Vereinfachungen beim PCB

In den letzten Tagen habe ich mir mal das OpenBikeSensor-PCB vorgenommen, und es stark vereinfacht. Insbesondere habe ich Bauteile entfernt, die wir in der „Standard-Variante“ (anhand der Bauanleitung) eh nicht bestücken, und die einer alternativen Bauweise oder der ursprünglichen Entwicklung dienten. Da das höchstens ein oder zwei Personen jemals gemacht haben, und tausende dieses PCB nutzen, fand ich es okay, diese langsam mal zu entfernen.

Im Gegenzug haben wir jetzt einen wesentlich übersichtlicheren Schaltplan und ein einfacheres PCB, sodass Änderungen daran wieder viel leichter sind.

Ich einen Haufen solcher Änderungen bereits vorgenommen, hauptsächlich mit der Motivation den Bau leichter zu machen:

  • Neuer Footprint für den ESP32, um einseitige Buchsenleisten verwenden zu können, und den üblichen Fehler der Falschausrichtung der wechselseitigen Buchsen zu vermeiden.
  • GPS nach unten verschoben, damit kürzere Antennekabel besser passen.
  • ESP32 leicht nach unten verschoben, um Platz zu machen für Displaystecker
  • Displaystecker nach oben verschoben, das ist näher an den Auslässen für das Kabel (in Top Rider und Back Rider Variante)
  • Alle Widerstände können als SMD oder THT bestückt werden, an der gleichen Stelle (kombinierter Footprint).
  • Entfernt: Brücke/Jumper, GPS-Transistor, alternative SD-Karten-Halterungen, zwei Addonstecker (neue Addonmöglichkeiten hinzugefügt)
  • GPS sitzt jetzt auf dem PCB, statt in einer Aussparung am Rand. Das ist zwar dann 6mm höher, aber wir haben im neuen Gehäuse 7mm Platz :slight_smile: So ist es einfacher zu löten und einfacher vorzubereiten, wie beim SD-Modul kann erst die Stiftleiste ins Modul eingelötet und dann das Modul verbaut werden → bessere Parallelisierung beim Massenbau.
  • Das PCB ist wieder rechteckig und somit leichter korrekt herzustellen, die Außenkante hat keinen Minimalradius mehr für die Fräse (die perfekten inneren Ecken haben bei einigen PCB-Herstellern, z. B. Aisler, Warnungen erzeugt, weil das nicht fräsbar war).
  • Spannungsregler wird nur noch in SMD-Bauweise verlötet. Dieses Bauteil war schwer zu löten und die Stifte haben viele Leute verwirrt, jetzt muss es aufgelötet werden ohne Stifte. Der Vorteil ist, dass die Pads jetzt kleiner sind und bessere (=dünnere) Verbindungen zur Kupferfüllfläche haben, also hoffentlich wesentlich leichter und fehlerfreier zu löten sind. Außerdem konnte ich so den Spannungsregler auf der Unterseite etwas verschieben, um mehr Platz für die Stecker zu haben.
  • Größere Pads bei einigen Footprints, damit viel leichter zu löten, insbesondere für Anfänger:innen
  • Wesentlich verbesserter Silkscreen (das ist die weiße Bedruckung der Platine mit Bezeichnern):
    • Diodenpolung intuitiv angezeigt
    • Battierepolung besser sichtbar
    • Schalterstecker-Ausrichtung aufgezeichnet
    • Weiße Flächen für Beschriftung mit Permanentmarker vorgesehen
    • Widerstände alle beieinander, sortiert R1 bis R5, mit Werten dazu
    • Kondensatoren mit Werten
    • Verständliche Beschriftungen an den Bauteilen: „GPS“, „SD“, „Diode“, „Fuse“, „Battery“, „Sensor 1“, „Sensor 2“, „Display“, „On/Off“, …
    • alte Logos (HLRS/DasBoes) entfernt, nur noch OpenBikeSensor Logo (evtl können wir auch das OSHW Logo mal drauf tun – sofern wir prüfen dass wir mit der Definition kompatibel sind)
  • Automatisierung des Exportprozesses mit KiBot – dieser erstellt für uns automatisch die Gerber-Dateien und auch weitere Exports (wie die interaktive BOM und der PDF-Schaltplan), ohne dass jemand von Hand wissen muss, welche Schritte dafür nötig sind. kibot installieren und ausführen reicht.

Ich habe mir Mühe gegeben, dass diese Änderungen das PCB nicht unkompatibel machen mit dem bisherigen Gehäuse und dem Anwendungsfall der meisten Nutzer:innen (99%). Ob das geklappt hat, weiß ich erst, wenn meine Testplatinen hier auftauchen und ich mal einen zusammengebaut habe. Bis dahin ist das ganze also eine „Alpha-Version“. Ich habe die gestern bestellt, hoffentlich sind die dann Anfang bis Mitte Dezember da.

Ich habe mich übrigens auch dazu durchgerungen, die verwirrende Versionierung mal zu beenden und das Ding einfach 1.0.0-alpha.2 zu nennen, wenn es finalisiert ist kann die neue Version dann 1.0.0 heißen und von da an machen wir einfach SemVer wie es sich gehört. Es gab in der Vergangenheit auch hier häufiger Verwirrungen, wo die Versionen plötzlich als „Version 3“ statt „00.03.xx“ benannt wurden und so weiter. Wenn es dann funktioniert (und davon ist auszugehen, der Schaltplan hat sich ja nicht wirklich inhaltlich geändert), ist das glaube ich gut das einfach mal als richtige, „fertige“ Version (ohne Null am Anfang) zu bezeichnen.

Die Bauanleitung passe ich dann natürlich auch noch an, wenn es soweit ist, die Bauteilbezeichner sind neu, und einige Schritte sind eben stark vereinfacht worden.

Hier noch ein paar Bilder:

Feedback ist immer willkommen. Ihr könnt meinen aktuellen Arbeitsstand auch auf Github verfolgen.

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Ich möchte gerne die Buchsenleiste zur Diskussion stellen, da diese schwer zu beschaffen und relativ teuer sind.

Können wir da nicht eine Standard-Buchsenleiste mit geraden Pins verwendet, welche durch die Platine gesteckt werden?

Das hieße leider, dass Lademodul und Spannungsregler woanders platziert werden müssten, und dann passt es nicht mehr ins aktuelle Gehäuse, wird vermutlich auch insgesamt größer.

Du bist der erste, von dem ich höre, dass das schwierig wäre mit den Buchsenleisten. Mit dem neuen Footprint hast du auch mehr Möglichkeiten. Und es spricht wenig dagegen 1x32 (Reichelt) zu kaufen und zu 2x15 zu zerlegen, da darf es sogar schief abbrechen wenn du genau in der Mitte brichst zwischen den 2 „Extra“ pins, und dann mit dem Seitenschneider oder Cuttermesser bereinigst.

Oder [1x20] und einseitig kürzen: (Conrad)

Ooder halt die einseitigen kaufen, was mit dem neuen Footprint auch kompatibel ist: Conrad (Vermutlich – bitte testen!)

Edit 1: Ich glaube @thomaso hat auch mal speziell 1x15 wechselseitig bestellt irgendwo, aber eben nicht in einem der großen Webshops. Vielleicht weiß der noch wo.

Edit 2: Mouser hat’s auch: https://eu.mouser.com/ProductDetail/Harwin/M20-7861546?qs=l5IOXVh7iox4GdYFQTDLcg%3D%3D

Edit 3: In der Bauteileliste steht ein Link direkt zu Fischerelektronik – ich glaube da kamen die meisten 15er SMD Leisten bisher her.

Moin,
eine gute Idee und sieht deutlich übersichtlicher aus.
Was noch gut passen würde: Beschriftung der Kontaktflächen auf der Unterseite… da kommt man beim Nachmessen mit dem Oszi/Tastspitzen besser ran als von oben. So wie bei „Add ons“.
Was eventuell noch hinzu könnte: Ein paar verstreute Pads für Kerkos an den 3.3 V für Display, US-Sensoren… … hat hier etwas zum „entglitschen“ des Displays beigetragen.

Vielen Dank, Olaf

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Danke danke. Die Beschriftungen finde ich gut, das mach ich direkt.

Mit den Extrapads tu ich mich etwas schwer, ich würde ungern (noch) mehr Footprints platzieren, die Anfänger:innen dann verwirren und bei den nächsten Ideen im Weg sind. Höchstens unauffällig und unbeschriftet in SMD…

Um ehrlich zu sein hab ich auch noch nie gehört dass das hilft. Was für glitches sind das, bei denen es hilft die Sensoren besser zu entkoppeln? Also wie äußerte sich das bei euch? Wenn das viel bringt würde ich es dann tatsächlich als Standardbauteile einführen (wie C1…C3 auch, die sind ja streng genommen auch nicht unbedingt notwendig), wenn es ein Sonderfall ist würde ich es ganz weglassen.

LG Paul

Moin Paul,
das Display zeigte Schrott an… es wurde besser mit Kerkos… ging aber je nach Einbauzustand nicht immer ganz weg… (auseinandergebaut kein Glitsch)… weg war es dann mit gekürzten und verdrillten Schalter- und Akkukabeln. Dort streute anscheined der US rein.
Olaf

So, nachdem @gluap und ich beide mal so ein neues PCB gebaut haben würde ich das jetzt als „fertig“ betrachten. Da sich beim Aufbau ein paar Kleinigkeiten geändert haben, schreibe ich schon an der neuen Bauanleitung. Wenn das alles fertig ist würde ich das als aktuelle PCB Version veröffentlichen. Die neue Version heißt dann auch „OpenBikeSensor Classic 1.0.0“, weil es schon ziemlich ausgereift ist und daher keine 0.x mehr verdient, und das „Classic“ um es von der bald dann verfügbaren Lite (und hoffentlich auch Pro) Variante zu unterscheiden.

Wer gern auch testen möchte kann sich bei mir melden, ich verschicke gern ein/zwei PCBs der neuen Version als Testplatinen. Bitte nur wenn ihr Löterfahrung habt und mit evtl. noch zu bemerkenden Fehlern umgehen, also das PCB dann evtl. auch modifizieren könnt (Traces trennen, irgendwo überbrücken, Kabel und Widerstände irgendwo dazu löten, wo sie nicht geplant sind – sowas halt :see_no_evil: ). Versand dauert aber noch ein bisschen, muss erst die aktuellste Version bestellen.

LG Paul

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Also ich finde das mit der Buchsenleiste auch sehr suboptimal. Reichelt scheint die nun gar nicht mehr zu haben.
Bei Conrad ist die unverhältnismäßig Teuer.
Bei Fischer Elektronik muss ich den Preis erst anfragen

Sonst habe ich die bei keinem Shop gefunden.
Wenn es die bei reichelt noch gäbe wäre es kein Problem - aber so muss ich - auch wenn ich die bei Conrad oder Fischerelektronik bekomme schon wieder extra Versandkosten zahlen.
Man zahlt wenn man alles bestellen muss am Ende mehr Versand als die Teile insgesamt kosten

Auch die Crimpstecker finde ich mit aktuell 0,13 € pro Stück bei Reichelt unverhältnismäßig teuer

Insgesamt würde ich mir für eine Version 2.0 was die Verbindung der Komponenten betrifft wünschen, dass die Komponenten dafür verbreiteter sind.
D.h. ggf. mehr „normale“ Buchsenleisten oder diese surface mount Klemmen (entweder mit Verschraubung der Kabel oder Klemmechanismus ähnlich wie bei Wagos)

Die Buchsenleiste hatte zufällig gestern jemand bei ali gefunden, vielleicht hilft dir dieser Link ja weiter: 2.31€ |10 stücke 2,54mm SMD Kurze Version PH5mm Einreihige SMT 1X3/4/5/6P 8P 10P 12P 20P Stapelbar PCB Weibliche Pin Header Buchse Stecker| | - AliExpress

Perspektivisch wollen wir für die nächste Version vom Selberlöten zur Maschinenbestückung, siehe hier: OBS Pro - Automatisiert bestückbare Hardware - #98 von fabian

Was die Crimpstecker angeht dachte ich bisher, dass diese ziemlich Standard seien, aber Conrad und Reichelt haben gelegentlich Apothekenpreise. Alternativlink aus dem gleichen Gespräch wie oben bei Element: 0.47€ 91% OFF|20 Kits xh 2,54mm 2/3/4/5/6/7/8/9/10/12 poliger JST Stecker Stecker Stecker, Buchse, Crimps|male connector|xh connectorfemale male connector - AliExpress (Stecker, buchse, crimps fur zusammen 3cent/Stück )

Klasse, vielen Dank für die Links. Leider ist die Suche bei AE einfach unter aller Kanone, wie bist Du da hingekommen? :wink:
EDIT: Obacht: von dem 15er Pinheader muss man wenn ich das richtig sehe einmal „Type 1“ UND „Type 2“ bestellen

Ich kaufe die Buchsenleisten immer bei ebay: SMD-Buchsenleiste 1x 16-polig RM 2,54mm DS1023-16-1X16TX1 Connfly [10 pcs] #BP | eBay

Auch wahnsinnig teuer. Habe jetzt die von dem Link bestellt, den @gluap geschickt hat, vielen Dank nochmal :slight_smile:

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