HackerBox 0034: SubGHz: 15 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:19

Tento měsíc zkoumají hackeři HackerBox software Defined Radio (SDR) a radiovou komunikaci na frekvencích pod 1 GHz. Tento Instructable obsahuje informace pro začátek s HackerBoxem #0034, 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 0034:

• Konfigurace a používání rádiových přijímačů SDR
• Operace mobilního SDR
• Sestavení transceiveru CCStick Sub-GHz
• Programování CCStick pomocí Arduino ProMicros
• Sestavení FM vysílačů a přijímačů

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 0034: Obsah krabice

• Rádiový přijímač definovaný softwarem USB (SDR)
• Anténa MCX pro přijímač SDR
• Dvě desky plošných spojů CCStick
• Dva transceivery CC1101 s anténami
• Dva Arduino ProMicros 3,3 V 8 MHz
• Sada FM vysílače zvuku
• Sada přijímače zvuku FM
• MicroUSB kabel
• Exkluzivní rádiový oscilátor "Hertz" Pin

Některé další věci, které budou užitečné:

• Páječka, pájka a základní pájecí nástroje
• Počítač pro spouštění softwarových nástrojů

A co je nejdůležitější, budete potřebovat smysl pro dobrodružství, kutilského ducha a hackerskou zvědavost. Hardcore DIY elektronika není triviální pronásledování a HackerBoxes nejsou oslabeni. Cílem je pokrok, ne dokonalost. Když vytrváte a užíváte si dobrodružství, velkou spokojenost lze odvodit z učení se nové technologii a doufejme, že některé projekty budou fungovat. Doporučujeme dělat každý krok pomalu, dbát na detaily a nebojte se požádat o pomoc.

Ve FAQ HackerBoxes existuje velké množství informací o aktuálních i potenciálních členech.

Krok 2: Vítejte v rádiu Sub-GHz

Hudba cue: Rádio KAOS

Technologie sub-GHz je ideální volbou pro bezdrátové aplikace vyžadující dlouhý dosah a nízkou spotřebu energie. Úzkopásmové přenosy mohou přenášet data do vzdálených rozbočovačů, často několik mil daleko, bez přeskakování z uzlu na uzel. Tato přenosová schopnost dlouhého dosahu snižuje potřebu více nákladných základnových stanic nebo opakovačů. Patentované protokoly pod GHz umožňují vývojářům optimalizovat jejich bezdrátové řešení podle jejich specifických potřeb, místo aby odpovídaly standardu, který by mohl klást další omezení na implementaci sítě. Zatímco mnoho stávajících sítí pod GHz používá proprietární protokoly, průmysl pomalu přidává interoperabilní systémy založené na standardech. Například standard IEEE 802.15.4g získává celosvětovou popularitu a je přijímán různými průmyslovými aliancemi, jako jsou Wi-SUN a ZigBee.

Mezi zajímavé frekvence, které je třeba prozkoumat, patří: 88-108 MHz FM BroadcastNOAA 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

Pro různé typy radiových komunikací na těchto frekvencích se používají různá schémata modulace. Najděte si pár minut na to, abyste se seznámili se základy.

Krok 3: Software Defined Radio (SDR) Reciver

Tradiční rádiové komponenty (jako jsou modulátory, demodulátory a tunery) jsou implementovány pomocí kolekce hardwarových zařízení. Nástup moderních počítačových a analogově-digitálních převodníků (ADC) umožňuje místo toho většinu těchto tradičně hardwarových komponent implementovat do softwaru. Z tohoto důvodu je termín softwarově definované rádio (SDR). Počítačová SDR umožňuje implementovat levné širokopásmové rozhlasové přijímače.

RTL-SDR je USB dongle, který lze použít jako počítačový rádiový přijímač pro příjem živých rádiových signálů. Pro experimentování s technologií RTL-SDR je online k dispozici široká škála informací včetně stručného průvodce.

Krok 4: Hardware hardwarového klíče USB RTL-SDR

RTL2832U je vysoce výkonný DVB-T COFDM demodulátor, který podporuje rozhraní USB 2.0. RTL2832U podporuje režim 2K nebo 8K s šířkou pásma 6, 7 a 8 MHz. Modulační parametry, např. Kódová rychlost a ochranný interval, jsou detekovány automaticky. RTL2832U podporuje tunery s výstupem IF (střední frekvence, 36,125 MHz), nízkým IF (4,57 MHz) nebo nulovým IF pomocí krystalu 28,8 MHz a obsahuje podporu rádia FM/DAB/DAB+. Vestavěný pokročilý ADC (převodník analogového signálu na digitální), RTL2832U se vyznačuje vysokou stabilitou přenosného příjmu. Digitální tuner R820T2 podporuje provoz v rozsahu 24 - 1766 MHz.

Všimněte si, že hardwarový klíč SDR je vybaven koaxiálním RF vstupem MCX, který lze spojit s přiloženou bičovou anténou MCX. Protože mnoho běžných zdrojů signálu a antén používá koaxiální konektory SMA, může být užitečná spojka MCX-SMA.

Krok 5: Software SDR - GNU Radio

GNU Radio je bezplatná a otevřená sada nástrojů pro vývoj softwaru, která poskytuje bloky zpracování signálu pro implementaci softwarových rádií. Lze jej použít se snadno dostupným externím RF hardwarem k vytváření softwarově definovaných rádií. GNU Radio je široce používáno v amatérských, akademických a komerčních prostředích na podporu výzkumu bezdrátové komunikace i rádiových systémů v reálném světě.

GNU Radio má mnoho příchutí a implementací. GQRX je pěkná varianta pro uživatele OSX a Linux.

Krok 6: Mobilní SDR

SDR Touch může z vašeho mobilního telefonu nebo tabletu udělat cenově dostupný a přenosný softwarově definovaný rádiový skener. Poslouchejte živé vysílání rádiových stanic FM, předpovědí počasí, policie, hasičských a záchranných stanic, provozu taxi, komunikace letadel, zvuku analogových televizních přenosů, radioamatérů HAM, digitálního vysílání a mnoha dalších.

K připojení dronu USB SDR k mobilnímu zařízení je nutný kabel nebo adaptér USB na cestách (OTG). K napájení dongle může být vyžadován kabel OTG s přídavným (pomocným) napájecím portem. Extra napájecí port může být dobrý nápad bez ohledu na to, protože aplikace jako SDR Touch je náchylná k rychlému vybití baterií mobilních zařízení.

Krok 7: Sada mikrofonního vysílače

Tato pájecí sada je jednoduchý zvukový vysílač se třemi tranzistory s frekvenční modulací (FM). Pracuje ve frekvenčním rozsahu 80 MHz-108 MHz přiděleném pro rozhlasové vysílání FM. Pracovní napětí vysílače je 1,5V-9V a bude vysílat více než 100 metrů v závislosti na dodávaném výkonu, konfiguraci antény, ladění a okolních elektromagnetických faktorech.

Obsah sady:

• PCB
• ONE 500KOhm Trimmer Pot
• DVĚ tranzistory NPN 9018
• Tranzistor ONE NPN 9014
• JEDEN 4,5otáčkový induktor (4T5)
• DVA 5,5otáčkové induktory (5T5)
• JEDEN elektretový mikrofon
• ONE 1M rezistor (BrownBlackGreen)
• DVĚ 22K odpory (RedRedOrange)
• ČTYŘI 33ohmové rezistory (OrangeOrangeBlack)
• TŘI 2.2K (2K2) rezistory (RedRedRed)
• ONE 33uF elektrolytická krytka
• ČTYŘI keramické kondenzátory 30pF „30“
• ČTYŘI 100nF keramické kondenzátory „104“
• ONE 10nF keramický kondenzátor „103“
• DVĚ 680pF keramický kondenzátor „681“
• DVĚ 10pF keramický kondenzátor „10“
• Anténní drát
• Klip na 9V baterii
• Piny záhlaví (přerušení na 2 a 3 piny)

Všimněte si toho, že tři tranzistory, mikrofon a jeden elektrolytický kondenzátor musí být orientovány tak, jak je uvedeno na sítotisku PCB. Induktory a keramické kondenzátory nejsou polarizované. Zatímco hodnoty a typy nejsou zaměnitelné, každou z nich lze vložit v libovolné orientaci.

Pokud s pájením začínáte: O pájení je online spousta skvělých průvodců a videí. Zde je jeden příklad. 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.

Krok 8: Návrh sady mikrofonního vysílače

Vstupní zvukový signál může být sbírán palubním elektretovým mikrofonem nebo poskytován z jiného elektrického zdroje do vstupních kolíkových konektorů. Mikrofonní vodiče lze prodloužit pomocí drátových nebo ořezaných vodičů z jiných komponent, aby bylo možné připojení k desce plošných spojů. Mikrofonní kabel připojený k vnějšímu pouzdru mikrofonu je záporný, jak je znázorněno na obrázku.

Na tranzistoru Q1 je frekvenční modulace dosaženo, když je frekvence nosného oscilátoru upravena zvukovým signálem. Trimr potenciometru lze použít k nastavení vstupního útlumu zvukového signálu. Zvukový signál je připojen k základně tranzistoru Q1 přes C2.

Tranzistor Q2 (spolu s R7, R8, C4, C5, L1, C8 a C7) poskytuje vysokofrekvenční oscilátor. C8 je kondenzátor zpětné vazby. C7 je kondenzátor blokující DC. C5 a L1 poskytují rezonanční nádrž pro oscilátor. Změnou hodnot C5 a/nebo L1 se změní vysílací frekvence. Po počátečním sestavení bude výchozí přenosová frekvence asi 83 MHz. Jemné roztažení závitů cívky L1 o malý kousek změní hodnotu induktoru L1 a podle toho posune přenosovou frekvenci. Udržování frekvence kolem 88MHz-108MHz umožní příjem signálu pomocí jakéhokoli FM rádia, včetně přijímače SDR.

Tranzistor Q3 (spolu s R9, R10, L2, C10 a C1) tvoří obvod vysokofrekvenčního výkonového zesilovače. Modulovaný signál je spojen se zesilovacím obvodem přes kondenzátor C6. C10 a L2 tvoří zesilovací tuningový tank. Maximální výstupní výkon je dosažen, když je zesilovací smyčka C10 a L2 naladěna na stejnou frekvenci jako smyčka nosného oscilátoru C5 a L1.

Konečně C12 a L3 zajišťují anténní turing, kde je zesílený signál veden do drátové antény pro přenos jako radiofrekvenční elektromagnetické vlny.

Krok 9: Sada přijímače frekvenční modulace (FM)

Tato sada přijímače FM je založena na čipu HEX3653, který je vysoce integrovaným demodulátorem FM.

Sada obsahuje:

• PCB
• U1 HEX3653 Čip SMD 16pin
• Q1 SS8050 NPN tranzistor
• L1 Induktor 100uH
• Krystal Y1 32,768 kHz
• Rezistory R1, R2, R3, R4 10KOhm
• Elektrolytické kondenzátory C1, C2 100uF
• Keramické kondenzátory C3, C5 (104) 0,1uF
• Keramický kondenzátor C4 (33) 33pF
• D1, D2 1N4148 diody
• Žlutá LED
• Zvukový telefonní konektor 3,5 mm
• Čtyřpinový záhlaví s propojkou
• Pět momentálních tlačítek
• Duální držák baterie AA

Čip přijímače HEX3653 pracuje ve frekvenčním rozsahu 76 MHz-108 MHz, který je přidělen rozhlasovému vysílání FM.

Sada obsahuje pět tlačítek:

• Frekvenční ladění (SEEK +, SEEK-)
• Ovládání hlasitosti (VOL +, VOL-)
• Výkon (PW)

Obvod má pracovní napětí 1,8-3,6V, které je snadno napájeno dvěma 1,5V články.

Krok 10: Design sady přijímače FM HEX3653

Pro anténní vstup existují dvě možnosti.

Na podložku "A" na desce plošných spojů lze připevnit vodič nebo stínění kabelu sluchátek může sloužit jako anténa.

Čtyřpinový konektor slouží jako přepínač antény (označený jako ASW). Umístění zkratovací propojky na ASW vybírá mezi dvěma anténními vstupy. Zkratovací kolíky 1 a 2 směrují signál externí antény „A“na pin čtyři čipu HEX3653. Alternativně zkratování pinů 2 a 3 směruje stínící pin konektoru pro sluchátka na pin čtyři čipu HEX3653.

Čtvrtý pin čipu HEX3653 je vysokofrekvenční (RF) vstup do přijímacího čipu. Zvolený RF signál nejprve prochází L1 a C4, které fungují jako filtr. Poté se používají dvě ořezové diody k omezení nadměrného vstupního napětí.

Pětipinový konektor (označený B) umožňuje integraci modulu přijímače do jiného systému. K dispozici jsou dva piny pro vstup napájecího zdroje (+V, uzemnění) a tři pro zvukový výstup (vpravo, vlevo, uzemnění).

Krok 11: Sestavení soupravy přijímače FM HEX3653

Tyto tři keramické kondenzátory a krystal nejsou polarizované a mohou být vloženy v jakékoli orientaci. Nejsou zaměnitelné, ale každý z nich může být otočen ve své orientaci. Všechny ostatní součásti musí být namontovány podle orientace uvedené na sítotisku PCB. Jako obvykle je nejlepší začít s čipem SMD a poté přejít na nejmenší/nejkratší součásti pracující od středu desky plošných spojů směrem k okrajům. Jako poslední připojte záhlaví, zvukový konektor a držák baterie.

Krok 12: CCStick

CCStick je modul Texas Instruments CC1101 sub-GHz rádiového transceiveru spojený s Arduino ProMicro. Dvě sady CCStick jsou součástí HackerBoxu #0034 pro použití jako dva koncové body komunikačního spojení nebo v jiné komunikační konfiguraci.

Texas Instruments CC1101 (datový list) je levný sub-GHz transceiver navržený pro bezdrátové aplikace s velmi malým výkonem. Obvod je určen hlavně pro průmyslová, vědecká a lékařská (ISM) a zařízení krátkého dosahu (SRD) frekvencí 315, 433, 868 a 915 MHz, ale lze ho snadno naprogramovat pro provoz na jiných frekvencích v pásmu 300- Pásma 348 MHz, 387-464 MHz a 779-928 MHz. RF transceiver je integrován s vysoce konfigurovatelným modemem v základním pásmu. Modem podporuje různé formáty modulace a má konfigurovatelnou datovou rychlost až 600 kbps.

Krok 13: Arduino ProMicro 3,3 V 8 MHz

Arduino ProMicro je založen na mikrokontroléru ATmega32U4, který má vestavěné rozhraní USB. To znamená, že mezi vaším počítačem a mikrokontrolérem Arduino nepůsobí žádný FTDI, PL2303, CH340 ani žádný jiný čip.

Doporučujeme nejprve otestovat Pro Micro bez pájení kolíků na místo. Základní konfiguraci a testování můžete provádět bez použití kolíků záhlaví. Také zpoždění pájení na modulu dává o jednu proměnnou méně k ladění, pokud narazíte na jakékoli komplikace.

Pokud ve svém počítači nemáte nainstalované IDE Arduino, začněte stažením formuláře IDE arduino.cc. VAROVÁNÍ: Před programováním Pro Micro nezapomeňte vybrat verzi 3.3V v části tools> processor. Mít tuto sadu pro 5V bude fungovat jednou a pak se bude zdát, že se zařízení nikdy nepřipojí k vašemu PC, dokud nebudete postupovat podle pokynů „Reset to Bootloader“v níže diskutovaném průvodci, což může být trochu ošidné.

Sparkfun má skvělý průvodce Pro Micro Hookup Guide. Průvodce připojením obsahuje podrobný přehled desky Pro Micro a dále část „Instalace: Windows“a část „Instalace: Mac a Linux“. Chcete -li, aby vaše Arduino IDE bylo nakonfigurováno tak, aby podporovalo Pro Micro, postupujte podle pokynů v příslušné verzi těchto pokynů k instalaci. S deskou Arduino obvykle začínáme pracovat načtením a/nebo úpravou standardní skici Blink. Pro Micro však neobsahuje obvyklou LED na pinu 13. Naštěstí můžeme ovládat LED diody RX/TX a Sparkfun poskytl úhledný malý náčrt, který ukazuje, jak na to. Toto je v části Průvodce připojením s názvem „Příklad 1: Blinkies!“Ověřte, že můžete tento Blinkies zkompilovat a stáhnout! příklad před pokračováním.

Krok 14: Návrh a provoz CCStick

Modul CC1101 a Arduino ProMicro jsou vloženy na stranu s plošným spojem desky CCStick PCB. Jinými slovy, dva menší moduly jsou na straně červené desky plošných spojů, na které je bílá barva, a kolíky vyčnívají ze strany, na které není bílá barva. Bílá barva se nazývá sítotisk PCB.

Stopy v červené desce plošných spojů spojují modul CC1101 a Arduino ProMicro takto:

CC1101 Arduino ProMicro ------ ---------------- GND GND VCC VCC (3,3 V) MOSI MOSI (16) MISO MISO (14) SCK SCLK (15) GD02 A0 (18) GD00 A1 (19) ČSN A10 (10)

Rychlý start pro CC1101 je použití knihovny od Elechouse. Stáhněte si knihovnu kliknutím na odkaz „získat kód“na této stránce.

Vytvořte složku pro CC1101 ve složce Arduino Libraries. Umístěte dva soubory ELECHOUSE_CC1101 (.cpp a.h) do této složky. V této složce také vytvořte složku s příklady a vložte do ní tři složky s ukázkami/ukázkami.

Aktualizujte definice pinů v souboru ELECHOUSE_CC1101.h takto:

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

Poté umístěte ukázkový soubor CC1101_RX na jeden CCStick a ukázkový soubor CC1101_TX na druhý CCStick.

Existuje několik dalších zajímavých zdrojů a projektů pro transceiver CC1101, včetně následujícího příkladu:

TomXue Arduino CC1101 Arduino LibrarySmartRF StudioElectrodragon CC1101 ProjectCUL ProjectCCManager ProjectDIY nanoCULDalší nastavení mikrokontroléru CC1101

POZNÁMKA O POUŽÍVÁNÍ PŘERUŠENÍ:

Chcete -li ochutnat ukázkový náčrt Elechouse CC1101_RXinterruprt, připojte dva piny Arduino ProMicro na spodní stranu PCB CCStick. Jedná se o piny 7 a 19 (A1), které spojují signál transceiveru GDO0 s pinem 7 mikrokontroléru, který je jedním z kolíků externího přerušení. Dále aktualizujte jeden z výše definovaných řádků pinů na „#define GDO0 7 // a 19“, protože GDO0 je nyní propojeno z pinu 19 na pin 7. Dále v souboru CC1101_RXinterruprt najděte funkci volání linky attachInterrupt () a změňte první parametr (číslo přerušení) z „0“na „4“. To se provádí proto, že pin 7 ProMicro je spojen s přerušením č. 4.

Krok 15: HACKUJTE PLANETU

Pokud se vám tento Instructable líbil a chtěli byste, aby každý měsíc na vaši poštovní schránku sestoupila skvělá krabička hackovatelné elektroniky a počítačových technologií, připojte se k revoluci tím, že surfujete na HackerBoxes.com a přihlásíte se k odběru našeho měsíčního boxu s překvapením.

Oslovte a podělte se o svůj úspěch v níže uvedených komentářích nebo na facebookové stránce HackerBoxes. Určitě nám dejte vědět, pokud máte nějaké dotazy nebo potřebujete s čímkoli pomoci. Děkujeme, že jste součástí HackerBoxes!