HackerBox 0034: SubGHz: 15 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

Aquest mes, els hackers de HackerBox estan explorant la ràdio definida per programari (SDR) i les comunicacions de ràdio a freqüències inferiors a 1 GHz. Aquest manual instructiu conté informació per començar a utilitzar el HackerBox # 0034, 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 0034:

• Configuració i ús de receptors de ràdio SDR
• Operacions de SDR mòbils
• Muntatge del transceptor CCStick Sub-GHz
• Programació del CCStick mitjançant Arduino ProMicros
• Muntatge de transmissors i receptors d'àudio FM

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 0034: contingut de la caixa

• Receptor de ràdio definit per programari USB (SDR)
• Antena MCX per a receptor SDR
• Dues plaques de circuit imprès CCStick
• Dos transceptors CC1101 amb antenes
• Dos Arduino ProMicros 3,3 V 8 MHz
• Kit transmissor d'àudio FM
• Kit receptor d’àudio FM
• Cable MicroUSB
• Pin exclusiu de l'oscil·lador de ràdio exclusiu "Hertz"

Algunes altres coses que us seran útils:

• Soldador, soldador i eines bàsiques de soldadura
• Ordinador per executar eines de programari

El més important és que necessiteu un sentiment d’aventura, esperit de bricolatge i curiositat per part dels pirates informàtics. L’electrònica de bricolatge dur no és una recerca trivial i els HackerBoxes no es dilueixen. L’objectiu és el progrés, no la perfecció. Quan persisteix i gaudeix de l’aventura, es pot obtenir una gran satisfacció a partir de l’aprenentatge de noves tecnologies i amb l’esperança que alguns projectes funcionin. Us suggerim fer cada pas lentament, tenint 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.

Pas 2: Benvingut a la ràdio sub-GHz

Cue music: Radio KAOS

La tecnologia Sub-GHz és una opció ideal per a aplicacions sense fils que requereixen un llarg abast i un baix consum d'energia. Les transmissions de banda estreta poden transmetre dades a concentradors distants, sovint a diversos quilòmetres de distància, sense saltar de node a node. Aquesta capacitat de transmissió a llarg abast redueix la necessitat de múltiples estacions base o repetidors costosos. Els protocols propietaris sub-GHz permeten als desenvolupadors optimitzar la seva solució sense fils a les seves necessitats específiques en lloc de conformar-se a un estàndard que pot imposar restriccions addicionals a la implementació de la xarxa. Tot i que moltes xarxes sub-GHz existents utilitzen protocols propietaris, la indústria va afegint poc a poc sistemes interoperables basats en estàndards. Per exemple, l'estàndard IEEE 802.15.4g està guanyant popularitat a tot el món i està sent adoptat per diverses aliances de la indústria, com ara Wi-SUN i ZigBee.

Algunes freqüències interessants a explorar inclouen: 88-108 MHz FM Broadcast NOAA Weather RadioAir Control de trànsit 315 MHz Keyless Entry Fob (la majoria dels cotxes americans) 2 m de trucada pernil (SSB: 144.200 MHz, FM: 146,52 MHz) 433 MHz ISM / IoT902-928 MHZ ISM / IoT

S'utilitzen diversos esquemes de modulació per a diferents tipus de comunicacions per ràdio en aquestes freqüències. Preneu-vos uns minuts per familiaritzar-vos amb els conceptes bàsics.

Pas 3: Receptor de ràdio definit per programari (SDR)

Els components de ràdio tradicionals (com ara moduladors, demoduladors i sintonitzadors) s’implementen mitjançant una col·lecció de dispositius de maquinari. L’aparició de la informàtica moderna i els convertidors analògics-digitals (ADC) permeten implementar la majoria d’aquests components tradicionalment basats en maquinari en programari. Per tant, el terme ràdio definida per programari (SDR). L'SDR basat en ordinador permet implementar receptors de ràdio de banda ampla i econòmics.

El RTL-SDR és un dongle USB que es pot utilitzar com a receptor de ràdio basat en ordinador per rebre senyals de ràdio en directe. Hi ha una àmplia gamma d'informació disponible en línia per experimentar amb la tecnologia RTL-SDR, inclosa una guia d'inici ràpid.

Pas 4: maquinari de dongle USB RTL-SDR

El RTL2832U és un demodulador DVB-T COFDM d’alt rendiment que admet una interfície USB 2.0. El RTL2832U admet el mode 2K o 8K amb amplada de banda de 6, 7 i 8 MHz. Els paràmetres de modulació, per exemple, la velocitat de codi i l'interval de protecció, es detecten automàticament. El RTL2832U admet sintonitzadors en IF (Freqüència Intermèdia, 36,125 MHz), baixa IF (4,57 MHz) o sortida zero-IF mitjançant un cristall de 28,8 MHz, i inclou suport de ràdio FM / DAB / DAB +. Integrat amb un avançat ADC (convertidor analògic a digital), el RTL2832U ofereix una alta estabilitat en la recepció portàtil. El sintonitzador digital R820T2 admet l'operació entre 24 i 1766 MHz.

Tingueu en compte que el dongle SDR inclou una entrada de RF coaxial MCX per combinar-la amb l’antena de fuet MCX inclosa. Com que moltes fonts de senyal i antenes habituals utilitzen connectors coaxials SMA, pot ser útil un acoblador MCX-SMA.

Pas 5: Programari SDR: ràdio GNU

GNU Radio és un conjunt d'eines de desenvolupament de programari lliure i de codi obert que proporciona blocs de processament de senyal per implementar ràdios de programari. Es pot utilitzar amb maquinari de RF extern fàcilment disponible per crear ràdios definides pel programari. La ràdio GNU s’utilitza àmpliament en entorns aficionats, acadèmics i comercials per donar suport tant a la investigació de comunicacions sense fils com als sistemes de ràdio del món real.

Hi ha molts sabors i implementacions de GNU Radio. GQRX és una bona variant per a usuaris d’OSX i Linux.

Pas 6: SDR mòbil

SDR Touch pot convertir el vostre telèfon mòbil o tauleta en un escàner de ràdio definit per programari assequible i portàtil. Escolteu en directe a les estacions de ràdio FM, informes meteorològics, policia, bombers i estacions d’emergència, trànsit de taxis, comunicacions d’avions, àudio de retransmissions de TV analògiques, aficionats a la ràdio HAM, retransmissions digitals i molts més.

Per connectar el dongle USB SDR a un dispositiu mòbil, cal un cable o adaptador USB en moviment (OTG). Pot ser necessari un cable OTG amb un port d’alimentació addicional (auxiliar) per alimentar el dongle. Un port d'alimentació addicional pot ser una bona idea independentment, ja que una aplicació com SDR Touch és propensa a esgotar ràpidament les bateries dels dispositius mòbils.

Pas 7: Kit de transmissor de micròfons

Aquest kit de soldadura és un transmissor d’àudio simple modulador de freqüència de tres transistors (FM). Funciona en el rang de freqüències de 80 MHz-108 MHz assignat per a la ràdio de transmissió FM. La tensió de treball del transmissor és d’1,5 V-9 V i transmetrà més de 100 metres en funció de la potència subministrada, la configuració de l’antena, l’ajustament i els factors electromagnètics ambientals.

Contingut del kit:

• PCB
• UN test de 500KOhm
• DOS transistors NPN 9018
• ONE NPN 9014 Transistor
• ONE Inductor de 4,5 volts (4T5)
• DOS inductors de 5,5 girs (5T5)
• UN Micròfon Electret
• ONE 1M Resistor (BrownBlackGreen)
• DOS resistors de 22K (RedRedOrange)
• QUATRE Resistències de 33ohm (TaronjaOrangeBlack)
• TRES resistències de 2,2K (2K2) (RedRedRed)
• ONE 33uF Tap electrolític
• QUATRE Condensadors de ceràmica 30pF "30"
• QUATRE Condensadors de ceràmica 100nF "104"
• UN condensador de ceràmica 10nF "103"
• DOS Capacitor de ceràmica 680pF “681”
• DOS condensadors de ceràmica 10pF “10”
• Fil d'antena
• Clip de bateria de 9V
• Pins de capçalera (trencament a 2 i 3 pins)

Tingueu en compte que els tres transistors, el micròfon i l’únic condensador electrolític han d’estar orientats tal com es mostra a la pantalla de serigrafia del PCB. Els inductors i els condensadors ceràmics no estan polaritzats. Tot i que els valors i els tipus no són intercanviables, es poden inserir cadascun en qualsevol de les seves orientacions.

Si no coneixeu la soldadura: hi ha moltes guies i vídeos fantàstics sobre la soldadura en línia. Aquí en teniu un 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.

Pas 8: disseny del kit de transmissor de micròfons

El senyal d'àudio d'entrada es pot recollir mitjançant el micròfon electret incorporat o proporcionar-lo des d'una altra font elèctrica als pins de la capçalera d'entrada. Els cables del micròfon es poden ampliar mitjançant cables o cables tallats d'altres components per permetre la connexió a la PCB. El cable del micròfon connectat a la carcassa exterior del micròfon és el cable negatiu tal com es mostra a la imatge.

Al transistor Q1, la modulació de freqüència s’aconsegueix quan la freqüència de l’oscil·lador portador es modifica amb el senyal d’àudio. El potenciòmetre de retallador es pot utilitzar per ajustar l’atenuació d’entrada del senyal d’àudio. El senyal d'àudio està acoblat a la base del transistor Q1 mitjançant C2.

El transistor Q2 (juntament amb R7, R8, C4, C5, L1, C8 i C7) proporciona l'oscil·lador d'alta freqüència. C8 és el condensador de retroalimentació. C7 és el condensador de bloqueig de CC. C5 i L1 proporcionen el tanc ressonant per a l’oscil·lador. Canviar els valors de C5 i / o L1 canviarà la freqüència de transmissió. Després del muntatge inicial, la freqüència de transmissió per defecte serà d’uns 83 MHz. Estendre suaument les voltes de la bobina L1 una mica canviarà el valor de l’inductor L1 i canviarà la freqüència de transmissió en conseqüència. Mantenir la freqüència al voltant dels 88 MHz-108 MHz permetrà rebre el senyal mitjançant qualsevol ràdio FM, inclòs el receptor SDR.

El transistor Q3 (juntament amb R9, R10, L2, C10 i C1) forma un circuit amplificador de potència d'alta freqüència. El senyal modulat està acoblat al circuit d'amplificació a través del condensador C6. C10 i L2 formen un tanc d’ajust d’amplificació. La potència de sortida màxima s’aconsegueix quan el bucle d’amplificació de C10 i L2 s’afina a la mateixa freqüència que el bucle de l’oscil·lador portador de C5 i L1.

Finalment, C12 i L3 proporcionen un antena de cablejat on el senyal amplificat es condueix a una antena de filferro per a la seva transmissió com a ones electromagnètiques de radiofreqüència.

Pas 9: kit de recepció de modulació de freqüència (FM)

Aquest kit de receptor FM es basa en el xip HEX3653, que és un desmodulador FM altament integrat.

El kit inclou:

• PCB
• U1 HEX3653 Xip SMD de 16 pins
• Transistor Q1 SS8050 NPN
• Inductor L1 100uH
• Y1 32.768KHz Crystal
• Resistències R1, R2, R3, R4 10KOhm
• Condensadors electrolítics C1, C2 100uF
• Condensadors de ceràmica C3, C5 (104) 0,1uF
• Condensador de ceràmica C4 (33) 33pF
• D1, D2 1N4148 Diodes
• LED groc
• Connector de telèfon d'àudio de 3,5 mm
• Capçalera de quatre pins amb pont
• Cinc polsadors momentanis
• Suport de bateria dual AA

El xip receptor HEX3653 funciona a la gamma de freqüències de 76 MHz-108 MHz, que s’assigna a la ràdio de transmissió FM.

El kit inclou cinc polsadors:

• Afinació de freqüència (SEEK +, SEEK-)
• Control de volum (VOL +, VOL-)
• Potència (PW)

El circuit té un voltatge de treball d’1,8-3,6 V, que és fàcilment subministrat per dues cel·les d’1,5 V.

Pas 10: Disseny del kit de receptor FM HEX3653

Hi ha dues opcions per a una entrada d'antena.

Es pot connectar un cable al coixinet "A" del PCB o la protecció del cable dels auriculars pot servir d'antena.

La capçalera de quatre pins serveix com a interruptor d'antena (amb l'etiqueta ASW). La col·locació del pont en curt a ASW selecciona entre les dues entrades d'antena. Els pins en curtcircuit 1 i 2 encaminen el senyal "A" de l'antena externa cap al pin quatre del xip HEX3653. Com a alternativa, els pins 2 i 3 de curtcircuit encaminen el pin de protecció del connector per a auriculars cap al pin quatre del xip HEX3653.

El pin quatre del xip HEX3653 és l’entrada de radiofreqüència (RF) al xip receptor. El senyal de RF seleccionat passa primer per L1 i C4 que actuen com a filtre. A continuació, s’utilitzen dos díodes de retall per limitar el voltatge d’entrada excessiu.

La capçalera de cinc pins (etiquetada B) permet integrar el mòdul receptor en un altre sistema. Hi ha dos pins per a l’entrada d’alimentació (+ V, terra) i tres per a la sortida d’àudio (dreta, esquerra, terra).

Pas 11: Muntatge del kit receptor HEX3653 FM

Els tres condensadors ceràmics i el cristall no estan polaritzats i es poden inserir en qualsevol orientació. No són intercanviables, però poden girar cadascun en la seva orientació. Tots els altres components s’han de muntar d’acord amb l’orientació indicada a la serigrafia del PCB. Com és habitual, és millor començar amb el xip SMD i després passar als components més petits / més curts que treballen des del centre del PCB cap a les vores. Col·loqueu les capçaleres, la presa d’àudio i el suport de la bateria per darrere.

Pas 12: CCStick

El CCStick és un mòdul de transceptor de ràdio sub-GHz de Texas Instruments CC1101 acoblat a un Arduino ProMicro. Dos kits CCStick s’inclouen a HackerBox # 0034 per utilitzar-los com a dos extrems d’un enllaç de comunicacions o en alguna altra configuració de comunicacions.

El Texas Instruments CC1101 (full de dades) és un transceptor sub-GHz de baix cost dissenyat per a aplicacions sense fils de molt baixa potència. El circuit està destinat principalment a les bandes de freqüència industrials, científiques i mèdiques (ISM) i de curt abast (SRD) a 315, 433, 868 i 915 MHz, però es pot programar fàcilment per funcionar a altres freqüències a 300- 348 MHz, 387-464 MHz i 779-928 MHz. El transceptor de RF està integrat amb un mòdem de banda base altament configurable. El mòdem admet diversos formats de modulació i té una velocitat de dades configurable de fins a 600 kbps.

Pas 13: Arduino ProMicro 3,3 V 8 MHz

L'Arduino ProMicro es basa en el microcontrolador ATmega32U4 que té una interfície USB integrada. Això significa que no hi ha cap FTDI, PL2303, CH340 o cap altre xip que actuï com a intermediari entre l'ordinador i el microcontrolador Arduino.

Suggerim primer provar el Pro Micro sense soldar els passadors al seu lloc. Podeu realitzar la configuració i les proves bàsiques sense utilitzar els pins de capçalera. A més, retardar la soldadura al mòdul proporciona una variable menys a depurar si teniu problemes.

Si no teniu l’IDE Arduino instal·lat a l’ordinador, comenceu descarregant el formulari IDE arduino.cc. ADVERTÈNCIA: assegureu-vos de seleccionar la versió de 3,3 V a eines> processador abans de programar el Pro Micro. Tenir aquest paràmetre per a 5V funcionarà una vegada i, aleshores, el dispositiu no es connectarà mai al vostre PC fins que no seguiu les instruccions "Restableix al carregador d'arrencada" de la guia que es descriu a continuació, cosa que pot resultar una mica complicat.

Sparkfun té una bona guia de connexió Pro Micro. La Guia de connexió conté una descripció detallada de la placa Pro Micro i, a continuació, una secció per a "Instal·lació: Windows" i una secció per a "Instal·lació: Mac i Linux". Seguiu les instruccions de la versió adequada d'aquestes instruccions d'instal·lació per tal de configurar el vostre ID Arduino perquè admeti el Pro Micro. Normalment comencem a treballar amb una placa Arduino carregant i / o modificant l’esbós estàndard de Blink. No obstant això, el Pro Micro no inclou el LED habitual al pin 13. Per sort, podem controlar els LED RX / TX i Sparkfun ha proporcionat un petit esbós per demostrar com fer-ho. Això es troba a la secció de la Guia de connexió titulada "Exemple 1: parpelleigs". Verifiqueu que podeu compilar i descarregar aquest Blinkies. exemple abans de continuar.

Pas 14: Disseny i funcionament del CCStick

El mòdul CC1101 i l’Arduino ProMicro s’insereixen al costat de la serigrafia del CCStick PCB. En altres paraules, els dos mòduls més petits es troben al costat del PCB vermell que té pintura blanca i els passadors sobresurten del costat que no té pintura blanca. La pintura blanca s’anomena serigrafia PCB.

Les traces del PCB vermell connecten el mòdul CC1101 i Arduino ProMicro així:

CC1101 Arduino ProMicro ------ ---------------- GND GND VCC VCC (3.3V) MOSI MOSI (16) MISO MISO (14) SCK SCLK (15) GD02 A0 (18) GD00 A1 (19) CSN A10 (10)

Un començament ràpid per al CC1101 és utilitzar la biblioteca d’Elechouse. Baixeu-vos la biblioteca fent clic a l'enllaç "obtenir codi" d'aquesta pàgina.

Creeu una carpeta per a CC1101 a la carpeta Arduino Libraries. Col·loqueu els dos fitxers ELECHOUSE_CC1101 (.cpp i.h) a aquesta carpeta. Creeu també una carpeta d’exemples dins d’aquesta carpeta i col·loqueu-hi les tres carpetes de demostració / exemple.

Actualitzeu les definicions de pins al fitxer ELECHOUSE_CC1101.h així:

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

A continuació, col·loqueu el fitxer d’exemple CC1101_RX en un CCStick i el fitxer d’exemple CC1101_TX al segon CCStick.

Hi ha una sèrie d'altres recursos i projectes interessants per al transceptor CC1101, inclòs el següent exemple:

TomXue Arduino CC1101 Arduino LibrarySmartRF StudioElectrodragon CC1101 ProjectCUL ProjectCCManager ProjectDIY nanoCULAutre configuració del microcontrolador CC1101

NOTA SOBRE L’ÚS DE LES INTERROMPES:

Per provar l'exemple d'esbós d'Elechouse CC1101_RXinterruprt, connecteu dos pins de l'Arduino ProMicro a la part inferior de la placa CCStick. Es tracta dels pins 7 i 19 (A1) que connecten el senyal transceptor GDO0 al pin 7 del microcontrolador, que és un dels pins d’interrupció externs. A continuació, actualitzeu una de les línies de definició del pin comentades anteriorment a "#define GDO0 7 // i 19" ja que GDO0 ara passa del pin 19 al pin 7. A continuació, al fitxer CC1101_RXinterruprt, trobeu la funció de trucada de línia attachInterrupt () i canvieu el primer paràmetre (número d'interrupció) de "0" a "4". Això es fa perquè el pin 7 del ProMicro està associat a la interrupció # 4.

Pas 15: HACK EL PLANETA

Si us ha agradat aquest Instructable i voleu que cada mes caigui una bona caixa de productes electrònics piratejables i de tecnologia informàtica a la vostra bústia, uniu-vos a la revolució navegant a HackerBoxes.com i subscrivint-vos per rebre la nostra caixa sorpresa mensual.

Arribeu i compartiu el vostre èxit als comentaris següents o a la pàgina de Facebook de HackerBoxes. Indiqueu-nos si teniu cap pregunta o necessiteu ajuda per res. Gràcies per formar part de HackerBoxes.