HackerBox 0038: TeknoDactyl: 17 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

HackerBox Hackeři zkoumají elektronické rozpoznávání otisků prstů a mechanické číselníky s mikrokontrolérem pro povrchovou montáž a obvody LED. Tento Instructable obsahuje informace pro začátek s HackerBoxem #0038, který lze zakoupit zde do vyprodání zásob. Pokud byste také chtěli každý měsíc dostávat HackerBox přímo do své poštovní schránky, přihlaste se k odběru na HackerBoxes.com a připojte se k revoluci!

Témata a vzdělávací cíle pro HackerBox 0038:

• Prozkoumejte elektronické rozpoznávání otisků prstů
• Nakonfigurujte a naprogramujte mikrokontrolér Arduino Nano
• Rozhraní modulů snímače otisků prstů k mikrokontrolérům
• Integrujte snímače otisků prstů do vestavěných systémů
• Procvičte si techniky pájení na povrch
• Sestavte projekt akrylového LED fidget spinneru
• Nakonfigurujte a naprogramujte mikrokontrolér Digispark
• Experimentujte s užitečným zatížením vstřikování kláves USB

HackerBoxes je služba měsíčního předplatného pro elektroniku a počítačovou technologii pro kutily. Jsme fandové, tvůrci a experimentátoři. Jsme snílci snů.

ZRUŠTE PLANETU

Krok 1: HackerBox 0038: Obsah krabice

• Modul snímače otisků prstů
• Arduino Nano 5V 16MHz microUSB
• Sada LED páječky Fidget Spinner
• Souprava mincí CR1220 pro soupravu Spinner
• Modul mikrořadiče USB Digispark
• Pinzeta ESD
• Odpájecí cop
• Dva čtyřcestné řadiče úrovně napětí
• USB prodlužovací kabel
• Exkluzivní kovací obtisk HackerBox
• Exkluzivní hackerský obtisk „Quad Cut Up“
• Exkluzivní nažehlovací náplast na židli

Některé další věci, které budou užitečné:

• Páječka, pájka a základní pájecí nástroje
• Pájecí tok (příklad)
• Svítící lupa (příklad)
• Počítač pro spouštění softwarových nástrojů
• Prsty pro vrtění se
• Prsty pro experimenty s otisky prstů

A co je nejdůležitější, budete potřebovat smysl pro dobrodružství, hackerského ducha, trpělivost a zvědavost. Vytváření a experimentování s elektronikou, i když je velmi přínosné, může být občas ošidné, náročné a dokonce frustrující. Cílem je pokrok, ne dokonalost. Když vytrváte a užíváte si dobrodružství, lze z tohoto koníčku odvodit velké uspokojení. Udělejte každý krok pomalu, pamatujte na detaily a nebojte se požádat o pomoc.

Ve FAQ HackerBoxes existuje velké množství informací o aktuálních i potenciálních členech. Téměř všechny e-maily netechnické podpory, které dostáváme, jsou zde již zodpovězeny, proto si velmi vážíme toho, že jste si přečetli FAQ a věnovali mu několik minut.

Krok 2: Elektronické rozpoznávání otisků prstů

Snímače otisků prstů jsou biometrické zabezpečovací systémy pro analýzu třecích hřebenů z prstu člověka, známého také jako otisk prstu (daktylograf). Tyto skenery se používají v oblasti vymáhání práva, zabezpečení identity, řízení přístupu, počítačů a mobilních telefonů.

Každý má na prstech značky. Nelze je odstranit ani změnit. Tyto značky mají vzor nazývaný otisk prstu. Každý otisk prstu je zvláštní a liší se od ostatních na světě. Protože existuje nespočet kombinací, otisky prstů se staly ideálním prostředkem identifikace.

Systém skeneru otisků prstů má dvě základní úlohy. Nejprve zachytí obraz prstu. Dále určuje, zda vzor hřebenů a údolí na tomto obrázku odpovídá vzoru hřebenů a údolí v předem naskenovaných obrázcích. Pouze specifické vlastnosti, které jsou jedinečné pro každý otisk prstu, jsou filtrovány a uloženy jako šifrovaný biometrický klíč nebo matematická reprezentace. Nikdy není uložen žádný obrázek otisku prstu, pouze řada čísel (binární kód), která slouží k ověření. Algoritmus nelze vrátit zpět a převést kódované informace zpět na obraz otisku prstu. Díky tomu je extrémně nepravděpodobné extrahovat nebo duplikovat použitelné otisky prstů z kódovaných informací o obrázku.

(Wikipedie)

Krok 3: Platforma mikrokontroléru Arduino Nano

Arduino Nano nebo podobná deska mikrokontroléru je skvělou volbou pro propojení s moduly skeneru otisků prstů. Přiložená deska Arduino Nano je dodávána se záhlavími, ale nejsou připájeny k modulu. Nechte piny prozatím vypnuté. Proveďte tyto počáteční testy modulu Arduino Nano PRIOR k pájení kolíků záhlaví Arduino Nano. Vše, co je v následujících několika krocích potřeba, je kabel microUSB a Arduino Nano, jak vychází z tašky.

Arduino Nano je miniaturizovaná deska Arduino s integrovaným USB pro povrchovou montáž, vhodná pro prkénko. Je úžasně plnohodnotný a snadno hacknutelný.

Funkce:

• Mikrokontrolér: Atmel ATmega328P
• Napětí: 5V
• Digitální I/O piny: 14 (6 PWM)
• Analogové vstupní piny: 8
• Stejnosměrný proud na pin I/O: 40 mA
• Flash paměť: 32 KB (2 kB pro bootloader)
• SRAM: 2 kB
• EEPROM: 1 kB
• Taktovací frekvence: 16 MHz
• Rozměry: 17 mm x 43 mm

Tato konkrétní varianta Arduino Nano je černá konstrukce Robotdyn. Rozhraní je zajištěno integrovaným portem MicroUSB, který je kompatibilní se stejnými kabely MicroUSB, jaké používají mnohé mobilní telefony a tablety.

Arduino Nanos má vestavěný USB/Serial Bridge čip. U této konkrétní varianty je můstkovým čipem CH340G. Všimněte si toho, že na různých typech desek Arduino jsou použity různé další typy USB/Serial bridge čipů. Tyto čipy umožňují USB portu vašeho počítače komunikovat se sériovým rozhraním na procesorovém čipu Arduina.

Operační systém počítače vyžaduje ke komunikaci s USB/sériovým čipem ovladač zařízení. Ovladač umožňuje IDE komunikovat s deskou Arduino. Potřebný konkrétní ovladač zařízení závisí na verzi operačního systému a také na typu USB/sériového čipu. Pro čipy CH340 USB/Serial jsou k dispozici ovladače pro mnoho operačních systémů (UNIX, Mac OS X nebo Windows). Výrobce ovladačů CH340 dodává tyto ovladače zde.

Když poprvé zapojíte Arduino Nano do USB portu vašeho počítače, měla by se rozsvítit zelená kontrolka napájení a krátce poté by měla pomalu pomalu blikat modrá LED. K tomu dochází, protože v Nano je předinstalován program BLINK, který běží na zbrusu novém Arduino Nano.

Krok 4: Integrované vývojové prostředí Arduino (IDE)

Pokud ještě nemáte nainstalované Arduino IDE, můžete si jej stáhnout z Arduino.cc

Pokud byste chtěli další úvodní informace pro práci v ekosystému Arduino, doporučujeme vám podívat se do příručky pro HackerBoxes Starter Workshop.

Zapojte Nano do kabelu MicroUSB a druhý konec kabelu do USB portu na počítači, spusťte software Arduino IDE, vyberte příslušný USB port v IDE pod nástrojem> port (pravděpodobně název s „wchusb“v něm)). V IDE v části tools> board také vyberte „Arduino Nano“.

Nakonec načtěte kousek ukázkového kódu:

Soubor-> Příklady-> Základy-> Blink

Toto je vlastně kód, který byl předem načten do Nano a měl by běžet právě teď, aby pomalu blikal modrý indikátor LED. Pokud tedy načteme tento ukázkový kód, nic se nezmění. Místo toho trochu upravme kód.

Když se podíváte pozorně, můžete vidět, že program zapne LED, čeká 1000 milisekund (jedna sekunda), vypne LED, čeká další sekundu a pak to udělá znovu - navždy.

Upravte kód změnou obou příkazů „zpoždění (1000)“na „zpoždění (100)“. Tato úprava způsobí, že LED bliká desetkrát rychleji, že?

Načtěte upravený kód do Nano kliknutím na tlačítko UPLOAD (ikona šipky) těsně nad upraveným kódem. Pod kódem najdete informace o stavu: „kompilace“a poté „nahrávání“. Nakonec by IDE mělo indikovat „Nahrávání dokončeno“a vaše LED by měla blikat rychleji.

Pokud ano, gratulujeme! Právě jste hackli svůj první kousek vloženého kódu.

Jakmile je verze rychlého blikání načtena a spuštěna, proč nezkusit, zda můžete kód znovu změnit, aby LED dvakrát rychle blikla, a poté počkat několik sekund, než to zopakujete? Pokusit se! A co nějaké další vzory? Jakmile uspějete ve vizualizaci požadovaného výsledku, jeho kódování a pozorování, aby fungovalo podle plánu, udělali jste obrovský krok k tomu, abyste se stali kompetentním hardwarovým hackerem.

Krok 5: Pájení kolíků Arduino Nano záhlaví

Nyní, když byl váš vývojový počítač nakonfigurován tak, aby načítal kód do Arduino Nano a Nano bylo testováno, odpojte kabel USB od Nano a připravte se na pájení kolíků záhlaví. Pokud jste poprvé v bojovém klubu, musíte pájet.

Existuje například spousta skvělých průvodců a videí o pájení (například). Pokud máte pocit, že potřebujete další pomoc, zkuste ve své oblasti najít skupinu místních tvůrců nebo hackerský prostor. Amatérské radiokluby jsou také vždy vynikajícím zdrojem zkušeností s elektronikou.

Připájejte dvě jednořadá záhlaví (po patnácti pinech) k modulu Arduino Nano. Šestipinový konektor ICSP (sériové programování v obvodu) nebude v tomto projektu použit, takže tyto kolíky nechte vypnuté. Jakmile je pájení dokončeno, pečlivě zkontrolujte pájecí můstky a/nebo spoje za studena. Nakonec připojte Arduino Nano zpět ke kabelu USB a ověřte, zda vše stále funguje správně.

Krok 6: Modul snímače otisku prstu

Modul snímače otisků prstů má sériové rozhraní, takže je velmi snadné přidat do vašich projektů. Modul má integrovanou paměť FLASH pro ukládání otisků prstů, které je vyškoleno rozpoznat, což je proces známý jako registrace. Jednoduše připojte čtyři vodiče k mikrokontroléru, jak je znázorněno zde. Všimněte si, že VCC je 3,3 V (ne 5 V).

Adafruit vydal velmi pěknou knihovnu Arduino pro snímače otisků prstů. Knihovna obsahuje několik užitečných skic. Například „enroll.ino“ukazuje, jak do modulu zaregistrovat (trénovat) otisky prstů. Po tréninku „fingerprint.ino“předvádí, jak naskenovat otisk prstu a vyhledat jej podle natrénovaných dat. Dokumentaci ke knihovně Adafruit najdete zde. Můžete tam získat další čtečky otisků prstů nebo se podívat na některé moduly peří.

INTEGRACE

Senzory otisků prstů lze přidat do různých projektů, včetně bezpečnostních systémů, dveřních zámků, systémů docházky atd. Jde například o úžasný upgrade projektů z Locksport HackerBox.

Toto video ukazuje příklad systému, který pracuje se snímačem otisku prstu.

Krok 7: Sada LED Fidget Spinner

Točící se LED sada používá dva řadiče Microchip PIC a 24 LED k zobrazení různých barevných vzorů. Vzory jsou viditelné pomocí techniky POV (Persistence of Vision). Vzory lze změnit stisknutím tlačítka.

Než začneme, zkontrolujte všechny výše uvedené kousky. V sadě je pravděpodobně několik dalších odporů, kondenzátorů, LED, šroubů a akrylových kusů, takže si to nenechte zmást. I kdyby vaše souprava obsahovala návod, zde uvedené pokyny by mělo být mnohem snazší dodržovat.

Krok 8: Sada LED Fidget Spinner - schéma a PCB

Naše první otázka při pohledu na toto schéma by měla znít: Jak přesně řídíte 24 LED diod pouze s deseti I/O linkami? Kouzlo? Ano, kouzlo Charlieplexingu.

POZNÁMKA K ORIENTACI KOMPONENTU. Pečlivě si prohlédněte diagram označení polarity DPS. Dva mikrokontroléry musí být otočeny do správné orientace. LED diody jsou také polarizované a musí být správně orientovány. Ve smlouvě lze odpory a kondenzátory pájet v libovolném směru. Tlačítko se hodí pouze jedním způsobem.

Krok 9: Fidget Spinner - počínaje pájením SMT

Fidget spinner kit PCB je technologie povrchové montáže (SMT), která je obvykle docela náročná na pájení. Uspořádání desky plošných spojů a výběr komponent však činí tuto sadu SMT relativně snadno pájitelnou. Pokud jste nikdy nepracovali s pájením SMT, existuje několik opravdu pěkných demo videí online (například).

ZAČÁTEK PÁJENÍ: Tlačítko a jeho odpor 10K („103“) jsou pravděpodobně nejjednodušším místem, kde začít, protože je kolem nich spousta místa. Udělejte si čas a obě tyto součásti připájejte na místo.

Pamatujte si, že i když vaše pájení není zcela úspěšné, cesta mimo vaši současnou komfortní zónu je nejlepší praxí. Sestavená sada bude i nadále fungovat jako chladně vypadající elektronika inspirovaný rozmetač, i když diody LED nebudou dokonale funkční.

Krok 10: Fidget Spinner - pájení mikrokontrolérem

Pájejte dva mikrokontroléry (všimněte si orientačního označení). Následujte dva kondenzátory 0,1uF, které jsou hned vedle mikrokontrolérů. Kondenzátory nejsou polarizované a lze je orientovat jakkoli.

Krok 11: Fidget Spinner - LED pájení

Na desce plošných spojů jsou dvě řady LED diod a dva pásy součástek LED. Každý pásek má jinou barvu (červenou a zelenou), takže LED diody z každého pásu držte pohromadě ve stejné řadě na desce plošných spojů. Nezáleží na tom, která řada je zelená a která červená, ale stejně barevné LED diody musí být všechny pohromadě ve stejné řadě.

Na každé desce plošných spojů je pro diody LED označení „-“. Tato označení střídají strany při procházení řadou podložek, což znamená, že se orientace LED diod v řadě přepíná tam a zpět. Zelená označení na jedné straně každé diody LED by měla být orientována směrem k „-“tvorbě této podložky LED.

Krok 12: Fidget Spinner - Dokončete pájení

Pájejte šest rezistorů 200 ohmů („201“). Ty nejsou polarizované a mohou být umístěny v obou směrech.

Připájejte tři svorky knoflíkové baterie zasunutím do spodní části desky plošných spojů a poté pájením do dvou otvorů z horní části desky.

Vložte tři knoflíkové články a stisknutím tlačítka otestujte LED diody. Nebudete moci vidět vzory POV, když je PCB nehybný, ale při procházení režimů zobrazení si všimnete různých jasů mezi dvěma bankami LED. Krátké a dlouhé stisknutí mají různé efekty.

Krok 13: Fidget Spinner - připravte akrylové pouzdro

Odstraňte ochranný papír z akrylových kusů.

Rozložte pět kusů akrylu a DPS podle obrázku. To představuje pořadí konečného zásobníku.

Všimněte si tří malých kruhů v každém kousku. Překlopte všechny kousky, dokud nebudou malé kruhy orientovány stejným směrem.

Začněte vrstvou 2, která má v každém ze tří ramen kruhy o velikosti knoflíkových buněk.

Umístěte ložisko do středu vrstvy 2 a zatlačte jej do velkého otvoru. To bude vyžadovat velkou sílu. Při tom se snažte nerozbít akrylát. To znamená, že se kolem ložiskového montážního otvoru může vytvořit jedna malá prasklina. To je naprosto přijatelné.

Krok 14: Fidget Spinner - mechanická montáž

Skládejte vrstvy - 1 až 5.

Všimněte si, že figurky 4 a 5 jsou ve skutečnosti na stejné vrstvě.

Vložte tři mosazné spojky se závitem.

Umístěte vrstvu 6 na stoh.

Všimněte si, že vrstvy 1 a 6 mají menší otvory, aby udržely mosazné spojky na svém místě.

Pomocí šesti krátkých šroubů připevněte vrstvy 1 a 6 na mosazné spojky.

Krok 15: Fidget Spinner - středový rozbočovač

Odstraňte ochranný papír ze tří akrylových cyklů - dvou velkých a jednoho malého.

Protáhněte dlouhý šroub jedním z velkých akrylových kruhů; naskládejte malý akrylový kruh na šroub; a otočením mosazné spojky se závitem na šroub vytvořte stoh, jak je znázorněno na obrázku.

Vložte stoh středovým nábojem.

Zachyťte stoh do náboje připevněním zbývajícího velkého akrylového kruhu na otevřenou stranu pomocí dlouhého šroubu.

Nejlepší fin! Laissez les bon fidget rouler.

Krok 16: Digispark a USB Rubber Ducky

Digispark je open source projekt původně financovaný prostřednictvím Kickstarter. Je to super miniaturní deska kompatibilní s Arduino na bázi ATtiny využívající Atmel ATtiny85. ATtiny85 je 8kolíkový mikrokontrolér, který je blízkým bratrancem typického čipu Arduino, ATMega328P. ATtiny85 má asi čtvrtinu paměti a pouze šest I/O pinů. Lze jej však naprogramovat z Arduino IDE a stále může bez problémů spouštět kód Arduino.

USB Rubber Ducky je oblíbený hackerský nástroj. Jedná se o zařízení pro vstřikování kláves maskované jako generický flash disk. Počítače ji rozpoznávají jako běžnou klávesnici a automaticky přijímají její předprogramované užitečné zatížení při více než 1000 slovech za minutu. Kliknutím na odkaz se dozvíte vše o Rubber Duckies od Hak5, kde můžete také koupit skutečnou nabídku. Tento video tutorial zatím ukazuje, jak používat Digispark jako Rubber Ducky. Další video tutoriál ukazuje, jak převést skripty Rubber Ducky na běh na Digisparku.

Krok 17: HackLife

Doufáme, že jste si užili tento měsíc plavbu do kutilské elektroniky. Oslovte a podělte se o svůj úspěch v níže uvedených komentářích nebo na facebookové skupině HackerBoxes. Určitě nám dejte vědět, pokud máte nějaké dotazy nebo potřebujete s čímkoli pomoci.

Připojit se k párty. Žijte HackLife. Můžete si každý měsíc nechat doručit skvělou krabici hacknutelných projektů elektroniky a počítačové techniky přímo do vaší poštovní schránky. Stačí procházet na HackerBoxes.com a přihlásit se k měsíční službě HackerBox.