseite anbringen

Schritt 11: Sensorboards

  • Beim Sensorboard mit Kontakten Richtung ESP32:
    • Plastikteil der Buchse zum Sensor vorsichtig entfernen
    • Kontakte nach oben umbiegen – von den Steckkontakten weg
  • Beide Sensorboards stecken, dabei Beschriftung (+3V3, TRIG, ECHO, GND) beachten
  • Boards gerade und dicht am OBS-PCB ausrichten und verlöten
  • Überstehende Stifte kürzen
Boards grob platzierenAusrichten, sodass sie senkrecht stehen und sich nicht berührenKontakte auf der Rückseite verlötenBeine kürzen

Schritt 12: SD-Modul

  • Gewinkelte Stiftleiste mit 6 Pins vorbereiten.
  • Gewinkelte Stiftleiste genau wie in der Abbildung gezeigt in SD-Modul stecken.
  • Die Ausrichtung ist wichtig: Es gibt 8 Arten die Stiftleiste zu stecken, 7 funktionieren nicht.
  • Stiftleiste mit Modul verlöten und überstehende Pins abkneifen
  • Modul auf OBS-PCB stecken (Ausrichtung und Beschriftung beachten)
  • Verlöten und Stifte kürzen
SD-Karten Modul und StiftleisteStiftleiste in Modul einstecken und verlöten (Richtung beachten)Modul platzierenAuf der Rückseite anlöten und kürzen

Schritt 13: GPS-Modul

  • Gewinkelte Stiftleiste mit 4 Pins vorbereiten

  • Stiftleiste in OBS-PCB verlöten (Unterseite, langes Ende der Pins seitlich herausschauend)

  • Eng anliegend verlöten

  • GPS-Modul aufstecken

  • Verlöten und Stifte kürzen

  • Achtung! Achte darauf, dass das kurze Ende der Stiftleiste in das Board und das lange Ende in das GPS-Modul eingelötet wird. Ansonsten ragt das GPS-Modul aus dem Gehäuse heraus.

Das GPS-Modul mit Antenne (große Variante). Überstehenden Teil der Platine abknicken und entfernen.Das GPS-Modul mit StiftleisteStiftleiste ohne Modul von unten ins PCB steckenStiftleiste auf Vorderseite anlötenStiftleiste gelötetGPS-Modul aufstecken und ausrichtenGPS-Modul anlöten, Kontakte kürzen

Damit ist das PCB fertig bestückt!!!

Schritt 14: Ein/Aus-Schalter

  • 2x10cm Kabel crimpen und in 2-fach Stecker einführen
  • Andere Kabelenden seitlich an den Schalter löten.
  • Achtung:
    • Orientierung der Kabelenden und Auswahl der beiden Kontakte am Schalter beachten und eventuell mit Multimeter nachmessen, damit Schalterzustand später mit der Beschriftung am OBS-Gehäuse übereinstimmt (0 unten, I oben).
    • Nur seitlich angelötet passen die Kabel später in das Gehäuse.
    • Zu viel Hitze lässt den Schalter innen schmelzen, was zu Wackelkontakten führen kann.
Schalter mit Kabel und stecker

Schritt 15: Ultraschallsensor-Kabel kürzen und crimpen

  • Tipp: Zunächst mit überschüssigen Kabelteilen und Crimpkontakten üben!
  • Die langen schwarzen Kabel der Sensoren auf etwa 10cm kürzen, da die langen Kabel nicht in das Gehäuse passen und auch die Plastikeinfassung der bestehenden Stecker zu starr und zu dick für das Gehäuse ist
  • Vorsichtig! Koax-Kabel – der innere Leiter ist sehr dünn und kann leicht durchtrennt werden.
  • Crimpkontakt muss für optimale Verbindung Leiter und Isolierung greifen
Sensor mit gekürztem Kabel und SteckerDetailaufnahme Stecker und Schirmung

Schritt 16: Batteriekabel anlöten

  • Die Akkus sind mit Lötfahnen ausgestattet.
  • Auf 12cm gekürztes Batteriekabel an die Enden der Fahnen angelöten
  • Polung beachten: Pluspol an Akku auf der Seite mit Einkerbung im Akku-Gehäuse
  • Polung Im Zweifel nachmessen
  • Die Batterie und Kabel werden mit einem kleinen Kabelbinder im Deckel fixiert
  • Batteriekontakte mit Isolierband o.Ä. isolieren

Batterie noch nicht einstecken.

Akku mit Kabel und Stecker (Polung beachten!)Kontakte isolieren

Schritt 17: Display-Kabel

Hinweis: Beim Display ist die Reihenfolge sehr wichtig! Ein Kabel mit Steckern auf beiden Seiten oder gelötetem Kabel/Knopf passt nicht mehr durch das Gehäuse.

  • Kabel abisolieren und auf einer Seite 5x crimpen. Dabei nur 1-2mm abisolieren und für stabilen Halt mit Isolierung crimpen.
  • Gecrimpte Kabelenden in den 5er Stecker einführen. OBS-PCB und Display sind beschriftet. Zuordnung der Farben zu Beschriftung notieren.
  • Vor Anschluss des Displays Kabel durch Displaygehäuse-Unterteil führen
  • Zwei Optionen für Anschluss an das OLED-Displayboard
    1. Display-Seite crimpen
    • Nur 4x Crimpen!
    • Das Kabel, das im OBS mit „BUT“ verbunden wird, zunächst frei lassen
    • Kabel für VDD zusammen mit zweitem 2-3 cm Kabel crimpen
    • Am OLED-Displayboard Plastikteile an Steckkontakten entfernen und Pins um knapp 1/3 kürzen
    • Prüfen, ob Crimpstecker bündig auf Platine steckt
    • Ggf. Pins weiter kürzen, damit Board und Pins ins Displaygehäuse passen
    1. Display-Seite löten
    • VDD muss auch hier an Display UND Taster verbunden werden
    • Die andere Seite des Tasters mit dem am OBS mit „BUT“ beschrifteten Kabel verbinden
    • Die übrigen 4 Kabel entsprechend Farbe und Beschriftung am PCB zuordnen.
Kabel abisoliert, Crimp in ZangeAlle 5 Adern crimpenOBS-Seite in Stecker einführenKabel durch Gehäuseunterteil ziehen
  • 0,96 Zoll OLED-Boards haben teils etwas unterschiedliche Größen
  • OLED Displayboard ggf. wie abgebildet etwas kürzen, insbesondere an den Ecken
  • Je nach Genauigkeit des 3D-Drucks das Gehäuse etwas weiter ausfräsen
  • Board und Taster in Displayoberseite einsetzen
Verschiedene Displays vom gleichen LieferantenDisplay in Gehäuse einpassen, ohne GewaltWenn nötig, Display mit Seitenschneider stutzen
  • Kabel von BUT an ein Ende des Tasters anlöten
  • Kurze Kabel von VDD an zweiten Pin des Tasters löten. Achtung: Der Taster ist hitzeempfindlich, bei zu langem/heißem Löten schmilzt der Kunststoff.
Kurzes Stück Kabel (2-3cm) für ButtonAuf Display-Seite 4 Adern crimpen, Zusatzkabel zu VDD dazuFünftes Kabel und VDD Verbindungsstück an Stecker anlöten

Display zusammensetzen

  • Magnete in Displaygehäuse und Lenkerhalterung passend zur Fixierung einlegen
  • Muttern mit längeren Schrauben in Aussparungen in Gehäuse-Unterseite einziehen. Man kann bei Bedarf alle im Folgenden genutzten Muttern am äußeren Rand mit Sekundenkleber fixieren, dabei aber den Kleber unbedingt von den Gewinden fernhalten!
  • Längere Schrauben durch M3x18 ersetzen
Magnete passend einlegenMuttern in Gehäuse ziehen mithilfe langer SchraubenLange Schrauben durch die richtigen, kürzeren ersetzen

Zugentlastung einsetzen

  • Erstes Teil der Zugentlastung einsetzen
  • Zweites Teil der Zugentlastung von außen angewinkelt eindrücken, bei Bedarf die Seiten des einzusteckenden Endes zum Kabel hin schräg anschleifen
  • Für optimale Zugentlastung Kabel auf ganzer Länge der Zugentlastung mit Isolierung fixieren (Muttern und Schrauben M3xXX anziehen)
  • Fixierung für Sechskant-Muttern auf einem Teil der Zugentlastung beachten
Die Teile der ZugentlastungErstes Teil einsetzenZweites Teil einsetzenZugentlastung verschrauben

Schritt 18: Elektronik testen

Zunächst muss die OpenBikeSensor Firmware auf den ESP32 geflashed werden.

Vor dem Einbau ins Gehäuse testen wir die Elektronik in dieser Reihenfolge:

  1. Ausschalten
  2. Batteriekabel polungsrichtig einstecken.
  3. Laden: Normales USB-C Ladegerät (5 V) anschließen
    • Einige Geräte funktionieren nur nach Anschluss an ein Ladegerät
    • Bei vollem Akku leuchtet das Modul blau, sonst rot. USB-C Kabel abstecken.
  4. Einschalten per Kippschalter (ohne dabei den Knopf am Display zu drücken)
    • Boot-Screen sollte auf dem Display erscheinen. Wenn nicht, nochmal aus und, sofern nichts stinkt oder gar raucht, wieder einschalten.
    • Druck auf Taster wechselt von Boot-Screen zu einfacher Distanz-Anzeige (– cm)
  5. Bei angeschlossener GPS-Antenne GPS-Funktion im Freien testen
    • Nach einigen Minuten: GPS-Board blinkt, Boot-Screen wechselt zu Sensor-Anzeige. Werden 0 Satelliten angezeigt, wird trotzdem weitergesucht, was zu Beginn wegen des Downloads des Almanachs sehr lange dauern kann. 15 Minuten sind beim ersten Einschalten nicht ungewöhnlich.
  6. Sensoren-Funktion testen: Sensoren mit Sensor-Boards verbinden
    • Polung beachten
    • Der Abstand wird abzüglich der Breite des Lenkers gemessen. In der Software kann man im Konfigurationsmodus dessen Breite einstellen.
Schalter und Batterie anschließen zum Testen

Schritt 19: Gehäuse vorbereiten

Alle Muttern vor den elektronischen Bauteilen in das Gehäuse stecken. Manche können herausfallen, andere sitzen sehr fest. Auch hier kann Sekundenkleber verwendet werden.

GPS-Antenne einsetzen (keine Gewalt)Akku und Ultraschallsensor an Deckel montieren ('Up'-Pfeil beachten)GPS-Antenne anschließenUltraschallsensoren einsteckenLadebuchse (USB-C) ohne Gewalt in die Aussparung einfädeln

Schritt 20: Zusammenbau

Displaykabel zwischen SD-Kartenleser und GPS-Modul führenPCB festschraubenHalterung und Zugentlastung (mit Kabelauslass Richtung Gehäusedeckel) festschraubenAbschirmung vorbereiten (8-10 Lagen Alufolie mit Klebeband isoliert oder eingeschweißt, alternativ der zugeschnittene Boden eines Teelichts, umwickelt mit einem Teil eines Gefrierbeutels)Abschirmung zwischen den Sensorboards platzieren und vor Einbau des Ein/Ausschalters innenliegenden Federring entfernen, um Einbauhöhe nicht zu überschreitenGPS-Deckel festschraubenDeckel festschraubenMagnete in die Abdeckung der Ladebuchse eindrücken (eventuell mit etwas Sekundenkleber)Weitere Magnete daraufsetzen (für korrekte Polung)Zusammen die Magnete in das Gehäuse drückenFertig

Viel Spaß bei der Nutzung!