HackerBox 0038: TeknoDactyl: 17 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

HackerBox Hackers està explorant el reconeixement electrònic d’empremtes digitals i les joguines mecàniques amb microcontrolador de muntatge superficial i circuits LED. Aquest manual instructiu conté informació per començar a utilitzar el HackerBox # 0038, que es pot comprar aquí fins que acabin els subministraments. A més, si voleu rebre un HackerBox com aquest a la vostra bústia de correu cada mes, subscriviu-vos a HackerBoxes.com i uniu-vos a la revolució.

Temes i objectius d'aprenentatge per a HackerBox 0038:

• Exploreu el reconeixement electrònic d’empremtes digitals
• Configurar i programar el microcontrolador Arduino Nano
• Mòduls de sensor d’empremta digital d’interfície amb microcontroladors
• Integrar sensors d’empremtes digitals en sistemes incrustats
• Practicar tècniques de soldadura de muntatge superficial
• Munteu un projecte de filador d’acrílic LED
• Configureu i programeu el microcontrolador Digispark
• Experimenta amb càrregues útils per injecció de pulsació de teclat USB

HackerBoxes és el servei de caixa de subscripció mensual per a electrònica de bricolatge i tecnologia informàtica. Som aficionats, creadors i experimentadors. Som els somiadors dels somnis.

HACK EL PLANETA

Pas 1: HackerBox 0038: contingut de la caixa

• Mòdul de sensor d’empremta digital
• Arduino Nano 5V 16MHz microUSB
• Kit de soldadura LED Fidget Spinner
• Cèl·lules de monedes CR1220 per a filador
• Mòdul de microcontrolador USB Digispark
• Pinces ESD
• Trena desoldadora
• Dos canvis de nivell de tensió de quatre vies
• Cable d'extensió USB
• Calcomania exclusiva de forja HackerBox
• Decalcomania exclusiva per a pirates informàtics "Quad Cut Up"
• Pegat exclusiu per planxar a la cadira

Algunes altres coses que us seran útils:

• Soldador, soldador i eines bàsiques de soldadura
• Flux de soldadura (exemple)
• Lupa il·luminada (exemple)
• Ordinador per executar eines de programari
• Dits per fer girar els temples
• Dits per a experiments d’empremtes digitals

El més important és que necessiteu un sentiment d’aventura, esperit de pirata informàtic, paciència i curiositat. Construir i experimentar amb electrònica, tot i que és molt gratificant, pot ser complicat, desafiant i fins i tot frustrant de vegades. L’objectiu és el progrés, no la perfecció. Quan persisteix i gaudeix de l'aventura, d'aquesta afició es pot obtenir una gran satisfacció. Feu cada pas lentament, tingueu en compte els detalls i no tingueu por de demanar ajuda.

Hi ha una gran quantitat d'informació per a membres actuals i potencials a les PMF de HackerBoxes. Gairebé tots els correus electrònics d’assistència no tècnica que rebem ja s’hi responen, així que agraeixo que trigueu uns minuts a llegir les PMF.

Pas 2: reconeixement electrònic d’empremtes digitals

Els escàners d’empremtes dactilars són sistemes de seguretat biomètrics per analitzar les serres de fricció d’una punta humana, també coneguda com a empremta digital (dactilògraf). Aquests escàners s’utilitzen en aplicacions policials, seguretat d’identitat, control d’accés, ordinadors i telèfons mòbils.

Tothom té marques als dits. No es poden eliminar ni canviar. Aquestes marques tenen un patró anomenat empremta digital. Totes les empremtes digitals són especials i diferents de qualsevol altra del món. Com que hi ha innombrables combinacions, les empremtes digitals s’han convertit en un mitjà d’identificació ideal.

Un sistema d’escàner d’empremtes digitals té dos treballs bàsics. En primer lloc, capta una imatge del dit. A continuació, determina si el patró de carenes i valls d'aquesta imatge coincideix amb el patró de carenes i valls de les imatges preescanejades. Només es filtren i es guarden les característiques específiques, exclusives de totes les empremtes digitals, com a clau biomètrica xifrada o representació matemàtica. Mai es desa cap imatge d’una empremta digital, només una sèrie de números (un codi binari) que s’utilitzen per a la verificació. No es pot invertir l'algorisme per convertir la informació codificada en una imatge d'empremta digital. Això fa que sigui extremadament improbable extreure o duplicar empremtes digitals utilitzables de la informació de la imatge codificada.

(Viquipèdia)

Pas 3: plataforma de microcontroladors Arduino Nano

Un Arduino Nano, o una placa de microcontrolador similar, és una opció fantàstica per a la interfície amb mòduls d’escàner d’empremtes digitals. La placa Arduino Nano inclosa ve amb pins de capçalera, però no es solden al mòdul. Deixeu els passadors apagats per ara. Realitzeu aquestes proves inicials del mòdul Arduino Nano abans de soldar els pins de la capçalera Arduino Nano. Tot el que cal per als pròxims dos passos és un cable microUSB i l’Arduino Nano just quan surt de la bossa.

L'Arduino Nano és una placa Arduino miniaturitzada, compatible amb taulers de muntatge, amb superfície integrada i USB. És increïblement complet i fàcil de piratejar.

Característiques:

• Microcontrolador: Atmel ATmega328P
• Voltatge: 5V
• Pins d'E / S digitals: 14 (6 PWM)
• Pins d'entrada analògica: 8
• Corrent continu per pin d'E / S: 40 mA
• Memòria Flash: 32 KB (2 KB per al carregador d'arrencada)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• Velocitat de rellotge: 16 MHz
• Dimensions: 17 mm x 43 mm

Aquesta variant particular de l'Arduino Nano és el disseny negre de Robotdyn. La interfície és mitjançant un port MicroUSB integrat que és compatible amb els mateixos cables MicroUSB que s’utilitzen amb molts telèfons mòbils i tauletes.

Arduino Nanos inclou un xip pont USB / sèrie integrat. En aquesta variant en particular, el xip pont és el CH340G. Tingueu en compte que hi ha diversos altres tipus de xips de pont USB / sèrie que s’utilitzen en els diversos tipus de plaques Arduino. Aquests xips permeten que el port USB de l'ordinador es comuniqui amb la interfície sèrie del xip del processador d'Arduino.

El sistema operatiu d’un ordinador requereix un controlador de dispositiu per comunicar-se amb el xip USB / sèrie. El controlador permet a l'IDE comunicar-se amb la placa Arduino. El controlador de dispositiu específic que es necessita depèn tant de la versió del sistema operatiu com del tipus de xip USB / sèrie. Per als xips USB / sèrie CH340, hi ha controladors disponibles per a molts sistemes operatius (UNIX, Mac OS X o Windows). El fabricant del CH340 subministra aquests controladors aquí.

Quan connecteu l’Arduino Nano per primera vegada a un port USB de l’ordinador, el llum verd d’encesa s’ha d’encendre i poc després el LED blau hauria de començar a parpellejar lentament. Això passa perquè Nano està precarregat amb el programa BLINK, que s’executa al flamant Arduino Nano.

Pas 4: Entorn de desenvolupament integrat (IDE) Arduino

Si encara no teniu instal·lat l’IDE Arduino, el podeu descarregar des d’Arduino.cc

Si voleu informació introductòria addicional per treballar a l’ecosistema Arduino, us recomanem que consulteu la guia del HackerBoxes Starter Workshop.

Connecteu el Nano al cable MicroUSB i l’altre extrem del cable a un port USB de l’ordinador, engegueu el programari Arduino IDE i seleccioneu el port USB adequat a l’IDE a Eines> port (probablement un nom amb "wchusb" al seu interior). També seleccioneu "Arduino Nano" a l'IDE sota eines> tauler.

Finalment, carregueu un fragment de codi d'exemple:

Fitxer-> Exemples-> Conceptes bàsics-> Parpellejar

Aquest és en realitat el codi que s’ha precarregat al Nano i que hauria d’executar-se ara mateix per parpellejar lentament el LED blau. En conseqüència, si carreguem aquest codi d'exemple, no canviarà res. En canvi, modificem una mica el codi.

Si ho mireu de prop, podeu veure que el programa encén el LED, espera 1000 mil·lisegons (un segon), apaga el LED, espera un segon i, tot seguit, ho fa tot de nou, per sempre.

Modifiqueu el codi canviant les instruccions "delay (1000)" per "delay (100)". Aquesta modificació farà que el LED parpellegi deu vegades més ràpid, oi?

Carregem el codi modificat a Nano fent clic al botó CARREGAR (la icona de fletxa) just a sobre del codi modificat. Mireu a sota del codi la informació d’estat: "compilació" i després "càrrega". Finalment, l'IDE hauria d'indicar "Càrrega completa" i el LED hauria de parpellejar més ràpidament.

Si és així, felicitats! Acabeu de piratejar el vostre primer fragment de codi incrustat.

Un cop carregada i executada la versió de parpelleig ràpid, per què no veieu si podeu tornar a canviar el codi per fer que el LED parpellegi ràpidament dues vegades i espereu un parell de segons abans de repetir-lo? Prova-ho! Què tal uns altres patrons? Un cop hàgiu aconseguit visualitzar el resultat desitjat, codificar-lo i observar-lo com funciona, heu fet un pas enorme cap a convertir-vos en un pirata informàtic competent.

Pas 5: soldar els passadors de capçalera Arduino Nano

Ara que el vostre equip de desenvolupament s'ha configurat per carregar el codi a l'Arduino Nano i que s'ha provat el Nano, desconnecteu el cable USB del Nano i prepareu-vos per soldar els pins de la capçalera. Si és la primera vegada que es troba al club de lluita, s’ha de soldar.

Hi ha moltes guies i vídeos fantàstics en línia sobre la soldadura (per exemple). Si creieu que necessiteu ajuda addicional, proveu de trobar un grup de fabricants locals o espai de pirates informàtics a la vostra zona. A més, els clubs de ràdio amateur sempre són excel·lents fonts d’experiència en electrònica.

Soldeu les dues capçaleres d’una sola fila (quinze pins cadascuna) al mòdul Arduino Nano. El connector ICSP de sis pins (programació sèrie en circuit) no s’utilitzarà en aquest projecte, de manera que només deixeu aquests pins apagats. Un cop finalitzada la soldadura, comproveu acuradament si hi ha ponts de soldadura i / o juntes de soldadura en fred. Finalment, torneu a connectar l’Arduino Nano al cable USB i verifiqueu que tot funcioni correctament.

Pas 6: mòdul del sensor d'empremta digital

El mòdul del sensor d’empremtes dactilars té una interfície en sèrie que el fa molt fàcil d’afegir als vostres projectes. El mòdul té memòria FLASH integrada per emmagatzemar les empremtes digitals que estigui entrenat per reconèixer, un procés conegut com a inscripció. Simplement connecteu quatre cables al microcontrolador tal com es mostra aquí. Tingueu en compte que VCC és de 3,3 V (no de 5 V).

Adafruit va publicar una biblioteca Arduino molt agradable per a sensors d’empremtes digitals. La biblioteca inclou alguns esbossos útils. Per exemple, "enroll.ino" mostra com inscriure (entrenar) les empremtes digitals al mòdul. Després de l'entrenament, "fingerprint.ino" mostra com escanejar una empremta digital i cercar-la amb les dades entrenades. La documentació d’Adafruit per a la biblioteca es troba aquí. Hi podeu obtenir lectors d’empremtes digitals addicionals o consultar alguns mòduls de plomes.

INTEGRACIÓ

Els sensors d’empremtes digitals es poden afegir a diversos projectes, inclosos sistemes de seguretat, panys de portes, sistemes d’assistència horària, etc. Per exemple, fa una actualització impressionant de projectes des de Locksport HackerBox.

Aquest vídeo mostra un exemple de sistema que funciona amb un sensor d’empremtes digitals.

Pas 7: kit LED Fidget Spinner

El kit LED giratori utilitza dos controladors PIC Microchip i 24 LED per mostrar diversos patrons de colors. Els patrons són visibles mitjançant una tècnica de persistència de la visió (POV). Els patrons es poden canviar prement el botó.

Abans de començar, reviseu totes les peces esmentades anteriorment. Probablement hi hagi resistències, condensadors, LEDs, cargols i peces acríliques addicionals al kit, així que no deixeu que això us confongui. Fins i tot si el vostre equip inclou un full d’instruccions, les instruccions aquí haurien de ser molt més fàcils de seguir.

Pas 8: Kit LED Fidget Spinner: esquema i PCB

La nostra primera pregunta en mirar aquest esquema hauria de ser: Com conduïu exactament 24 LED amb només deu línies d'E / S? Màgia? Sí, la màgia de Charlieplexing.

NOTA D'ORIENTACIÓ DE COMPONENTS. Reviseu de prop el diagrama de les marques de polaritat del PCB. Els dos microcontroladors s'han de girar cap a l'orientació correcta. A més, els LED estan polaritzats i han d’estar orientats correctament. En contracte, les resistències i condensadors es poden soldar en qualsevol direcció. El botó només s’adapta en un sentit.

Pas 9: Fidget Spinner: començar amb la soldadura SMT

El PCB Fidget spinner kit és una tecnologia de muntatge superficial (SMT), que sol ser força difícil de soldar. No obstant això, la disposició del PCB i la selecció de components fan que aquest kit SMT sigui relativament fàcil de soldar. Si mai no heu treballat amb la soldadura SMT, hi ha alguns vídeos de demostració molt agradables en línia (per exemple).

COMENÇA A SOLDAR: el botó i la seva resistència de 10 K ("103") són probablement el lloc més fàcil de començar, ja que hi ha molt espai al seu voltant. Preneu-vos el temps i consulteu aquests dos components al seu lloc.

Recordeu que encara que la vostra soldadura no tingui èxit, el recorregut fora de la vostra zona de confort actual és la millor pràctica. A més, el kit muntat continuarà funcionant com una filadora d’aspecte electrònic d’aspecte fresc, encara que els LED no siguin perfectament funcionals.

Pas 10: Fidget Spinner: soldadura de microcontroladors

Soldeu els dos microcontroladors (observeu el marcatge d’orientació). Seguiu amb els dos condensadors 0.1uF que hi ha al costat dels microcontroladors. Els condensadors no estan polaritzats i es poden orientar de qualsevol manera.

Pas 11: Fidget Spinner: soldadura per LED

Hi ha dues files de LEDs al PCB i dues tires de components LED. Cada tira té un color diferent (vermell i verd), així que mantingueu els LED de cada tira junts a la mateixa fila del PCB. No importa quina fila sigui verda i quina vermella, però els LED del mateix color sí que han d’estar tots junts a la mateixa fila.

Hi ha un marcatge "-" a cada coixinet de PCB per als LEDs. Aquestes marques alternen els costats a mesura que avanceu per la fila de coixinets, cosa que significa que l'orientació dels LED de la fila canviarà d'anada i tornada. Les marques verdes d'un costat de cada LED haurien d'estar orientades cap a la "-" configuració d'aquest teclat LED.

Pas 12: Fidget Spinner: finalitza la soldadura

Soldeu els sis resistors de 200 Ohm ("201"). Aquests no estan polaritzats i es poden situar en qualsevol direcció.

Soldeu els tres clips de la bateria amb cèl·lules de moneda inserint-los a la part inferior del PCB i després soldeu-los als dos forats de la part superior del tauler.

Introduïu tres cel·les de monedes i premeu el botó per provar els LED. No podreu veure els patrons de POV mentre el PCB estigui parat, però notareu diferents lluminositats entre els dos bancs de LED a mesura que aneu recorrent els modes de visualització. Tingueu en compte que les premses curtes i llargues tenen efectes diferents.

Pas 13: Fidget Spinner: prepareu una carcassa acrílica

Traieu el paper protector de les peces acríliques.

Col·loqueu les cinc peces d’acrílic i el PCB tal com estan numerades a la imatge. Això representa l'ordenació de la pila final.

Fixeu-vos en els tres cercles petits de cada peça. Doneu la volta a qualsevol tros fins que els cercles petits estiguin orientats en la mateixa direcció.

Comenceu per la capa 2, que és la que té cercles de mida de cèl·lula de moneda a cadascun dels tres braços.

Col·loqueu el coixinet al centre de la capa 2 i forceu-lo al forat gran. Això requerirà molta força. Intenteu no trencar l’acrílic mentre feu això. Dit això, es pot formar una petita esquerda al voltant del forat de muntatge del coixinet. Això és perfectament acceptable.

Pas 14: Fidget Spinner: muntatge mecànic

Apileu les capes de l’1 al 5.

Fixeu-vos que les peces 4 i 5 són realment a la mateixa capa.

Introduïu tres dels acoblaments de llautó roscats.

Col·loqueu la capa 6 a la pila.

Fixeu-vos que les capes 1 i 6 tenen forats més petits per mantenir els acoblaments de llautó al seu lloc.

Utilitzeu els sis cargols curts per fixar les capes 1 i 6 als acoblaments de llautó.

Pas 15: Fidget Spinner - Centre Hub

Traieu el paper protector de tres dels cicles acrílics: dos de grans i un de petit.

Col·loqueu un cargol llarg a través d'un dels grans cercles acrílics; apileu el petit cercle acrílic al cargol; i gireu un acoblament de llautó roscat al cargol per formar una pila com es mostra a la imatge.

Introduïu la pila pel hub central.

Captureu la pila al concentrador fixant el cercle acrílic gran restant al costat obert mitjançant un cargol llarg.

C'est fin! Laissez les bon fidget rouler.

Pas 16: Digispark i USB Rubber Ducky

Digispark és un projecte de codi obert finançat originalment a través de Kickstarter. És una placa compatible Arduino superminiatura basada en ATtiny que utilitza l’Atmel ATtiny85. L'ATtiny85 és un microcontrolador de 8 pins que és un cosí proper del típic xip Arduino, l'ATMega328P. L'ATtiny85 té aproximadament una quarta part de la memòria i només sis pins d'E / S. Tot i això, es pot programar des de l’IDE Arduino i encara pot executar codi Arduino sense cap problema.

El USB Rubber Ducky és una eina de pirates informàtics preferida. És un dispositiu d'injecció de cops de tecla disfressat com una unitat flaix genèrica. Els ordinadors el reconeixen com un teclat normal i accepten automàticament les seves càrregues de pulsació de tecla preprogramades a més de 1000 paraules per minut. Seguiu l’enllaç per obtenir més informació sobre Duckies de goma de Hak5, on també podeu comprar l’oferta real. Mentrestant, aquest vídeo tutorial mostra com utilitzar un Digispark com un Rubber Ducky. Un altre vídeo tutorial mostra com convertir els scripts de Rubber Ducky per executar-los al Digispark.

Pas 17: HackLife

Esperem que us hagi agradat el viatge d’aquest mes cap a l’electrònica de bricolatge. Arribeu i compartiu el vostre èxit als comentaris següents o al grup de Facebook HackerBoxes. Indiqueu-nos si teniu cap pregunta o necessiteu ajuda per res.

Uneix-te a la festa. Viu el HackLife. Podeu obtenir una bona caixa de projectes electrònics i informàtics piratejables que es lliuren directament a la vostra bústia de correu cada mes. Només cal que navegueu a HackerBoxes.com i subscriviu-vos al servei mensual de HackerBox.