HackerBox 0034: SubGHz: 15 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:56

Tento mesiac hackeri HackerBox skúmajú softvérovo definované rádio (SDR) a rádiovú komunikáciu na frekvenciách nižších ako 1 GHz. Tento návod obsahuje informácie o tom, ako začať s HackerBoxom #0034, 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 0034:

• Konfigurácia a používanie rádiových prijímačov SDR
• Operácie mobilného SDR
• Zostavenie transceivera CCStick Sub-GHz
• Programovanie CCStick pomocou Arduino ProMicros
• Zostavenie zvukových vysielačov a prijímačov FM

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 0034: obsah balenia

• Rádiový (SDR) prijímač definovaný softvérovo pre USB
• Anténa MCX pre prijímač SDR
• Dve dosky s plošnými spojmi CCStick
• Dva transceivery CC1101 s anténami
• Dva Arduino ProMicros 3,3 V 8 MHz
• Súprava zvukového vysielača FM
• Súprava zvukového prijímača FM
• MicroUSB kábel
• Exkluzívny rádiový oscilátor „Hertz“Pin

Pomôžu aj ďalšie veci:

• Spájkovačka, spájkovačka a základné spájkovacie nástroje
• Počítač na spustenie softvérových nástrojov

A čo je najdôležitejšie, budete potrebovať zmysel pre dobrodružstvo, kutilského ducha a hackerskú zvedavosť. Hardcore DIY elektronika nie je triviálna činnosť a HackerBoxes nie sú oslabené. Cieľom je pokrok, nie dokonalosť. Keď vytrváte a užívate si dobrodružstvo, veľká spokojnosť sa dá odvodiť z učenia sa novej technológie a dúfajme, že sa podarí realizovať niektoré projekty. Odporúčame urobiť každý krok pomaly, dbať na detaily a nebojte sa požiadať o pomoc.

Existuje množstvo informácií o súčasných a potenciálnych členoch v sekcii Časté otázky o HackerBoxes.

Krok 2: Vitajte v rádiu Sub-GHz

Cue hudba: Rádio KAOS

Technológia sub-GHz je ideálnou voľbou pre bezdrôtové aplikácie vyžadujúce veľký dosah a nízku spotrebu energie. Úzkopásmové prenosy môžu prenášať údaje do vzdialených uzlov, často vzdialených niekoľko míľ, bez preskakovania z uzla na uzol. Táto prenosová schopnosť s dlhým dosahom znižuje potrebu viacerých drahých základňových staníc alebo zosilňovačov. Proprietárne protokoly sub-GHz umožňujú vývojárom optimalizovať svoje bezdrôtové riešenie podľa ich špecifických potrieb namiesto toho, aby vyhovovali štandardu, ktorý by mohol dodatočne obmedziť implementáciu siete. Zatiaľ čo mnohé existujúce siete pod GHz používajú proprietárne protokoly, priemysel pomaly pridáva interoperabilné systémy založené na štandardoch. Napríklad štandard IEEE 802.15.4g si získava celosvetovú popularitu a je prijatý rôznymi priemyselnými alianciami, ako sú Wi-SUN a ZigBee.

Medzi zaujímavé frekvencie, ktoré je potrebné preskúmať, patrí: FM vysielanie 88-108 MHz NOAA Weather RadioAir Traffic Control 315 MHz Bezkľúčový vstupný diaľkový ovládač (väčšina amerických automobilov) 2m Ham Calling (SSB: 144,200 MHz, FM: 146,52 MHz) 433 MHz ISM/IoT902-928 MHZ ISM/ IoT

Na rôzne typy rádiových komunikácií na týchto frekvenciách sa používajú rôzne modulačné schémy. Nájdite si pár minút a zoznámte sa so základmi.

Krok 3: Software Defined Radio (SDR) Reciver

Tradičné rádiové komponenty (ako sú modulátory, demodulátory a tunery) sú implementované pomocou súboru hardvérových zariadení. Nástup moderných počítačových a analógovo-digitálnych prevodníkov (ADC) umožňuje, že väčšina týchto tradične hardvérových komponentov je namiesto toho implementovaná v softvéri. Preto je termín softvérovo definovaný rozhlas (SDR). Počítačová SDR umožňuje implementáciu lacných širokopásmových rozhlasových prijímačov.

RTL-SDR je USB kľúč, ktorý je možné použiť ako počítačový rádiový prijímač na príjem živých rádiových signálov. Online je k dispozícii široká škála informácií o experimentovaní s technológiou RTL-SDR vrátane stručného sprievodcu.

Krok 4: Hardvér hardvérového kľúča USB RTL-SDR

RTL2832U je vysokovýkonný DVB-T COFDM demodulátor, ktorý podporuje rozhranie USB 2.0. RTL2832U podporuje režim 2K alebo 8K so šírkou pásma 6, 7 a 8 MHz. Modulačné parametre, napr. Kódová rýchlosť a ochranný interval, sú detegované automaticky. RTL2832U podporuje tunery s výstupom IF (stredná frekvencia, 36,125 MHz), nízkym IF (4,57 MHz) alebo nulovým IF s použitím kryštálu 28,8 MHz a obsahuje podporu rádia FM/DAB/DAB+. Vstavaný s pokročilým ADC (analógovo-digitálnym prevodníkom), RTL2832U ponúka vysokú stabilitu v prenosnom príjme. Digitálny tuner R820T2 podporuje prevádzku v rozsahu 24 - 1766 MHz.

Upozorňujeme, že hardvérový kľúč SDR je vybavený koaxiálnym RF vstupom MCX, ktorý je možné kombinovať s pribalenou anténou MCX. Pretože mnoho bežných zdrojov signálu a antén používa koaxiálne konektory SMA, môže byť užitočná spojka MCX-SMA.

Krok 5: Softvér SDR - Rádio GNU

GNU Radio je bezplatná a otvorená súprava nástrojov na vývoj softvéru, ktorá poskytuje bloky na spracovanie signálu na implementáciu softvérových rádií. Môže byť použitý s ľahko dostupným externým RF hardvérom na vytváranie softvérovo definovaných rádií. Rádio GNU je široko používané v amatérskych, akademických a komerčných prostrediach na podporu výskumu bezdrôtovej komunikácie a rádiových systémov v reálnom svete.

GNU Radio má veľa príchutí a implementácií. GQRX je pekná varianta pre používateľov OSX a Linux.

Krok 6: Mobilný SDR

SDR Touch môže zmeniť váš mobilný telefón alebo tablet na cenovo dostupný a prenosný softvérovo definovaný rádiový skener. Počúvajte živé vysielanie rádiových staníc FM, správ o počasí, polície, hasičských a záchranných staníc, taxislužby, komunikácie s lietadlami, zvuku analógových televíznych vysielaní, rádioamatérov HAM, digitálneho vysielania a mnohých ďalších.

Na pripojenie hardvérového kľúča SDR USB k mobilnému zariadeniu je potrebný USB kábel alebo adaptér OTG. Na napájanie hardvérového kľúča môže byť potrebný kábel OTG s prídavným (pomocným) portom napájania. Dodatočný napájací port môže byť dobrý nápad bez ohľadu na to, pretože aplikácia ako SDR Touch je náchylná na rýchle vybíjanie batérií mobilných zariadení.

Krok 7: Súprava mikrofónového vysielača

Táto spájkovacia súprava je jednoduchý zvukový vysielač s tromi tranzistormi a moduláciou frekvencie (FM). Pracuje vo frekvenčnom rozsahu 80 MHz-108 MHz vyhradenom pre rozhlasové vysielanie FM. Pracovné napätie vysielača je 1,5 V-9 V a bude prenášať viac ako 100 metrov v závislosti od dodávaného výkonu, konfigurácie antény, ladenia a okolitých elektromagnetických faktorov.

Obsah súpravy:

• DPS
• ONE 500KOhm vyžínač
• DVA tranzistory NPN 9018
• Tranzistor ONE NPN 9014
• ONE 4,5 -otáčkový induktor (4T5)
• Dva 5,5 -otáčkové induktory (5T5)
• JEDEN elektretový mikrofón
• ONE 1M odpor (BrownBlackGreen)
• DVA 22K odpory (RedRedOrange)
• ŠTYRI 33 ohmové odpory (OrangeOrangeBlack)
• TRI 2,2K (2K2) odpory (RedRedRed)
• ONE 33uF elektrolytický uzáver
• ŠTYRI 30pF keramické kondenzátory „30“
• ŠTYRI 100nF keramické kondenzátory „104“
• ONE 10nF keramický kondenzátor „103“
• DVA 680pF keramický kondenzátor „681“
• DVA 10pF keramický kondenzátor „10“
• Anténny drôt
• Klip na 9V batériu
• Kolíky záhlavia (rozdelenie na 2 a 3 piny)

Všimnite si toho, že tri tranzistory, mikrofón a jeden elektrolytický kondenzátor musia byť orientované tak, ako je to znázornené na silkscreen PCB. Induktory a keramické kondenzátory nie sú polarizované. Aj keď hodnoty a typy nie sú zameniteľné, každú z nich je možné vložiť v ľubovoľnej orientácii.

Ak s spájkovaním začínate: O spájkovaní je veľa skvelých sprievodcov a videí online. Tu je jeden príklad. 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.

Krok 8: Návrh súpravy mikrofónového vysielača

Vstupný zvukový signál môže byť zozbieraný palubným elektretovým mikrofónom alebo poskytnutý z iného elektrického zdroja do kolíkov vstupného konektora. Kábly mikrofónu je možné predĺžiť pomocou drôtu alebo orezaných káblov z iných komponentov, aby bolo možné pripojenie k doske plošných spojov. Kábel mikrofónu pripojený k vonkajšiemu krytu mikrofónu je záporný, ako je znázornené na obrázku.

Na tranzistore Q1 je frekvenčná modulácia dosiahnutá, keď je frekvencia nosného oscilátora upravená zvukovým signálom. Potenciometer trimra je možné použiť na úpravu vstupného útlmu zvukového signálu. Zvukový signál je prepojený so základňou tranzistora Q1 cez C2.

Tranzistor Q2 (spolu s R7, R8, C4, C5, L1, C8 a C7) poskytuje vysokofrekvenčný oscilátor. C8 je kondenzátor spätnej väzby. C7 je kondenzátor blokujúci DC. C5 a L1 poskytujú rezonančnú nádrž pre oscilátor. Zmena hodnôt C5 a/alebo L1 zmení vysielaciu frekvenciu. Po počiatočnom zostavení bude predvolená vysielacia frekvencia asi 83 MHz. Jemným roztiahnutím závitov cievky L1 o malý kúsok zmení hodnotu induktora L1 a podľa toho posunie vysielaciu frekvenciu. Udržanie frekvencie okolo 88 MHz-108 MHz umožní príjem signálu pomocou akéhokoľvek FM rádia vrátane prijímača SDR.

Tranzistor Q3 (spolu s R9, R10, L2, C10 a C1) tvorí obvod vysokofrekvenčného výkonového zosilňovača. Modulovaný signál je prepojený so zosilňovacím obvodom cez kondenzátor C6. C10 a L2 tvoria zosilňovací ladiaci tank. Maximálny výstupný výkon je dosiahnutý, keď je zosilňovacia slučka C10 a L2 naladená na rovnakú frekvenciu ako slučka nosného oscilátora C5 a L1.

Nakoniec C12 a L3 zaisťujú anténu, kde je zosilnený signál vedený do drôtovej antény na prenos ako rádiofrekvenčné elektromagnetické vlny.

Krok 9: Súprava prijímača frekvenčnej modulácie (FM)

Táto súprava prijímača FM je založená na čipe HEX3653, ktorý je vysoko integrovaným demodulátorom FM.

Súprava obsahuje:

• DPS
• U1 HEX3653 Čip SMD 16pin
• Q1 SS8050 NPN tranzistor
• L1 Induktor 100uH
• Kryštál 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
• Diódy D1, D2 1N4148
• Žltá LED
• Zvukový telefónny konektor 3,5 mm
• Štvorpólový záhlavie s prepojkou
• Päť momentálnych tlačidiel
• Duálny držiak batérie AA

Prijímací čip HEX3653 pracuje vo frekvenčnom rozsahu 76 MHz-108 MHz, ktorý je pridelený rozhlasovému vysielaniu FM.

Sada obsahuje päť tlačidiel:

• Ladenie frekvencie (SEEK +, SEEK-)
• Ovládanie hlasitosti (VOL +, VOL-)
• Výkon (PW)

Obvod má pracovné napätie 1,8-3,6V, ktoré je ľahko napájané dvoma 1,5V článkami.

Krok 10: Návrh súpravy prijímača FM HEX3653

Existujú dve možnosti vstupu antény.

Na podložku "A" na doske plošných spojov je možné pripevniť drôt alebo tienenie drôtu slúchadiel môže slúžiť ako anténa.

Štvorpinový konektor slúži ako prepínač antény (označený ako ASW). Umiestnenie skratovacej prepojky na ASW volí medzi dvoma anténnymi vstupmi. Skratovacie piny 1 a 2 smerujú signál externej antény „A“na pin štyri čipu HEX3653. Alternatívne skratovanie pinov 2 a 3 nasmeruje štítový kolík konektora pre slúchadlá na pin štyri čipu HEX3653.

Štvrtý pin čipu HEX3653 je rádiofrekvenčný (RF) vstup do čipu prijímača. Zvolený RF signál najskôr prechádza cez L1 a C4, ktoré pôsobia ako filter. Potom sa na obmedzenie nadmerného vstupného napätia použijú dve orezové diódy.

Päťpólový konektor (označený B) umožňuje integráciu modulu prijímača do iného systému. K dispozícii sú dva piny pre vstup napájania (+V, uzemnenie) a tri pre zvukový výstup (pravý, ľavý, uzemňovací).

Krok 11: Zostavenie súpravy prijímača FM HEX3653

Tri keramické kondenzátory a kryštál nie sú polarizované a môžu byť vložené v akejkoľvek orientácii. Nie sú zameniteľné, ale každá môže byť otočená vo svojej orientácii. Všetky ostatné súčiastky musia byť namontované podľa orientácie uvedenej na sieťotlači DPS. Ako obvykle, je najlepšie začať s čipom SMD a potom prejsť na najmenšie/najkratšie komponenty pracujúce od stredu dosky plošných spojov k okrajom. Ako posledné pripojte hlavičky, zvukový konektor a držiak batérie.

Krok 12: CCStick

CCStick je modul rádiového vysielača-prijímača CC1101 Texas Instruments CC1101 spojený s Arduino ProMicro. HackerBox #0034 obsahuje dve súpravy CCStick na použitie ako dva koncové body komunikačného spojenia alebo v inej komunikačnej konfigurácii.

Texas Instruments CC1101 (list s technickými údajmi) je nízkonákladový transceiver s frekvenciou nižšou ako GHz určený pre bezdrôtové aplikácie s veľmi nízkym výkonom. Obvod je určený hlavne pre frekvenčné pásma priemyselného, vedeckého a lekárskeho (ISM) a zariadenia krátkeho dosahu (SRD) na frekvenciách 315, 433, 868 a 915 MHz, ale dá sa ľahko naprogramovať na prevádzku na iných frekvenciách v pásme 300- Pásma 348 MHz, 387-464 MHz a 779-928 MHz. RF transceiver je integrovaný s vysoko konfigurovateľným modemom v základnom pásme. Modem podporuje rôzne modulačné formáty a má konfigurovateľnú dátovú rýchlosť až 600 kbps.

Krok 13: Arduino ProMicro 3,3 V 8 MHz

Arduino ProMicro je založený na mikrokontroléri ATmega32U4, ktorý má vstavané rozhranie USB. To znamená, že neexistuje žiadny čip FTDI, PL2303, CH340 ani žiadny iný čip, ktorý by fungoval ako prostredník medzi vašim počítačom a mikrokontrolérom Arduino.

Odporúčame najskôr otestovať Pro Micro bez spájkovania kolíkov na miesto. Základnú konfiguráciu a testovanie môžete vykonať bez použitia kolíkov hlavičky. Oneskorenie spájkovania na module tiež poskytne o jednu menšiu premennú na ladenie, ak by ste narazili na akékoľvek komplikácie.

Ak vo svojom počítači nemáte nainštalované IDE Arduino, začnite stiahnutím formulára IDE arduino.cc. VAROVANIE: Pred programovaním Pro Micro vyberte verziu 3.3V pod nástrojmi> procesor. Ak nastavíte túto sadu na 5 V, bude to fungovať raz a potom sa bude zdať, že sa zariadenie nikdy nepripojí k počítaču, kým sa nebudete riadiť pokynmi „Reset to Bootloader“v nižšie uvedenej príručke, čo môže byť trochu zložité.

Sparkfun má skvelého sprievodcu pripojením Pro Micro. Sprievodca pripojením obsahuje podrobný prehľad dosky Pro Micro a potom časť „Inštalácia: Windows“a časť „Inštalácia: Mac a Linux“. Postupujte podľa pokynov v príslušnej verzii týchto inštalačných pokynov, aby bolo vaše Arduino IDE nakonfigurované tak, aby podporovalo Pro Micro. S doskou Arduino zvyčajne začíname pracovať načítaním a/alebo úpravou štandardného náčrtu Blink. Pro Micro však neobsahuje obvyklú LED na kolíku 13. Našťastie môžeme ovládať diódy LED RX/TX a Sparkfun poskytol úhľadný malý náčrt, ktorý ukazuje, ako na to. Je to v časti Sprievodcu pripojením s názvom „Príklad 1: Žmurkanie!“Overte si, či môžete tento Blinkies zostaviť a stiahnuť! príklad, než sa pohnete ďalej.

Krok 14: Návrh a prevádzka CCStick

Modul CC1101 a Arduino ProMicro sú vložené na silkscreen stranu dosky CCStick PCB. Inými slovami, dva menšie moduly sú na strane červenej dosky plošných spojov, na ktorej je biela farba, a kolíky vyčnievajú zo strany, na ktorej nie je biela farba. Biela farba sa nazýva sieťotlač PCB.

Stopy v červenej doske spájajú 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)

Rýchly štart pre CC1101 je použitie knižnice od Elechouse. Stiahnite si knižnicu kliknutím na odkaz „získať kód“na tejto stránke.

Vytvorte priečinok pre CC1101 v priečinku Arduino Libraries. Do tohto priečinka vložte dva súbory ELECHOUSE_CC1101 (.cpp a.h). V tomto priečinku tiež vytvorte priečinok s ukážkami a umiestnite tam tri priečinky s ukážkami/ukážkami.

Aktualizujte definície pinov v súbore 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

Potom umiestnite vzorový súbor CC1101_RX na jeden CCStick a ukážkový súbor CC1101_TX na druhý CCStick.

Existuje niekoľko ďalších zaujímavých zdrojov a projektov pre transceiver CC1101 vrátane nasledujúceho príkladu:

Knižnica Arduino TomXue Arduino CC1101SmartRF StudioElektrodragon CC1101 ProjectCUL ProjectCCManager ProjectDIY nanoCULĎalšie nastavenie mikrokontroléra CC1101

UPOZORNENIE O POUŽÍVANÍ PRERUŠENÍ:

Na ukážku náčrtu Elechouse CC1101_RXinterruprt pripojte dva piny Arduino ProMicro na spodnej strane PCB CCStick. Jedná sa o kolíky 7 a 19 (A1), ktoré spájajú signál transceiveru GDO0 s pinom 7 mikrokontroléra, ktorý je jedným z externých prerušovacích kolíkov. Ďalej aktualizujte jeden z vyššie definovaných riadkov pinov na „#define GDO0 7 // a 19“, pretože GDO0 je teraz prepojené z pinu 19 na pin 7. Potom v súbore CC1101_RXinterruprt nájdite funkciu volajúceho linky attachInterrupt () a zmeňte prvý parameter (číslo prerušenia) z „0“na „4“. To sa deje preto, že pin 7 ProMicro je spojený s prerušením č. 4.

Krok 15: Hacknite planétu

Ak sa vám tento návod páčil a chceli by ste, aby sa vám do schránky každý mesiac spustila skvelá škatuľka hacknuteľných projektov elektroniky a počítačovej techniky, pripojte sa k revolúcii tak, že prejdete na stránku HackerBoxes.com a prihlásite sa na odber nášho mesačného boxu s prekvapením.

Oslovte a podeľte sa o svoj úspech v komentároch nižšie alebo na facebookovej stránke HackerBoxes. Ak máte akékoľvek otázky alebo potrebujete s čímkoľvek pomôcť, určite nám dajte vedieť. Ďakujeme, že ste súčasťou HackerBoxes!