OOBD-Cup v5 NG - Bauanleitung

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The OOBD-Cup is dedicated for Cardiagnostics connected to the OBD2-connector. This 16-pole connector is in almost every modern car and is govermental required in regards of emmission diagnostics. You can find it mostly in the surrounding of the steering wheel often also located in the footwell.

The OOBD-Cup V5 is consisting of two components the DXM1 and the BTM182 or BTM222,a bluetooth module.

The DXM1 is the DIAMEX DXM OBD2-Modul from Stange Distribution. This is combined as a “sandwich” with the BTM182 / BTM222 over the UART-interface.

Beim BTM182 handelt es sich um ein vollintegriertes Bluetoothmodul mit integrierter Antenne, sodass keine weitere externe Antennenbeschaltung erforderlich ist. Für das BTM222 Modul wurde aufgrund der fehlenden Onboard-Antenne eine externe Antenne in Form einer Leiterbahn-PCB-Ausführung auf dem OOBD-Cup v5 vorgesehen. Von daher sind beide Bluetooth-Module bezogen auf ihre Funktionalität gleichwertig zu betrachten und sollten aufgrund des Preises und/oder der Verfügbarkeit bei der Beschaffung gewählt werden

Die Bauteil-liste, mögliche Bezugsquellen und weiterführende Links finden sich in der Bauteilübersicht

Anhand des Schaltplanes wird die interne Beschaltung des OOBD-Cup v5 illustriert.

Die untere Bestückungsseite (Bottom) des OOBD-Cup v5 NG wird hier dargestellt und ist direkt zum Original im Repository verlinkt. Das linke Bild zeigt die Platine von der Unterseite mit den (nur) bauteilbedingten Durchkontaktierungen inkl. Bauteilplazierung/-beschriftung. Das rechte Bild zeigt die Platine ebenfalls von der Unterseite, diesmal allerdings die Leiterbahnführung inkl. der GND-Plane

Die obere Bestückungsseite (Top) des OOBD-Cup v5 NG wird hier dargestellt und ist direkt zum Original im Repository verlinkt. Das linke Bild zeigt die Platine von der Oberseite mit den (nur) bauteilbedingten Durchkontaktierungen inkl. Bauteilplazierung/-beschriftung. Das rechte Bild zeigt die Platine ebenfalls von der Unterseite, diesmal allerdings die Leiterbahnführung inkl. der 3V3-Plane

Allgemeines zur Bestückung:

Da auf den beiden Modulen DXM und BTM182/BTM222 CMOS-ICs zum Einsatz kommen und diese durch statische Aufladung zerstört werden können, sollte beim Kontakt und der Bestückung dieser Baugruppen immer auf entsprechenden ESD-Schutz geachtet werden.

Pad(s) verzinnen zur Vereinfachung des Lötprozesses:

Wie im Bild links dargestellt ist es für die SMD-Bestückung hilfreich, wenn die SMD-Pads des jeweiligen Bauteiles (hier anhand der Widerstände R100/R102 dargestellt) einseitig mit Lot vorverzinnt werden. Hierdurch kann im folgenden Arbeitsschritt, dass Bauteil (z.B. Widerstand, Kondensator, Diode, …) einseitig angelötet/fixiert werden und anschliessend am anderen Anschlusspin/-pad angelötet werden. Nach anschliessendem Lötvorgang am Fixierpunkt ist das Bauteil final an beiden Anschlusspunkten verlötet. Bei der Reihenfolge der Lötarbeiten sollte immer mit den kleinsten Bauteilen begonnen werden. Hierzu haben wir bei der Bestückung die Reihenfolge wie in den folgenden Unterpunkten und Bilder zu sehen ist nach Baugruppe (z.B. Widerstände) und Baugrösse (SMD 0603, 0805, …) vorgenommen. Dies begünstigt einen reibungslosen Bestückungsablauf ohne Berührungsprobleme anderer grösserer Bauteile (z.B. Relais) mit dem Lötkolben bei der SMD-Lötung.

Bei der Bestückungsreihenfolge sollte aus unserer Sicht mit der Unterseite (Bottom) begonnen werden. Da auf der Unterseite nur SMD-Bauteile bestückt werden, kann auch ohne spezielle Haltevorrichtung mit der Lötung der Bauteile auf der Oberseite (TOP) in den späteren Arbeitsschritten (3.4.2.x) fortgefahren werden.

Bei der Bestückung der Unterseite beginnen wir mit den Widerständen. Dabei kann die Reihenfolge natürlich frei gewählt werden. Mögliche Schwerpunkte könnten nach Widerstandswert (z.B. 4k7) sein, sodass die Widerstände R101, R104, R109, R110 in einem Arbeitschritt bestückt werden. Alternativ könnte auch die Möglichkeit der Bestückung der Bauteile von z.B. links unten nach rechts oben oder durch anderweitige persönliche Vorlieben duchgeführt werden.

Da auf der Unterseite keinerlei SMD-Kondensatoren vorhanden sind entfällt dieser Schritt und es kann direkt nach erfolgter Bestückung der Widerstände mit den beiden Transisitoren (T100 und T101) fortgefahren werden.

Nach den Transisoten können die Diode D100 (SOT23-Package), D102 (MiniMelf-Package) und abschließend D101 (SMB-Package) bestückt werden.

Hiermit ist die SMD-Bauteilbestückung bis auf das Bluetooth-Modul (BTM182 oder BTM222) auf der Unterseite abgeschlossen.

Achtung:
Aufgrund eines Designfehlers bei der Dimensionierung der Bauteile für den Schaltregler MC34063 muss folgende Bestückungsänderung bei den Platinen OOBD-Cup v5 NG vorgenomen werden:
Die Diode D100 (BAS40 im SOT23-Package) muss gegen eine 1A Schottky-Diode ersetzt werden. Hierzu bietet sich die B140F, welche bereits an Position D101 bestückt ist. D.h. das grössere SMB-Package der B140F kann wie im Bild dargestellt zwischen dem GND-Pin neben dem Bluetooth-Modul und dem einzelnen Pin des SOT23-Packages der D100 aufgelötet werden. Diese muss zuvor natürlich -falls bereits bestückt- wieder entfernt werden. Die B140F Diode muss dann entsprechende 2x pro OOBD-Cup v5 NG bestellt werden, da diese nun an Position D100 und D101 bestückt wird.

Ein anstehendes Redesign (bis Ende Q2/2013) wird diesen Fehler beseitigen und die Nacharbeit überflüssig machen

Bei der Bestückung des Bluetooth-Modul kann optional mit einem kleinen Stück Isolierband (hier nicht separat abgebildet) die Kurzschlussgefahr zwischen der Durchkontaktierung am BTM182-Modul und der OOBD-Cup v5 NG Sandwichplatine verhindert werden.
Danach muss das BTM182-Modul nur an den erforderlichen Stellen (9 Pins, s. Bild) aufgelötet werden. Eine vollständige Lötung aller Anschlusspins ist nicht zwingend erforderlich. Die Kurzschlussgefahr durch Lötbrücken zudem verringert, wenn nur die benötigten Kontakte gelötet werden.

Nachdem die Unterseite (BOTTOM) bestückt wurde, wird nun die Bestückung der Oberseite TOP mit ihren SMT und THT-Bauteilen vorgenommen.

Bei der Bestückung der Oberseite beginnen wir mit den Widerständen R1 - R4. Dabei kann die Reihenfolge natürlich wieder frei gewählt werden.

Die Bestückung der Kondensatoren ist in zwei Teile aufgeteilt, da einerseits SMD Kondensatoren in der Bauform 0603 (C1 - C3) vorkommen und andererseits grössere SMD Kondensatoren (C4 - C5) bestürckt werden müssen. Da letztere beim Löten des DXM-Moduls und des Relais (REL1) stören können, wollen wir diese erst in einem späteren Arbeitsschritt auflöten.

Auf der Unterseite haben wir nur einen Transistor (T1) in SOT23-Bauform, den wir nun nach den Widerständen und SMD Kondesatoren der Bauform 0603 bestücken.

In diesem Arbeitsschritt löten wir den Schaltregler (IC2) auf, welcher das Kernelement unserer Spannungsversorgung (3V3) darstellt.
Hierbei ist auf die richtige Orientierung des Bauteils zu achten. Auf der Oberfläche wir mit einem kleinen Kreis der Pin1 des SO8-Gehäuse gekennzeichnet.

Hinweis:
Ähnlich den Zwei-Pin-Bauteilen (Widerstand und Kondensator) ist für die einfachere Bestückung empfehlenswert einen einzelnen Pin (z.B. Pin1) mit Lot zu versehen. Mit diesem Fixierpunkt kann das Bauteil (IC2) dann “angeheftet” und ausgerichtet werden. Anschliessend können alle Pins von IC2 angelötet werden.

Nachdem der Schaltregler augelötet ist wird nun das DXM-Modul aufgelötet. Hierbei müssen alle Pins angelötet werden.

Hinweis:
Ähnlich den Zwei-Pin-Bauteilen (Widerstand und Kondensator) ist für die einfachere Bestückung empfehlenswert einen einzelnen Pin (z.B. Pin1) mit Lot zu versehen. Mit diesem Fixierpunkt kann das DXM-Modul (IC1) dann “angeheftet” und ausgerichtet werden. Anschliessend können alle Pins von IC1 angelötet werden.

Als nächstes ist der Signalgeber (SG1) oder auch Buzzer genannt aufzulöten.

Hinweis:
Ähnlich den Zwei-Pin-Bauteilen (Widerstand und Kondensator) ist für die einfachere Bestückung empfehlenswert einen einzelnen Pin mit Lot zu versehen. Mit diesem Fixierpunkt kann der Buzzer dann “angeheftet” und ausgerichtet werden. Anschliessend können alle Pins des Signalgebers angelötet werden.
Achtung:
Beim Buzzer ist auf kurze Lötzeiten zu achten, da dass Gehäuse recht empfindlich auf die Wärmeentwicklung des Lötprozesses reagiert.

Nun wird das Relais (REL1) bestückt.

Hinweis:
Ähnlich den Zwei-Pin-Bauteilen (Widerstand und Kondensator) ist für die einfachere Bestückung empfehlenswert einen einzelnen Pin mit Lot zu versehen. Mit diesem Fixierpunkt kann das Relais dann “angeheftet” und ausgerichtet werden. Anschliessend können alle Pins des Relais angelötet werden.

Nachdem wir in einem ersten Bestückungs-Schritt bereits die SMD-Kondensatoren in der Bauform 0603 aufgelötet haben, werden in diesem Arbeitsschritt die fehlenden grösseren Kondensatoren C4 und C5 bestückt.

Da wir nun alle SMD-Bauteile der Oberseite gelötet haben, können wir mit dem letzten Bauteil, der Spule L1 fortfahren. Die Spule L1 wird bevorzugt in der bedrahteten Version -wie im Bild dargestellt- verbaut.

Hinweis:
Mit der Spule L2 ist eine alternative Bauform (SMD) möglich, welche aus Kostengründen hier nicht weiter dargestellt/dokumentiert ist.

Wíe in diesem Bild dargestellt können nun die beiden Jumperleisten JP!/JP2 bestückt werden. Hierbei ist zu beachten, dass die Jumperleiste JP2 (2te von links betrachtet) zwingend für die Flash-Programmierung (Bootloader / Firmware) erforderdlich ist. Die Jumperleiste JP1 (1te von links betrachtet) ist wiederum für Erweiterungsmöglichkeiten nur optional erforderlich und kann von daher beispielsweise aus Kostengründen entfallen.

Die Bestückung wird mit den Pfostenleisten (JP1-OBD2 - JP3-OBD2) zur Verbindung mit dem OBD2-Stecker fortgesetzt. Hierbei ist darauf zu achten, dass von links nach rechts gesehen (Frontansicht) zuerst der 5pol. Pfostenverbinder und dann der 8pol. Pfostenverbinder aufzulöten ist. Im Bild ist die fertige Bestückung mit gesteckten Pfostenverbindern zum OBD2-Stecker dargestellt.

Hinweis:
Obwohl im Schaltplan und auf dem PCB 3x 4pol. Pfostenverbinder vorgesehen sind, haben wir uns bei der Beschaffung für die Ausführung mit 1x 5pol und 1x 8pol entschieden. Hiermit sind wir flexibel in Bezug auf Austausch der Platinen im Gehäuse.

LED2 (bl)
Pin1 - rot (Anode)
Pin2 - GND (schwarz, abgeflachte Seite)

LED1 (Rd/Gr)
Pin1 - rot (abgeflachte Seite)
Pin2 - GND (schwarz)
Pin3 - grün

Achtung:
Bei dem Bild der Anschlussdrähte ist darauf zu achten, dass dies leider kein aktuelles Bild ist!
Der Anschlussdraht zur linken Platinen-Aussenseite entspricht dem Anschluss der roten LED und nicht der grünen LED, d.h. die beiden Anschlusspins der Abbildung müssen getauscht dargestellt sein (rot ⇒ grün, grün ⇒ rot). Nur der schwarze Anschlusspin (GND) ist hiert korrekt dargestellt.

Hinweis (wichtig!!!): Für die Erstinbetriebnahme muss der JP2-Boot0 sofort gesetzt werden, da bei Verwendung des DXM1-Moduls mit Original-Software der Buzzer (SG1) dauerhaft angesteuert wird. Dies führt zu einer instabilen 3V3 Spannungsversorgung, da der Schaltregler nicht für diese Dauerbelastung ausgelegt ist. Mit der OOBD-Firmware wird dieser Ausgang später bei Betrieb mit einem PWM-Signal angesteuert.

Nach der Bestückung folgt nun im nächsten Arbeitsschritt die Inbetriebnahme der OOBD-Cup v5 und der dazugehörige Funktionstest.

Dafür wird der OOBD-Cup v5 anhand der Flashanleitung erst mit dem Bootloader und dann mit der eigentlichen Firmware geflasht.

Problem: 3V3 Spannungsversorgung bei Erstinbetriebnahme nicht stabil

Lösung: Falls das DXM1-Modul mit Original Firmware bestellt wurde muss für den ersten Power-Up der Jumper JP2-Boot0 gesetzt sein. Ist dies nicht der Fall wird der Buzzer dauerhaft angesteuert. Der Schaltregler ist für diesen Spitzenstrom nicht ausgelgt, da dieser über ein PWM-Signal angesteuert wird.

Problem: Bootloader-/Flashvorgang startet nicht bzw. bricht mit folgender Syntax ab:

<drive>:\<directory>\Flashloader_Package>stm32flash_all.bat COM2
stm32flash - http://stm32flash.googlecode.com/
Serial Config: 57600 8E1
read_byte: No error
Assertion failed: 0, file stm32.c, line 92

Lösung: Zu dieser Fehlermeldung kommt es, wenn keine Kommmunikation mit dem OOBD-Cup hergestellt werden kann bzw. wenn der STM32 uC nicht im Boot0-Mode ist. Hierzu muss sichergestellt sein, dass der JP2-Boot0 vor dem Power-Up gesteckt ist.