HackerBox 0038: TeknoDactyl: 17 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

HackerBox Hackeri skúmajú elektronické rozpoznávanie odtlačkov prstov a mechanické číselníky s mikrokontrolérom na povrchovú montáž a LED obvodmi. Tento návod obsahuje informácie o tom, ako začať s HackerBox #0038, ktorý je možné zakúpiť tu do vypredania zásob. Tiež, ak by ste chceli dostávať HackerBox takto priamo do vašej schránky každý mesiac, prihláste sa na odber HackerBoxes.com a zapojte sa do revolúcie!

Témy a vzdelávacie ciele pre HackerBox 0038:

• Pozrite sa na elektronické rozpoznávanie odtlačkov prstov
• Nakonfigurujte a naprogramujte mikrokontrolér Arduino Nano
• Rozhranie modulov snímača odtlačkov prstov k mikrokontrolérom
• Integrujte snímače odtlačkov prstov do vstavaných systémov
• Precvičte si techniky spájkovania na povrch
• Zostavte projekt akrylového LED fidget spinnera
• Nakonfigurujte a naprogramujte mikrokontrolér Digispark
• Experimentujte s užitočným zaťažením vstrekovania klávesom USB

HackerBoxes je služba mesačného predplatného pre elektroniku a počítačovú technológiu pre domácich majstrov. Sme nadšenci, tvorcovia a experimentátori. Sme snílkami snov.

Hacknite planétu

Krok 1: HackerBox 0038: obsah balenia

• Modul snímača odtlačkov prstov
• Arduino Nano 5V 16MHz microUSB
• LED spájkovacia súprava Fidget Spinner
• Súprava mincí CR1220 pre súpravu spinnerov
• Modul mikroovládača USB Digispark
• ESD pinzeta
• Odpájací oplet
• Dva štvorsmerové meniče úrovne napätia
• USB predlžovací kábel
• Exkluzívny kovací štítok HackerBox
• Exkluzívny hackerský obtlačok „Quad Cut Up“
• Exkluzívna nažehľovacia náplasť na stoličku

Pomôžu aj ďalšie veci:

• Spájkovačka, spájkovačka a základné spájkovacie nástroje
• Tavidlo na spájkovanie (príklad)
• Svietiaca lupa (príklad)
• Počítač na spustenie softvérových nástrojov
• Prsty na vrtenie sa
• Prsty na experimenty s odtlačkami prstov

A čo je najdôležitejšie, budete potrebovať zmysel pre dobrodružstvo, hackerského ducha, trpezlivosť a zvedavosť. Budovanie a experimentovanie s elektronikou, aj keď je to veľmi prospešné, môže byť občas náročné, náročné a dokonca frustrujúce. Cieľom je pokrok, nie dokonalosť. Keď vytrváte a užívate si dobrodružstvo, dá sa z tohto koníčka odvodiť veľké uspokojenie. Každý krok robte pomaly, všímajte si detaily a nebojte sa požiadať o pomoc.

Existuje množstvo informácií o súčasných a potenciálnych členoch v sekcii Časté otázky o HackerBoxes. Na takmer všetky e-maily netechnickej podpory, ktoré dostávame, sme tam už odpovedali, preto si skutočne vážime, že ste si našli pár minút na prečítanie častých otázok.

Krok 2: Elektronické rozpoznávanie odtlačkov prstov

Snímače odtlačkov prstov sú biometrické bezpečnostné systémy na analýzu trecích hrebeňov z ľudského prsta, tiež známe ako odtlačky prstov (daktylograf). Tieto skenery sa používajú v oblasti presadzovania práva, zabezpečenia identity, riadenia prístupu, počítačov a mobilných telefónov.

Každý má na prstoch znamienka. Nedajú sa odstrániť ani zmeniť. Tieto značky majú vzor nazývaný odtlačok prsta. Každý odtlačok prsta je špeciálny a líši sa od ostatných na svete. Pretože existuje nespočetné množstvo kombinácií, odtlačky prstov sa stali ideálnym prostriedkom identifikácie.

Systém skenera odtlačkov prstov má dve základné úlohy. Najprv zachytí obraz prsta. Ďalej určí, či sa vzor hrebeňov a údolí na tomto obrázku zhoduje so vzorom hrebeňov a údolí v vopred naskenovaných obrázkoch. Iba špecifické vlastnosti, ktoré sú jedinečné pre každý odtlačok prsta, sa filtrujú a ukladajú ako šifrovaný biometrický kľúč alebo matematická reprezentácia. Nikdy sa neuloží žiadny obrázok odtlačku prsta, iba séria čísel (binárny kód), ktorá sa používa na overenie. Algoritmus nie je možné vrátiť späť, aby sa kódované informácie previedli späť na obrázok odtlačku prsta. Je preto veľmi nepravdepodobné, že by ste z kódovaných informácií o obrázku extrahovali alebo duplikovali použiteľné odtlačky prstov.

(Wikipedia)

Krok 3: Platforma mikrokontroléra Arduino Nano

Doska Arduino Nano alebo podobná mikrokontrolérová jednotka je skvelou voľbou na prepojenie s modulmi skenera odtlačkov prstov. Priložená doska Arduino Nano je dodávaná s kolíkovými konektormi, ale nie sú k modulu spájkované. Piny zatiaľ nechajte vypnuté. Vykonajte tieto počiatočné testy modulu Arduino Nano PRIOR na spájkovanie kolíkov záhlavia Arduino Nano. Všetko, čo je potrebné pre nasledujúcich pár krokov, je microUSB kábel a Arduino Nano, ako to vychádza z tašky.

Arduino Nano je miniaturizovaná doska Arduino s povrchovou montážou, ktorá je vhodná na doštičky a má integrované USB. Je úžasne plnohodnotný a ľahko sa hackuje.

Vlastnosti:

• Mikrokontrolér: Atmel ATmega328P
• Napätie: 5V
• Digitálne I/O piny: 14 (6 PWM)
• Analógové vstupné piny: 8
• Jednosmerný prúd na pin I/O: 40 mA
• Flash pamäť: 32 KB (2 kB pre bootloader)
• Pamäť SRAM: 2 kB
• EEPROM: 1 kB
• Taktovacia frekvencia: 16 MHz
• Rozmery: 17 mm x 43 mm

Tento konkrétny variant Arduino Nano je čierny dizajn Robotdyn. Rozhranie je prostredníctvom integrovaného portu MicroUSB, ktorý je kompatibilný s rovnakými káblami MicroUSB, aké sa používajú s mnohými mobilnými telefónmi a tabletmi.

Arduino Nanos má vstavaný čip USB/sériový most. V tomto konkrétnom variante je mostíkovým čipom CH340G. Všimnite si toho, že na rôznych typoch dosiek Arduino existujú rôzne ďalšie typy mostíkových čipov USB/Serial. Tieto čipy umožňujú USB portu vášho počítača komunikovať so sériovým rozhraním na procesorovom čipe Arduino.

Operačný systém počítača vyžaduje na komunikáciu s USB/sériovým čipom ovládač zariadenia. Ovládač umožňuje IDE komunikovať s doskou Arduino. Potrebný konkrétny ovládač zariadenia závisí od verzie operačného systému a tiež od typu USB/sériového čipu. Pre USB/sériové čipy CH340 sú k dispozícii ovládače pre mnoho operačných systémov (UNIX, Mac OS X alebo Windows). Výrobca CH340 dodáva tieto ovládače tu.

Keď prvýkrát zapojíte Arduino Nano do USB portu počítača, mala by sa rozsvietiť zelená kontrolka napájania a krátko po tom, čo začne modrá LED pomaly blikať. Stáva sa to preto, že v Nano je vopred nainštalovaný program BLINK, ktorý beží na úplne novom Arduino Nano.

Krok 4: Integrované vývojové prostredie Arduino (IDE)

Ak ešte nemáte nainštalované Arduino IDE, môžete si ho stiahnuť z Arduino.cc

Ak by ste chceli ďalšie úvodné informácie o práci v ekosystéme Arduino, odporúčame vám pozrieť si príručku k HackerBoxes Starter Workshop.

Zapojte Nano do kábla MicroUSB a druhý koniec kábla do USB portu na počítači, spustite softvér Arduino IDE, vyberte príslušný USB port v IDE pod portom tools> port (pravdepodobne názov, v ktorom je „wchusb“)). Tiež zvoľte "Arduino Nano" v IDE pod nástrojmi> doska.

Nakoniec načítajte ukážkový kód:

Súbor-> Príklady-> Základy-> Žmurknutie

Toto je vlastne kód, ktorý bol vopred načítaný do Nano a mal by práve bežať, aby pomaly blikal modrý indikátor LED. Ak teda načítame tento ukážkový kód, nič sa nezmení. Namiesto toho trochu upravme kód.

Pri pohľade zblízka môžete vidieť, že program zapne LED diódu, počká 1 000 milisekúnd (jednu sekundu), vypne LED diódu, počká ďalšiu sekundu a potom to urobí znova - navždy.

Upravte kód zmenou oboch príkazov „oneskorenie (1000)“na „oneskorenie (100)“. Táto úprava spôsobí, že LED dióda bliká desaťkrát rýchlejšie, však?

Načítajme upravený kód do Nano kliknutím na tlačidlo UPLOAD (ikona šípky) tesne nad upraveným kódom. Informácie o stave nájdete nižšie pod kódom: „kompilácia“a potom „nahrávanie“. Nakoniec by IDE malo indikovať „nahrávanie je dokončené“a kontrolka LED by mala blikať rýchlejšie.

Ak áno, gratulujeme! Práve ste hackli svoj prvý kúsok vloženého kódu.

Keď sa už verzia s rýchlym blikaním načíta a spustí, prečo sa nezobrazí, či môžete kód znova zmeniť, aby LED dvakrát rýchlo zablikala, a potom počkajte niekoľko sekúnd, kým to zopakujete? Pokúsiť sa! Čo hovoríte na ďalšie vzory? Keď sa vám podarí vizualizovať požadovaný výsledok, kódovať ho a pozorovať, aby fungoval podľa plánu, urobili ste obrovský krok k tomu, aby ste sa stali kompetentným hardvérovým hackerom.

Krok 5: Spájkovanie pinov hlavičky Arduino Nano

Teraz, keď je váš vývojový počítač nakonfigurovaný na načítanie kódu do Arduino Nano a Nano bolo testované, odpojte kábel USB od Nano a pripravte sa na spájkovanie kolíkov záhlavia. Ak ste v bojovom klube prvýkrát, musíte spájkovať.

Existuje veľa skvelých sprievodcov a videí online napríklad o spájkovaní. Ak máte pocit, že potrebujete ďalšiu pomoc, pokúste sa nájsť miestnu skupinu tvorcov alebo hackerský priestor vo vašej oblasti. Amatérske rádiokluby sú tiež vždy vynikajúcim zdrojom skúseností s elektronikou.

Pripojte dve jednoradové hlavičky (po pätnásť pinov) k modulu Arduino Nano. Šesťpinový konektor ICSP (sériové programovanie v obvode) nebude v tomto projekte použitý, takže tieto kolíky nechajte vypnuté. Po dokončení spájkovania starostlivo skontrolujte spájkovacie mostíky a/alebo studené spájkovacie spoje. Nakoniec zapojte Arduino Nano späť do kábla USB a overte, či všetko stále funguje správne.

Krok 6: Modul snímača odtlačkov prstov

Modul snímača odtlačkov prstov má sériové rozhranie, vďaka ktorému je pridanie do vašich projektov veľmi jednoduché. Modul má integrovanú pamäť FLASH na ukladanie akýchkoľvek odtlačkov prstov, ktoré je vyškolený na rozpoznanie, čo je proces známy ako registrácia. Jednoducho pripojte štyri vodiče k svojmu mikrokontroléru, ako je to znázornené na obrázku. Všimnite si, že VCC je 3,3 V (nie 5 V).

Spoločnosť Adafruit vydala veľmi peknú knižnicu Arduino pre snímače odtlačkov prstov. Knižnica obsahuje niekoľko užitočných náčrtov. Napríklad „enroll.ino“ukazuje, ako do modulu zaregistrovať (trénovať) odtlačky prstov. Po školení „fingerprint.ino“ukazuje, ako naskenovať odtlačok prsta a vyhľadať ho podľa natrénovaných údajov. Dokumentáciu knižnice Adafruit pre knižnicu nájdete tu. Môžete tam získať ďalšie čítačky odtlačkov prstov alebo si pozrieť niektoré moduly z peria.

INTEGRÁCIA

Snímače odtlačkov prstov je možné pridať k rôznym projektom vrátane bezpečnostných systémov, zámkov dverí, dochádzkových systémov a podobne. Ide napríklad o úžasnú inováciu projektov z Locksport HackerBox.

Toto video ukazuje príklad systému, ktorý pracuje so snímačom odtlačkov prstov.

Krok 7: Sada LED Fidget Spinner

Rotujúca sada LED používa dva radiče Microchip PIC a 24 diód LED na zobrazenie rôznych farebných vzorov. Vzory sú viditeľné pomocou techniky POV (Persistence of Vision). Vzory je možné meniť stlačením tlačidla.

Skôr ako začneme, skontrolujte všetky vyššie uvedené položky. V súprave je pravdepodobne niekoľko ďalších rezistorov, kondenzátorov, diód LED, skrutiek a akrylových kúskov, takže si to nenechajte zmiasť. Aj keď vaša súprava obsahuje návod, tieto pokyny by sa mali ukázať ako oveľa jednoduchšie.

Krok 8: Sada LED Fidget Spinner - schéma a doska plošných spojov

Naša prvá otázka pri pohľade na túto schému by mala byť: Ako presne poháňate 24 LED diód iba s desiatimi I/O linkami? Mágia? Áno, kúzlo Charlieplexingu.

POZNÁMKA K ORIENTÁCII KOMPONENTU. Podrobne si prečítajte diagram označení polarity DPS. Dva mikrokontroléry musia byť otočené do správnej orientácie. LED diódy sú tiež polarizované a musia byť správne orientované. Podľa zmluvy môžu byť odpory a kondenzátory spájkované v ľubovoľnom smere. Tlačidlo je vhodné iba pre jeden spôsob.

Krok 9: Fidget Spinner - začínajúc spájkovaním SMT

Fidget spinner kit PCB je technológia povrchovej montáže (SMT), ktorá je zvyčajne dosť náročná na spájkovanie. Rozmiestnenie DPS a výber komponentov však robia túto súpravu SMT relatívne ľahko spájkovateľnou. Ak ste nikdy nepracovali s spájkovaním SMT, existuje niekoľko skutočne pekných demo videí online (napríklad).

ZAČAŤ SPOJENIE: Tlačidlo a jeho 10K („103“) odpor sú pravdepodobne najľahšie spustiteľné miesta, pretože je okolo nich veľa miesta. Nájdite si čas a spojte obidve tieto súčasti na miesto.

Pamätajte si, že aj keď vaše spájkovanie nie je úplne úspešné, cesta mimo vašu súčasnú komfortnú zónu je najlepšou praxou. Zostavená súprava bude aj naďalej fungovať ako chladivo vyzerajúci rozmetávač inšpirovaný elektronikou, aj keď diódy LED nebudú úplne funkčné.

Krok 10: Fidget Spinner - spájkovanie mikrokontrolérom

Spájkujte dva mikrokontroléry (všimnite si orientačné označenie). Nasledujte dva kondenzátory 0,1uF, ktoré sú hneď vedľa mikrokontrolérov. Kondenzátory nie sú polarizované a je možné ich orientovať akýmkoľvek spôsobom.

Krok 11: Fidget Spinner - spájkovanie LED

Na doske plošných spojov sú dva rady diód LED a dva pásy komponentov LED. Každý pás má inú farbu (červenú a zelenú), preto držte diódy LED z každého pásu spoločne v rovnakom rade na doske plošných spojov. Nezáleží na tom, ktorý riadok je zelený a ktorý červený, ale rovnako farebné LED diódy musia byť všetky spolu v jednom rade.

Na každej doske plošných spojov pre diódy LED je označenie „-“. Tieto označenia striedajú strany, keď idete po rade podložiek, čo znamená, že orientácia LED v rade sa bude prepínať tam a späť. Zelené značky na jednej strane každej diódy LED by mali byť orientované smerom k „-“značke LED.

Krok 12: Fidget Spinner - dokončite spájkovanie

Spájkujte šesť odporov 200 ohmov („201“). Tieto nie sú polarizované a môžu byť umiestnené v oboch smeroch.

Spájajte tri spony gombíkových batérií ich vložením do spodnej časti dosky plošných spojov a následným spájkovaním do dvoch otvorov v hornej časti dosky.

Vložte tri gombíkové články a stlačením tlačidla otestujte LED diódy. Nebudete môcť vidieť vzory POV, keď je doska plošných spojov nehybná, ale pri prechádzaní režimami zobrazenia si všimnete rozdielne jasy medzi dvoma bankami diód LED. Krátke a dlhé stlačenie majú rôzne efekty.

Krok 13: Fidget Spinner - pripravte si akrylový kryt

Odstráňte ochranný papier z akrylových kúskov.

Rozložte päť kusov akrylu a DPS podľa očíslovania na obrázku. Toto predstavuje poradie konečného stohu.

Všimnite si tri malé kruhy v každom kuse. Otočte všetky kúsky, kým nie sú všetky malé kruhy orientované rovnakým smerom.

Začnite vrstvou 2, ktorá má kruhy vo veľkosti mincových buniek v každom z troch ramien.

Vložte ložisko do stredu vrstvy 2 a zatlačte ho do veľkého otvoru. Bude to vyžadovať veľa sily. Pri tom sa snažte nerozbiť akrylát. To znamená, že okolo montážneho otvoru ložiska sa môže vytvoriť jedna malá prasklina. To je úplne prijateľné.

Krok 14: Fidget Spinner - mechanická montáž

Navrstvite vrstvy - 1 až 5.

Všimnite si, že kúsky 4 a 5 sú v skutočnosti na tej istej vrstve.

Vložte tri zo závitových mosadzných spojok.

Na vrstvu položte vrstvu 6.

Všimnite si, že vrstvy 1 a 6 majú menšie otvory na udržanie mosadzných spojok na mieste.

Pomocou šiestich krátkych skrutiek pripevnite vrstvy 1 a 6 na mosadzné spojky.

Krok 15: Fidget Spinner - stredový rozbočovač

Odstráňte ochranný papier z troch akrylových cyklov - dvoch veľkých a jedného malého.

Prostredníctvom jedného z veľkých akrylových kruhov prevlečte dlhú skrutku; nasaďte malý akrylový kruh na skrutku; a skrútením mosadznej spojky so závitom na skrutku vytvorte stoh, ako je znázornené na obrázku.

Vložte stoh cez stredový náboj.

Stoh zachyťte do náboja pripevnením zostávajúceho veľkého akrylového kruhu na otvorenú stranu pomocou dlhej skrutky.

Najlepšia fin! Laissez les bon fidget rouler.

Krok 16: Digispark a USB Rubber Ducky

Digispark je open source projekt pôvodne financovaný prostredníctvom Kickstarter. Je to super miniatúrna doska kompatibilná s Arduino založenou na ATtiny pomocou Atmel ATtiny85. ATtiny85 je 8 -kolíkový mikrokontrolér, ktorý je blízkym bratrancom typického čipu Arduino, ATMega328P. ATtiny85 má asi štvrtinu pamäte a iba šesť I/O pinov. Dá sa však naprogramovať z Arduino IDE a stále môže bez problémov používať kód Arduino.

USB Rubber Ducky je obľúbený hackerský nástroj. Jedná sa o zariadenie na vstrekovanie klávesov maskované ako generický flash disk. Počítače ju rozpoznávajú ako bežnú klávesnicu a automaticky akceptujú jej vopred naprogramované užitočné zaťaženie pri stlačení klávesov viac ako 1 000 slov za minútu. Kliknutím na odkaz sa dozviete všetko o gumových káčatách od Hak5, kde môžete tiež kúpiť skutočnú ponuku. Tento video návod zatiaľ ukazuje, ako používať Digispark ako Rubber Ducky. Ďalší videonávod ukazuje, ako previesť skripty Rubber Ducky na spustenie na serveri Digispark.

Krok 17: HackLife

Dúfame, že ste si užili tohtoročnú cestu do DIY elektroniky. Oslovte a podeľte sa o svoj úspech v nižšie uvedených komentároch alebo na facebookovej skupine HackerBoxes. Ak máte akékoľvek otázky alebo potrebujete s čímkoľvek pomôcť, určite nám dajte vedieť.

Pripojte sa k večierku. Žite HackLife. Môžete si nechať doručiť chladnú škatuľu hacknuteľných projektov elektroniky a počítačovej techniky každý mesiac priamo do vašej schránky. Stačí surfovať na HackerBoxes.com a prihlásiť sa na odber mesačnej služby HackerBox.