HackerBox 0038: TeknoDactyl: 17 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

HackerBox Hackerii explorează recunoașterea electronică a amprentelor digitale și jucăriile mecanice de filare cu microcontroler de suprafață și circuite LED. Acest instructable conține informații pentru a începe să utilizați HackerBox # 0038, care poate fi achiziționat aici până la epuizarea stocurilor. De asemenea, dacă doriți să primiți un HackerBox de acest fel chiar în cutia poștală în fiecare lună, vă rugăm să vă abonați la HackerBoxes.com și să vă alăturați revoluției!

Subiecte și obiective de învățare pentru HackerBox 0038:

• Explorează recunoașterea electronică a amprentelor digitale
• Configurați și programați microcontrolerul Arduino Nano
• Interfață modulele senzorului de amprentă digitală la microcontrolere
• Integrați senzorii de amprentă digitală în sistemele încorporate
• Practicați tehnici de lipire pe suprafață
• Asamblați un proiect acrilic cu filet LED
• Configurați și programați microcontrolerul Digispark
• Experimentați cu sarcini utile de injecție prin tastare USB

HackerBoxes este serviciul de cutie de abonament lunar pentru electronice DIY și tehnologie computerizată. Suntem pasionați, creatori și experimentatori. Suntem visătorii viselor.

HACK PLANETA

Pasul 1: HackerBox 0038: Conținutul cutiei

• Modul senzor de amprentă
• Arduino Nano 5V 16MHz microUSB
• Kit de lipit LED Fidget Spinner
• Celule de monedă CR1220 pentru kit filare
• Modul de microcontroler USB Digispark
• Pensete ESD
• Panglica Desoldering
• Două schimbătoare de nivel de tensiune în patru direcții
• Cablu prelungitor USB
• Decalcomanie exclusivă de forjare HackerBox
• Decalcomanie exclusivă pentru hackeri "Quad Cut Up"
• Patch-ul exclusiv de călcat pe scaun

Câteva alte lucruri care vă vor fi de ajutor:

• Instrument de lipit, lipit și instrumente de lipit de bază
• Flux de lipit (exemplu)
• Lumină luminată (exemplu)
• Computer pentru rularea instrumentelor software
• Degete pentru învârtire
• Degete pentru experimente de amprentă

Cel mai important, veți avea nevoie de un sentiment de aventură, spirit hacker, răbdare și curiozitate. Construirea și experimentarea cu electronice, deși foarte plină de satisfacții, poate fi dificilă, provocatoare și chiar frustrantă uneori. Scopul este progresul, nu perfecțiunea. Când persistați și vă bucurați de aventură, din acest hobby se poate obține o mulțime de satisfacții. Faceți fiecare pas încet, țineți cont de detalii și nu vă fie teamă să cereți ajutor.

Există o mulțime de informații pentru membrii actuali și potențiali din FAQ-ul HackerBoxes. Aproape toate e-mailurile de asistență non-tehnică pe care le primim au primit deja un răspuns acolo, așa că apreciați cu adevărat că ați luat câteva minute pentru a citi FAQ.

Pasul 2: Recunoașterea electronică a amprentelor digitale

Scannerele de amprentă digitală sunt sisteme de securitate biometrice pentru analiza crestelor de frecare de la vârful degetului uman, cunoscut și sub denumirea de amprentă digitală (dactilograf). Aceste scanere sunt utilizate în aplicarea legii, securitatea identității, controlul accesului, calculatoare și telefoane mobile.

Toată lumea are urme pe degete. Nu pot fi eliminate sau schimbate. Aceste semne au un model numit amprentă. Fiecare amprentă digitală este specială și diferită de oricare alta din lume. Deoarece există nenumărate combinații, amprentele digitale au devenit un mijloc ideal de identificare.

Un sistem de scanare a amprentelor digitale are două lucrări de bază. În primul rând, captează o imagine a degetului. Apoi, determină dacă modelul crestelor și văilor din această imagine se potrivește cu modelul crestelor și văilor din imaginile pre-scanate. Doar caracteristicile specifice, care sunt unice pentru fiecare amprentă digitală, sunt filtrate și salvate ca cheie biometrică criptată sau reprezentare matematică. Nu se salvează niciodată o imagine a unei amprente, ci doar o serie de numere (un cod binar), care este utilizat pentru verificare. Algoritmul nu poate fi inversat pentru a converti din nou informațiile codificate într-o imagine cu amprentă. Acest lucru face extrem de puțin probabil să extrageți sau să copiați amprentele utilizabile din informațiile de imagine codificate.

(Wikipedia)

Pasul 3: Platforma de microcontroler Arduino Nano

Un Arduino Nano sau o placă de microcontroler similară este o alegere excelentă pentru interfața cu modulele de scanare a amprentelor digitale. Placa Arduino Nano inclusă vine cu știfturi pentru antet, dar nu sunt lipite la modul. Lăsați pinii opriți pentru moment. Efectuați aceste teste inițiale ale modulului Arduino Nano înainte de a lipi pinii antetului Arduino Nano. Tot ce este necesar pentru următorii pași este un cablu microUSB și Arduino Nano exact la ieșirea din geantă.

Arduino Nano este o placă Arduino miniaturizată, montată pe suprafață, compatibilă cu placa, cu USB integrat. Este uimitor de complet dotat și ușor de piratat.

Caracteristici:

• Microcontroler: Atmel ATmega328P
• Tensiune: 5V
• Pinii I / O digitale: 14 (6 PWM)
• Pinii de intrare analogici: 8
• Curent continuu per pin I / O: 40 mA
• Memorie Flash: 32 KB (2 KB pentru bootloader)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• Viteza de ceas: 16 MHz
• Dimensiuni: 17mm x 43mm

Această variantă specială a Arduino Nano este designul Robotdyn negru. Interfața se face printr-un port MicroUSB integrat, care este compatibil cu aceleași cabluri MicroUSB utilizate cu multe telefoane mobile și tablete.

Arduino Nanos are un cip bridge USB / Serial încorporat. Pe această variantă specială, cipul bridge este CH340G. Rețineți că există diferite alte tipuri de cipuri USB / Serial bridge utilizate pe diferitele tipuri de plăci Arduino. Aceste cipuri vă permit portul USB al computerului să comunice cu interfața serială de pe cipul procesorului Arduino.

Sistemul de operare al unui computer necesită un driver de dispozitiv pentru a comunica cu cipul USB / Serial. Driverul permite IDE-ului să comunice cu placa Arduino. Driverul de dispozitiv specific care este necesar depinde atât de versiunea sistemului de operare, cât și de tipul de cip USB / Serial. Pentru cipurile CH340 USB / Serial, există drivere disponibile pentru multe sisteme de operare (UNIX, Mac OS X sau Windows). Producătorul CH340 furnizează acele drivere aici.

Când conectați prima dată Arduino Nano la un port USB al computerului, indicatorul luminos verde ar trebui să se aprindă și la scurt timp după ce LED-ul albastru ar trebui să înceapă să clipească încet. Acest lucru se întâmplă deoarece Nano este preîncărcat cu programul BLINK, care rulează pe noul Arduino Nano.

Pasul 4: Mediul de dezvoltare integrat Arduino (IDE)

Dacă nu aveți încă ID-ul Arduino instalat, îl puteți descărca de pe Arduino.cc

Dacă doriți informații introductive suplimentare pentru lucrul în ecosistemul Arduino, vă sugerăm să consultați ghidul pentru HackerBoxes Starter Workshop.

Conectați Nano la cablul MicroUSB și celălalt capăt al cablului într-un port USB de pe computer, lansați software-ul Arduino IDE, selectați portul USB corespunzător în IDE sub instrumente> port (probabil un nume cu „wchusb” în el). De asemenea, selectați „Arduino Nano” în IDE sub instrumente> bord.

În cele din urmă, încărcați o bucată de exemplu de cod:

Fișier-> Exemple-> Noțiuni de bază-> Clipește

Acesta este de fapt codul care a fost preîncărcat pe Nano și ar trebui să ruleze chiar acum pentru a clipi încet LED-ul albastru. În consecință, dacă încărcăm acest exemplu de cod, nimic nu se va schimba. În schimb, să modificăm puțin codul.

Privind cu atenție, puteți vedea că programul aprinde LED-ul, așteaptă 1000 de milisecunde (o secundă), stinge LED-ul, așteaptă încă o secundă și apoi face totul din nou - pentru totdeauna.

Modificați codul schimbând ambele instrucțiuni „delay (1000)” în „delay (100)”. Această modificare va face ca LED-ul să clipească de zece ori mai repede, nu?

Să încărcăm codul modificat în Nano făcând clic pe butonul UPLOAD (pictograma săgeată) chiar deasupra codului modificat. Urmăriți mai jos codul pentru informațiile despre stare: „compilare” și apoi „încărcare”. În cele din urmă, IDE ar trebui să indice „Încărcare finalizată”, iar LED-ul dvs. ar trebui să clipească mai repede.

Dacă da, felicitări! Tocmai ați spart prima bucată de cod încorporat.

Odată ce versiunea dvs. de clipire rapidă este încărcată și rulează, de ce să nu vedeți dacă puteți schimba codul din nou pentru a face LED-ul să clipească rapid de două ori și apoi să așteptați câteva secunde înainte de a repeta? Incearca! Ce zici de alte tipare? Odată ce ați reușit să vizualizați rezultatul dorit, să îl codificați și să-l observați pentru a funcționa conform planificării, ați făcut un pas enorm către a deveni un hacker hardware competent.

Pasul 5: lipirea pinilor antetului Arduino Nano

Acum că computerul dvs. de dezvoltare a fost configurat pentru a încărca codul pe Arduino Nano și Nano a fost testat, deconectați cablul USB de la Nano și pregătiți-vă să lipiți pinii antetului. Dacă este prima dată la clubul de luptă, trebuie să lipiți.

Există o mulțime de ghiduri și videoclipuri grozave online despre lipire (de exemplu). Dacă simțiți că aveți nevoie de asistență suplimentară, încercați să găsiți un grup local de producători sau un spațiu pentru hackeri în zona dvs. De asemenea, cluburile de radioamatori sunt întotdeauna surse excelente de experiență electronică.

Lipiți cele două anteturi de un singur rând (câte cincisprezece pini fiecare) la modulul Arduino Nano. Conectorul ICSP cu șase pini (programare serială în circuit) nu va fi utilizat în acest proiect, așa că lăsați acei pini opriți. Odată ce lipirea este completă, verificați cu atenție punțile de lipit și / sau îmbinările de lipit la rece. În cele din urmă, conectați Arduino Nano înapoi la cablul USB și verificați dacă totul funcționează corect.

Pasul 6: Modulul senzorului de amprentă digitală

Modulul senzorului de amprentă are o interfață serială, ceea ce îl face foarte ușor de adăugat la proiectele dvs. Modulul are memorie FLASH integrată pentru a stoca orice amprente pe care este instruit să le recunoască, un proces cunoscut sub numele de înscriere. Pur și simplu conectați patru fire la microcontrolerul dvs. așa cum se arată aici. Rețineți că VCC este de 3,3 V (nu de 5 V).

Adafruit a publicat o foarte frumoasă bibliotecă Arduino pentru senzori de amprentă. Biblioteca include câteva schițe utile. De exemplu, „enroll.ino” demonstrează cum să înregistrați (instruiți) amprentele digitale în modul. După antrenament, „fingerprint.ino” demonstrează cum să scanați o amprentă digitală și să o căutați pe baza datelor instruite. Documentația Adafruit pentru bibliotecă poate fi găsită aici. Puteți obține cititoare de amprente suplimentare acolo sau puteți consulta câteva module cu pene.

INTEGRARE

Senzorii de amprentă digitală pot fi adăugați la diverse proiecte, inclusiv sisteme de securitate, încuietori pentru uși, sisteme de prezență la timp și așa mai departe. De exemplu, face un upgrade minunat la proiecte din Locksport HackerBox.

Acest videoclip prezintă un exemplu de sistem care funcționează cu un senzor de amprentă.

Pasul 7: Kit LED Fidget Spinner

Kitul cu rotire LED utilizează două controlere Microchip PIC și 24 de LED-uri pentru a afișa diferite modele colorate. Modelele sunt vizibile folosind o tehnică de Persistență a Viziunii (POV). Tiparele pot fi schimbate apăsând butonul.

Înainte de a începe, verificați toate piesele enumerate mai sus. Probabil există câteva rezistențe suplimentare, condensatori, LED-uri, șuruburi și piese acrilice în kit, așa că nu lăsați acest lucru să vă deruteze. Chiar dacă trusa dvs. a inclus o foaie de instrucțiuni, instrucțiunile de aici ar trebui să se dovedească mult mai ușor de urmat.

Pasul 8: Kit LED Fidget Spinner - Schematică și PCB

Prima noastră întrebare, analizând această schemă, ar trebui să fie: Cum conduceți exact 24 de LED-uri cu doar zece linii I / O? Magie? Da, magia Charlieplexingului.

NOTĂ DE ORIENTARE A COMPONENTELOR. Consultați îndeaproape diagrama marcajelor de polaritate a PCB. Cele două microcontrolere trebuie rotite în orientarea corectă. De asemenea, LED-urile sunt polarizate și trebuie orientate corect. În contract, rezistențele și condensatoarele pot fi lipite în orice direcție. Butonul se potrivește doar într-un singur sens.

Pasul 9: Fidget Spinner - Începând cu lipirea SMT

Kit-ul pentru filete fidget PCB este o tehnologie de montare pe suprafață (SMT), care este de obicei destul de dificilă pentru lipire. Cu toate acestea, aspectul PCB-ului și selecția componentelor fac acest kit SMT relativ ușor de lipit. Dacă nu ați lucrat niciodată cu lipirea SMT, există câteva videoclipuri demo foarte frumoase online (de exemplu).

START SOLDERING: Butonul și rezistorul său de 10K ("103") sunt probabil cel mai ușor loc de pornire, deoarece există mult spațiu în jurul lor. Luați-vă timp și obțineți ambele componente lipite la locul lor.

Amintiți-vă că, chiar dacă lipirea nu este pe deplin reușită, călătoria în afara zonei dvs. actuale de confort este cea mai bună practică. De asemenea, kitul asamblat va funcționa în continuare ca un spinner de inspirație electronică cu aspect rece, chiar dacă LED-urile nu sunt perfect funcționale.

Pasul 10: Fidget Spinner - lipire microcontroler

Lipiți cele două microcontrolere (rețineți marcajul de orientare). Urmați cu cei doi condensatori 0.1uF care se află chiar lângă microcontrolere. Condensatoarele nu sunt polarizate și pot fi orientate în ambele sensuri.

Pasul 11: Fidget Spinner - lipire cu LED

Există două rânduri de LED-uri pe PCB și două benzi de componente LED. Fiecare bandă are o culoare diferită (roșu și verde), deci păstrați LED-urile din fiecare bandă împreună în același rând de pe PCB. Nu contează ce rând este verde și care este roșu, dar aceleași LED-uri colorate trebuie să fie toate împreună în același rând.

Există un marcaj "-" pe fiecare placă PCB pentru LED-uri. Aceste marcaje alternează laturile pe măsură ce mergeți de-a lungul rândului de tampoane, ceea ce înseamnă că orientarea LED-urilor din rând se va schimba înainte și înapoi. Marcajele verzi de pe o parte a fiecărui LED ar trebui să fie orientate spre „-” pentru acel tampon LED.

Pasul 12: Fidget Spinner - Finalizați lipirea

Lipiți cele șase rezistențe de 200 Ohm ("201"). Acestea nu sunt polarizate și pot fi poziționate în ambele direcții.

Lipiți cele trei cleme pentru baterii cu celule monede, introducându-le în partea inferioară a PCB-ului și apoi lipiți în cele două găuri din partea superioară a plăcii.

Introduceți trei celule de monedă și apăsați butonul pentru a testa LED-urile. Nu veți putea vedea modelele POV în timp ce PCB-ul este staționar, dar veți observa luminozități diferite între cele două bănci de LED-uri în timp ce parcurgeți modul de afișare. Rețineți că apăsările scurte și apăsările lungi au efecte diferite.

Pasul 13: Fidget Spinner - Pregătiți carcasa acrilică

Scoateți hârtia de protecție din piesele acrilice.

Așezați cele cinci bucăți de acril și PCB așa cum sunt numerotate în imagine. Aceasta reprezintă ordonarea stivei finale.

Observați cele trei cercuri mici din fiecare piesă. Întoarceți orice bucăți până când cercurile mici sunt orientate toate în aceeași direcție.

Începeți cu stratul 2, care este cel cu cercuri de mărimea celulei monede în fiecare dintre cele trei brațe.

Așezați rulmentul în centrul stratului 2 și forțați-l în gaura mare. Acest lucru va necesita multă forță. Încercați să nu spargeți acrilul în timp ce faceți acest lucru. Acestea fiind spuse, se poate forma o singură fisură mică în jurul orificiului de montare a lagărului. Acest lucru este perfect acceptabil.

Pasul 14: Fidget Spinner - Ansamblu mecanic

Stivați straturile - de la 1 la 5.

Observați că piesele 4 și 5 sunt de fapt pe același strat.

Introduceți trei dintre cuplajele de alamă filetate.

Așezați stratul 6 pe teanc.

Observați că straturile 1 și 6 au găuri mai mici pentru a menține cuplajele din alamă la locul lor.

Folosiți cele șase șuruburi scurte pentru a fixa straturile 1 și 6 pe cuplajele din alamă.

Pasul 15: Fidget Spinner - Centrul Hub

Scoateți hârtia de protecție din trei cicluri acrilice - două mari și una mică.

Puneți un șurub lung printr-unul dintre cercurile mari acrilice; stivați cercul acrilic mic pe șurub; și răsuciți un cuplaj filetat de alamă pe șurub pentru a face un teanc așa cum se arată în imagine.

Introduceți teancul prin butucul central.

Capturați teancul în butuc prin fixarea cercului acrilic mare rămas pe partea deschisă cu ajutorul unui șurub lung.

C'est fin! Laissez les bon fidget rouler.

Pasul 16: Digispark și USB Rubber Ducky

Digispark este un proiect open source finanțat inițial prin Kickstarter. Este o placă compatibilă Arduino super-miniaturală bazată pe ATtiny care utilizează Atmel ATtiny85. ATtiny85 este un microcontroler cu 8 pini care este un verișor apropiat al cipului tipic Arduino, ATMega328P. ATtiny85 are aproximativ un sfert din memorie și doar șase pini I / O. Cu toate acestea, poate fi programat din Arduino IDE și poate rula în continuare cod Arduino fără probleme.

USB Rubber Ducky este un instrument de hacker preferat. Este un dispozitiv de injecție prin tastare deghizat ca o unitate flash generică. Calculatoarele îl recunosc ca o tastatură obișnuită și acceptă automat încărcăturile sale programate de tastare cu peste 1000 de cuvinte pe minut. Urmați linkul pentru a afla totul despre Duckies din cauciuc de la Hak5, de unde puteți cumpăra și afacerea reală. Între timp, acest tutorial video arată cum să folosiți un Digispark ca un Rubber Ducky. Un alt tutorial video arată cum să convertiți scripturile Rubber Ducky pentru a rula pe Digispark.

Pasul 17: HackLife

Sperăm că v-ați bucurat de călătoria acestei luni în electronica DIY. Intindeți-vă și împărtășiți-vă succesul în comentariile de mai jos sau pe grupul Facebook HackerBoxes. Cu siguranță, anunțați-ne dacă aveți întrebări sau aveți nevoie de ajutor cu ceva.

Alătură-te petrecerii. Trăiește HackLife. Puteți obține o cutie interesantă de proiecte electronice hackabile și tehnologii informatice livrate direct în cutia poștală în fiecare lună. Navigați doar la HackerBoxes.com și abonați-vă la serviciul HackerBox lunar.