HackerBox 0034: SubGHz: 15 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:42

Luna aceasta, hackerii HackerBox explorează comunicațiile radio definite prin software (SDR) și radio pe frecvențe sub 1 GHz. Acest Instructable conține informații pentru a începe să utilizați HackerBox # 0034, 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 0034:

• Configurarea și utilizarea receptorilor radio SDR
• Operațiuni SDR mobile
• Asamblarea transmițătorului CCStick Sub-GHz
• Programarea CCStick folosind Arduino ProMicros
• Asamblarea emițătoarelor și receptoarelor audio FM

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 0034: Conținutul cutiei

• Receptor radio USB (SDR)
• Antena MCX pentru receptor SDR
• Două plăci de circuite imprimate CCStick
• Două transmițătoare CC1101 cu antene
• Două Arduino ProMicros 3.3V 8MHz
• Set emițător audio FM
• Kit receptor audio FM
• Cablu MicroUSB
• Oscilator radio exclusiv Pin "Hertz"

Câteva alte lucruri care vă vor fi de ajutor:

• Instrument de lipit, lipit și instrumente de lipit de bază
• Computer pentru rularea instrumentelor software

Cel mai important, veți avea nevoie de un sentiment de aventură, de spiritul DIY și de curiozitatea hackerilor. Electronica DIY hardcore nu este o urmărire banală, iar HackerBoxes nu sunt umezite. Scopul este progresul, nu perfecțiunea. Când persistați și vă bucurați de aventură, o mulțime de satisfacții pot fi obținute din învățarea de noi tehnologii și, sperăm, că unele proiecte funcționează. Vă sugerăm să faceți fiecare pas încet, luând în considerare detaliile și să nu vă fie frică să cereți ajutor.

Există o mulțime de informații pentru membrii actuali și potențiali din FAQ-ul HackerBoxes.

Pasul 2: Bine ați venit la Radio Sub-GHz

Cue music: Radio KAOS

Tehnologia Sub-GHz este o alegere ideală pentru aplicațiile fără fir care necesită o autonomie lungă și un consum redus de energie. Transmisiile în bandă îngustă pot transmite date către hub-uri îndepărtate, adesea la câțiva kilometri distanță, fără să sară de la nod la nod. Această capacitate de transmisie cu rază lungă de acțiune reduce nevoia de mai multe stații de bază sau repetatoare scumpe. Protocoalele proprietare sub-GHz permit dezvoltatorilor să-și optimizeze soluția wireless la nevoile lor specifice în loc să se conformeze unui standard care ar putea pune restricții suplimentare asupra implementării rețelei. În timp ce multe rețele existente sub-GHz folosesc protocoale proprietare, industria adaugă încet sisteme interoperabile bazate pe standarde. De exemplu, standardul IEEE 802.15.4g câștigă popularitate la nivel mondial și este adoptat de diverse alianțe din industrie, cum ar fi Wi-SUN și ZigBee.

Unele frecvențe interesante de explorat includ: 88-108 MHz FM Broadcast NOAA Weather RadioAir Traffic Control 315 MHz Keyless Entry Fob (most American Cars) 2m Ham Calling (SSB: 144.200 MHz, FM: 146.52 MHz) 433 MHz ISM / IoT902-928 MHZ ISM / IoT

Diverse scheme de modulare sunt utilizate pentru diferite tipuri de comunicații radio pe aceste frecvențe. Luați câteva minute pentru a vă familiariza cu elementele de bază.

Pasul 3: Receptor radio definit prin software (SDR)

Componentele radio tradiționale (cum ar fi modulatoarele, demodulatoarele și tunerele) sunt implementate folosind o colecție de dispozitive hardware. Apariția calculatoarelor moderne și a convertoarelor analog-digital (ADC) permite ca majoritatea acestor componente tradiționale bazate pe hardware să fie implementate în software. Prin urmare, termenul radio definit prin software (SDR). SDR-ul computerizat permite implementarea de receptoare radio cu bandă largă ieftine.

RTL-SDR este un dongle USB care poate fi utilizat ca receptor radio pe computer pentru recepționarea semnalelor radio live. O gamă largă de informații este disponibilă online pentru experimentarea cu tehnologia RTL-SDR, inclusiv un ghid de pornire rapidă.

Pasul 4: Hardware USB Dongle RTL-SDR

RTL2832U este un demodulator de înaltă performanță DVB-T COFDM care acceptă o interfață USB 2.0. RTL2832U acceptă modul 2K sau 8K cu lățime de bandă de 6, 7 și 8 MHz. Parametrii modulației, de exemplu, rata de cod și intervalul de protecție, sunt detectați automat. RTL2832U acceptă tunere la ieșire IF (frecvență intermediară, 36,125 MHz), IF redusă (4,57 MHz) sau Zero-IF utilizând un cristal de 28,8 MHz și include suport radio FM / DAB / DAB +. Încorporat cu un ADC (convertor analog-digital) avansat, RTL2832U oferă o stabilitate ridicată în recepția portabilă. Tunerul digital R820T2 acceptă funcționarea în intervalul 24 - 1766 MHz.

Rețineți că dongle-ul SDR are o intrare RF coaxială MCX pentru a se cupla cu antena bici MCX inclusă. Deoarece multe surse de semnal comune și antene utilizează conectori coaxiali SMA, poate fi util un cuplaj MCX-SMA.

Pasul 5: Software SDR - Radio GNU

GNU Radio este un set de instrumente de dezvoltare software gratuit și open-source care oferă blocuri de procesare a semnalului pentru implementarea radiourilor software. Poate fi utilizat cu hardware RF extern disponibil pentru a crea aparate radio definite de software. GNU Radio este utilizat pe scară largă în medii hobbyiste, academice și comerciale pentru a sprijini atât cercetarea comunicațiilor fără fir, cât și sistemele radio din lumea reală.

Există multe arome și implementări ale GNU Radio. GQRX este o variantă plăcută pentru utilizatorii OSX și Linux.

Pasul 6: SDR mobil

SDR Touch vă poate transforma telefonul mobil sau tableta într-un scaner radio accesibil și portabil. Ascultați în direct posturile de radio FM aeriene, rapoartele meteo, poliția, pompierii și stațiile de urgență, traficul cu taxiurile, comunicațiile cu avionul, sunetul emisiunilor TV analogice, amatorii de radio HAM, emisiunile digitale și multe altele.

Este necesar un cablu USB sau un adaptor on-the-go (OTG) pentru a conecta adaptorul SDR USB la un dispozitiv mobil. Un cablu OTG cu un port de alimentare suplimentar (auxiliar) poate fi necesar pentru a alimenta dongle-ul. Un port suplimentar de alimentare poate fi o idee bună, indiferent, deoarece o aplicație precum SDR Touch este predispusă la scurgerea rapidă a bateriilor dispozitivelor mobile.

Pasul 7: Set emițător microfon

Acest kit de lipit este un simplu transmițător audio cu modulare a frecvenței cu trei tranzistori (FM). Funcționează în intervalul de frecvență de 80MHz-108MHz alocat radiodifuziunii FM. Tensiunea de lucru a transmițătorului este de 1,5V-9V și va transmite peste 100 de metri, în funcție de puterea furnizată, configurația antenei, reglarea și factorii electromagnetici ambientali.

Conținutul kitului:

• PCB
• UN Oală de tuns 500KOhm
• DOUĂ tranzistoare NPN 9018
• ONE NPN 9014 Tranzistor
• ONE Inductor de 4,5 ture (4T5)
• DOUĂ inductoare de 5,5 ture (5T5)
• UN Microfon Electret
• ONE 1M Resistor (BrownBlackGreen)
• DOUĂ rezistențe de 22K (RedRedOrange)
• PATRU rezistențe de 33ohm (OrangeOrangeBlack)
• TREI rezistențe 2.2K (2K2) (RedRedRed)
• ONE 33uF Capac electrolitic
• PATRU Condensatori ceramici 30pF „30”
• PATRU Condensatoare ceramice 100nF „104”
• ONE 10nF Condensator ceramic „103”
• DOUĂ Condensator ceramic 680pF „681”
• DOUĂ Condensator ceramic 10pF „10”
• Sârmă de antenă
• Clema bateriei de 9V
• Pinii antetului (rupeți la 2 și 3 pini)

Rețineți că cele trei tranzistoare, microfonul și condensatorul electrolitic trebuie să fie orientate așa cum se arată pe serigrafia PCB. Inductoarele și condensatoarele ceramice nu sunt polarizate. Deși valorile și tipurile nu sunt interschimbabile, fiecare poate fi inserat în oricare dintre orientări.

Dacă sunteți nou în materie de lipire: există o mulțime de ghiduri și videoclipuri grozave online despre lipire. Iată un 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.

Pasul 8: Proiectarea setului de emițătoare de microfoane

Un semnal audio de intrare poate fi colectat de microfonul electret de la bord sau furnizat de la o altă sursă electrică în pinii antetului de intrare. Conductoarele microfonului pot fi extinse folosind cabluri sau cabluri decupate de la alte componente pentru a permite conectarea la PCB. Cablul microfonului conectat la carcasa exterioară a microfonului este cablul negativ așa cum se arată în imagine.

La tranzistorul Q1, Modulația de frecvență se realizează atunci când o frecvență a oscilatorului purtător este modificată de semnalul audio. Potențiometrul de tuns poate fi utilizat pentru a regla atenuarea intrării semnalului audio. Semnalul audio este cuplat la baza tranzistorului Q1 prin C2.

Tranzistorul Q2 (împreună cu R7, R8, C4, C5, L1, C8 și C7) oferă oscilatorul de înaltă frecvență. C8 este condensatorul de feedback. C7 este condensatorul de blocare a curentului continuu. C5 și L1 asigură rezervorul rezonant pentru oscilator. Schimbarea valorilor C5 și / sau L1 va schimba frecvența de transmisie. După asamblarea inițială, frecvența de transmisie implicită va fi de aproximativ 83 MHz. Răspândirea ușoară a virajelor bobinei L1 cu un pic mic va schimba valoarea inductorului L1 și va schimba frecvența de transmisie în consecință. Păstrarea frecvenței în jurul valorii de 88MHz-108MHz va permite recepționarea semnalului utilizând orice radio FM, inclusiv receptorul SDR.

Tranzistorul Q3 (împreună cu R9, R10, L2, C10 și C1) formează un circuit de amplificare a puterii de înaltă frecvență. Semnalul modulat este cuplat la circuitul de amplificare prin condensatorul C6. C10 și L2 formează un rezervor de reglare a amplificării. Puterea maximă de ieșire este atinsă atunci când bucla de amplificare a C10 și L2 sunt reglate la aceeași frecvență ca și bucla oscilatorului purtător al C5 și L1.

În cele din urmă, C12 și L3 asigură o antenă în care semnalul amplificat este condus într-o antenă cu fir pentru transmisie ca unde electromagnetice cu frecvență radio.

Pasul 9: Set receptor receptor modulare frecvență (FM)

Acest kit receptor FM se bazează pe cipul HEX3653, care este un demodulator FM extrem de integrat.

Kitul include:

• PCB
• U1 HEX3653 Cip SMD 16 pini
• Tranzistor Q1 SS8050 NPN
• Inductor L1 100uH
• Y1 32.768KHz Cristal
• Rezistoare R1, R2, R3, R4 10KOhm
• Condensatoare electrolitice C1, C2 100uF
• Condensatori ceramici C3, C5 (104) 0,1uF
• C4 Condensator ceramic (33) 33pF
• D1, D2 1N4148 Diode
• LED galben
• Mufă audio pentru telefon de 3,5 mm
• Antet cu patru pini cu jumper
• Cinci butoane momentane
• Suport dual pentru baterii AA

Cipul receptorului HEX3653 funcționează pe intervalul de frecvență 76MHz-108MHz, care este alocat radioului FM.

Kitul include cinci butoane:

• Reglarea frecvenței (SEEK +, SEEK-)
• Control volum (VOL +, VOL-)
• Putere (PW)

Circuitul are o tensiune de lucru de 1,8-3,6V, care este ușor alimentată de două celule de 1,5V.

Pasul 10: Proiectarea kitului receptorului HEX3653 FM

Există două opțiuni pentru o intrare de antenă.

Un fir poate fi atașat la pad-ul „A” de pe PCB sau ecranarea firului pentru căști poate servi ca antenă.

Antetul cu patru pini servește ca un comutator de antenă (etichetat ASW). Amplasarea jumperului de scurtcircuit pe ASW selectează între cele două intrări ale antenei. Pinii de scurtcircuitare 1 și 2 direcționează semnalul extern "A" al antenei către pinul patru al cipului HEX3653. Alternativ, pinii de scurtcircuitare 2 și 3 direcționează pinul de protecție al mufei pentru căști la pinul patru al cipului HEX3653.

Pinul patru al cipului HEX3653 este intrarea de frecvență radio (RF) la cipul receptorului. Semnalul RF selectat trece mai întâi prin L1 și C4 care acționează ca un filtru. Apoi, două diode de tăiere sunt utilizate pentru a limita tensiunea de intrare excesivă.

Antetul cu cinci pini (etichetat B) permite modulului receptor să fie integrat într-un alt sistem. Există doi pini pentru intrarea sursei de alimentare (+ V, masă) și trei pentru ieșirea audio (dreapta, stânga, masă).

Pasul 11: Asamblarea kitului receptorului HEX3653 FM

Cele trei condensatoare ceramice și cristalul nu sunt polarizate și pot fi introduse în orice orientare. Nu sunt interschimbabile, dar pot fi rotite fiecare în orientare. Toate celelalte componente trebuie montate în conformitate cu orientarea indicată pe serigrafia PCB. Ca de obicei, cel mai bine este să începeți cu cipul SMD și apoi să vă deplasați la cele mai mici / cele mai scurte componente care lucrează din centrul PCB-ului către margini. Atașați ultimele anteturi, mufa audio și suportul bateriei.

Pasul 12: CCStick

CCStick este un modul de emisie-recepție radio sub-GHz Texas Instruments CC1101 cuplat la un Arduino ProMicro. Două kituri CCStick sunt incluse în HackerBox # 0034 pentru a fi utilizate ca două puncte finale ale unei legături de comunicații sau în alte configurații de comunicații.

Texas Instruments CC1101 (foaie de date) este un transceiver sub-GHz cu un cost redus, conceput pentru aplicații wireless de foarte mică putere. Circuitul este destinat în principal benzilor de frecvență industriale, științifice și medicale (ISM) și dispozitivului cu rază scurtă de acțiune (SRD) la 315, 433, 868 și 915 MHz, dar poate fi ușor programat pentru funcționare la alte frecvențe în 300- 348 MHz, 387-464 MHz și benzi 779-928 MHz. Transmițătorul RF este integrat cu un modem de bandă de bază extrem de configurabil. Modemul acceptă diverse formate de modulație și are o viteză de date configurabilă de până la 600 kbps.

Pasul 13: Arduino ProMicro 3.3V 8MHz

Arduino ProMicro se bazează pe microcontrolerul ATmega32U4 care are o interfață USB încorporată. Aceasta înseamnă că nu există FTDI, PL2303, CH340 sau orice alt cip care să acționeze ca intermediar între computerul dvs. și microcontrolerul Arduino.

Vă sugerăm mai întâi să testați Pro Micro fără a lipi pinii în poziție. Puteți efectua configurarea și testarea de bază fără a utiliza pinii antetului. De asemenea, întârzierea lipirii pe modul oferă o variabilă mai puțin de depanat dacă aveți probleme.

Dacă nu aveți instalat ID-ul Arduino pe computer, începeți prin descărcarea formularului IDE arduino.cc. AVERTISMENT: Asigurați-vă că ați selectat versiunea de 3.3V în instrumentele> procesor înainte de a programa Pro Micro. Dacă aveți acest set pentru 5V, va funcționa o singură dată, iar aparatul va părea să nu se conecteze niciodată la computerul dvs. până când nu urmați instrucțiunile „Resetare la încărcător” din ghidul discutat mai jos, ceea ce poate fi puțin dificil.

Sparkfun are un ghid minunat de conectare Pro Micro. Ghidul de conectare are o prezentare detaliată a plăcii Pro Micro și apoi o secțiune pentru „Instalare: Windows” și o secțiune pentru „Instalare: Mac și Linux”. Urmați instrucțiunile din versiunea corespunzătoare a acestor instrucțiuni de instalare pentru a vă configura ID-ul Arduino configurat pentru a suporta Pro Micro. De obicei, începem să lucrăm cu o placă Arduino încărcând și / sau modificând schița standard Blink. Cu toate acestea, Pro Micro nu include LED-ul obișnuit pe pinul 13. Din fericire, putem controla LED-urile RX / TX și Sparkfun a furnizat o schiță îngrijită pentru a demonstra cum. Aceasta se află în secțiunea Ghidului de conectare intitulată „Exemplul 1: clipiri!” Verificați dacă puteți compila și descărca acest Blinkies! exemplu înainte de a trece mai departe.

Pasul 14: Proiectarea și funcționarea CCStick

Modulul CC1101 și Arduino ProMicro sunt introduse pe partea de serigrafie a PCB-ului CCStick. Cu alte cuvinte, cele două module mai mici se află pe partea PCB roșu, care are vopsea albă, iar pinii ies din partea care nu are vopsea albă. Vopseaua albă se numește serigrafie PCB.

Urmele din PCB roșu conectează modulul CC1101 și Arduino ProMicro astfel:

CC1101 Arduino ProMicro ------ ---------------- GND GND VCC VCC (3.3V) MOSI MOSI (16) MISO MISO (14) SCK SCLK (15) GD02 A0 (18) GD00 A1 (19) CSN A10 (10)

Un început rapid pentru CC1101 este utilizarea bibliotecii de la Elechouse. Descărcați biblioteca făcând clic pe linkul „obțineți codul” din pagina respectivă.

Creați un folder pentru CC1101 în folderul Arduino Libraries. Plasați cele două fișiere ELECHOUSE_CC1101 (.cpp și.h) în acel folder. De asemenea, creați un folder de exemple în acel folder și plasați cele trei foldere de demonstrație / exemplu acolo.

Actualizați definițiile pinilor din fișierul ELECHOUSE_CC1101.h astfel:

#define SCK_PIN 15 # define MISO_PIN 14 #define MOSI_PIN 16 #define SS_PIN 10 #define GDO0 19 #define GDO2 18

Apoi plasați fișierul de exemplu CC1101_RX pe un CCStick și fișierul de exemplu CC1101_TX pe al doilea CCStick.

Există o serie de alte resurse și proiecte interesante pentru transmițătorul CC1101, inclusiv următorul exemplu:

TomXue Arduino CC1101 Arduino LibrarySmartRF StudioElectrodragon CC1101 ProjectCUL ProjectCCManager ProjectDIY nanoCULO altă configurare a microcontrolerului CC1101

NOTĂ DESPRE UTILIZAREA INTERRUPȚIILOR:

Pentru a testa exemplul de schiță Elechouse CC1101_RXinterruprt, conectați doi pini ai Arduino ProMicro pe partea inferioară a PCB-ului CCStick. Acestea sunt pinii 7 și 19 (A1) care conectează semnalul transmițător GDO0 la pinul 7 al microcontrolerului, care este unul dintre pinii de întrerupere externi. Apoi, actualizați una dintre liniile de definire a pinului discutate mai sus la „#define GDO0 7 // și 19” deoarece GDO0 este acum sărit de la pinul 19 la pinul 7. Apoi, în fișierul CC1101_RXinterruprt, găsiți funcția de apelare a liniei attachInterrupt () și schimbați primul parametru (numărul de întrerupere) din „0” în „4”. Acest lucru se face deoarece pinul 7 al ProMicro este asociat cu întreruperea # 4.

Pasul 15: HACK PLANETA

Dacă v-a plăcut acest Instructable și doriți ca o cutie grozavă de programe electronice hackabile și tehnologii informatice să coboare în cutia poștală în fiecare lună, vă rugăm să vă alăturați revoluției navigând pe HackerBoxes.com și abonându-vă pentru a primi caseta noastră surpriză lunară.

Intindeți-vă și împărtășiți-vă succesul în comentariile de mai jos sau pe pagina de Facebook HackerBoxes. Cu siguranță, anunțați-ne dacă aveți întrebări sau aveți nevoie de ajutor cu ceva. Vă mulțumim că faceți parte din HackerBoxes!