HackerBox 0034: SubGHz: 15 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:33

Ovog mjeseca HackerBox Hakeri istražuju softver definiran radio (SDR) i radijske komunikacije na frekvencijama ispod 1 GHz. Ovaj Instructable sadrži informacije za početak rada s HackerBox -om #0034, koji se može kupiti ovdje dok traju zalihe. Također, ako želite svakog mjeseca primati ovakav HackerBox u poštanski sandučić, pretplatite se na HackerBoxes.com i pridružite se revoluciji!

Teme i ciljevi učenja za HackerBox 0034:

• Konfiguracija i uporaba SDR radio prijemnika
• Mobilne SDR operacije
• Sastavljanje CCStick Sub-GHz primopredajnika
• Programiranje CCSticka pomoću Arduino ProMicrosa
• Sklapanje FM audio odašiljača i prijamnika

HackerBoxes je mjesečna pretplatnička usluga za DIY elektroniku i računalnu tehnologiju. Mi smo hobisti, stvaratelji i eksperimentatori. Mi smo sanjari snova. HAKNI PLANETU!

Korak 1: HackerBox 0034: Sadržaj kutije

• USB softverski definirani radio (SDR) prijemnik
• MCX antena za SDR prijemnik
• Dvije CCStick tiskane ploče
• Dva primopredajnika CC1101 s antenama
• Dva Arduino ProMicrosa 3.3V 8MHz
• Komplet FM audio odašiljača
• Komplet FM audio prijemnika
• MicroUSB kabel
• Ekskluzivni pin radijskog oscilatora "Hertz"

Još neke stvari koje će vam biti od pomoći:

• Lemilica, lemljenje i osnovni alati za lemljenje
• Računalo za pokretanje softverskih alata

Ono što je najvažnije, trebat će vam osjećaj avanture, DIY duh i hakerska znatiželja. Hardcore DIY elektronika nije trivijalna potraga, a HackerBox -i nisu razvodnjeni. Cilj je napredak, a ne savršenstvo. Kad ustrajete i uživate u avanturi, veliko zadovoljstvo može se steći učenjem nove tehnologije i nadamo se uspješnim nekim projektima. Predlažemo da svaki korak napravite polako, vodeći računa o pojedinostima, i nemojte se bojati zatražiti pomoć.

U FAQ -u o HackerBoxima postoji mnoštvo informacija za trenutne i buduće članove.

Korak 2: Dobro došli na Sub-GHz radio

Ključna glazba: Radio KAOS

Tehnologija sub-GHz idealan je izbor za bežične aplikacije koje zahtijevaju veliki domet i nisku potrošnju energije. Uskopojasni prijenosi mogu prenositi podatke do udaljenih čvorišta, često udaljenih nekoliko milja, bez preskakanja od čvora do čvora. Ova mogućnost prijenosa na velike udaljenosti smanjuje potrebu za više skupih baznih stanica ili repetitora. Vlasnički protokoli pod-GHz omogućuju programerima da optimiziraju svoje bežično rješenje prema svojim specifičnim potrebama umjesto da se usklade sa standardom koji bi mogao postaviti dodatna ograničenja na implementaciju mreže. Iako mnoge postojeće pod-GHz mreže koriste zaštićene protokole, industrija polako dodaje interoperabilne sustave temeljene na standardima. Na primjer, standard IEEE 802.15.4g dobiva popularnost u cijelom svijetu i prihvaćaju ga različiti industrijski savezi poput Wi-SUN-a i ZigBee-a.

Neke zanimljive frekvencije za istraživanje uključuju: 88-108 MHz FM emitiranje NOAA Weather RadioAir Traffic Control315 MHz bez ključa (većina američkih automobila) 2m Ham Calling (SSB: 144.200 MHz, FM: 146.52 MHz) 433 MHz ISM/IoT902-928 MHZ ISM/ IoT

Za različite vrste radio komunikacija na tim frekvencijama koriste se različite sheme modulacije. Odvojite nekoliko minuta da se upoznate s osnovama.

Korak 3: Softverski definirani radio (SDR) prijemnik

Tradicionalne radio komponente (poput modulatora, demodulatora i tunera) implementirane su pomoću zbirke hardverskih uređaja. Pojava modernih računala i analogno-digitalnih pretvarača (ADC) omogućuje da se većina ovih tradicionalno hardverskih komponenti umjesto toga implementira u softver. Dakle, termin softver definiran radio (SDR). Računalni SDR omogućuje implementaciju jeftinih, širokopojasnih radio prijemnika.

RTL-SDR je USB ključ koji se može koristiti kao računalni radio prijemnik za prijem radijskih signala uživo. Na internetu je dostupan širok raspon informacija za eksperimentiranje s RTL-SDR tehnologijom, uključujući vodič za brzi početak.

Korak 4: RTL-SDR USB Dongle hardver

RTL2832U je DVB-T COFDM demodulator visokih performansi koji podržava USB 2.0 sučelje. RTL2832U podržava 2K ili 8K način rada s propusnošću od 6, 7 i 8MHz. Parametri modulacije, npr. Brzina koda i interval zaštite, automatski se otkrivaju. RTL2832U podržava tunere na IF (srednja frekvencija, 36,125MHz), niski IF (4,57MHz) ili Zero-IF izlaz pomoću kristala 28,8MHz, a uključuje i FM/DAB/DAB+ radio podršku. Ugrađen s naprednim ADC-om (analogno-digitalni pretvarač), RTL2832U ima visoku stabilnost u prijenosnom prijemu. Digitalni tuner R820T2 podržava rad u rasponu od 24 - 1766 MHz.

Imajte na umu da SDR ključ ima MCX koaksijalni RF ulaz za spajanje s uključenom MCX bič antenom. Budući da mnogi uobičajeni izvori signala i antene koriste SMA koaksijalne konektore, MCX-SMA spojnica može biti korisna.

Korak 5: SDR softver - GNU Radio

GNU Radio besplatan je i open-source alat za razvoj softvera koji pruža blokove za obradu signala za implementaciju softvera radija. Može se koristiti s lako dostupnim vanjskim RF hardverom za stvaranje softverski definiranih radija. GNU Radio široko se koristi u hobističkim, akademskim i komercijalnim okruženjima za podršku istraživanju bežičnih komunikacija i radijskim sustavima u stvarnom svijetu.

GNU Radio ima mnogo okusa i implementacija. GQRX je lijepa varijanta za korisnike OSX -a i Linuxa.

Korak 6: Mobilni SDR

SDR Touch može pretvoriti vaš mobilni telefon ili tablet u pristupačan i prenosiv softverski definirani radijski skener. Slušajte uživo na FM radio postajama u zraku, vremenske izvještaje, policiju, vatrogasne i hitne postaje, taksi promet, zrakoplovnu komunikaciju, zvuk analognih TV prijenosa, radio amatere HAM -a, digitalne prijenose i još mnogo toga.

Za povezivanje SDR USB dongla s mobilnim uređajem potreban je USB kabel u pokretu (OTG). Za napajanje dongla može biti potreban OTG kabel s dodatnim (pomoćnim) priključkom za napajanje. Dodatni priključak za napajanje može biti dobra ideja bez obzira na to što je aplikacija poput SDR Touch sklona brzom pražnjenju baterija mobilnih uređaja.

Korak 7: Komplet odašiljača za mikrofon

Ovaj komplet za lemljenje je jednostavan audio-odašiljač s tri tranzistora s frekvencijskom modulacijom (FM). Radi u frekvencijskom rasponu od 80MHz-108MHz dodijeljenom za FM radio. Radni napon odašiljača je 1,5V-9V i prenosit će preko 100 metara ovisno o isporučenoj snazi, konfiguraciji antene, podešavanju i okolnim elektromagnetskim faktorima.

Sadržaj kompleta:

• PCB
• JEDAN 500KOhm trimer lonac
• DVA NPN 9018 tranzistora
• JEDAN NPN 9014 tranzistor
• JEDAN induktor od 4,5 okreta (4T5)
• DVA 5.5 zavojnica (5T5)
• JEDAN elektronski mikrofon
• JEDAN 1M otpornik (smeđe -crno -zeleni)
• DVA 22K otpornika (crveno -narančasta)
• ČETIRI 33ohm otpornika (narančasto -narančasto -crno)
• TRI 2.2K (2K2) otpornika (crveno -crveno)
• ONE 33uF elektrolitička kapa
• ČETIRI 30pF keramičkih kondenzatora "30"
• ČETIRI 100nF keramičkih kondenzatora “104”
• JEDAN 10nF keramički kondenzator "103"
• DVA 680pF keramički kondenzator "681"
• DVA 10pF keramički kondenzator "10"
• Antenska žica
• 9V kopča za bateriju
• Igle zaglavlja (razbijanje na 2 i 3 igle)

Imajte na umu da tri tranzistora, mikrofon i jedan elektrolitički kondenzator moraju biti orijentirani kako je prikazano na sitotisku na PCB -u. Induktori i keramički kondenzatori nisu polarizirani. Iako se vrijednosti i vrste ne mogu zamijeniti, svaka se može umetnuti u bilo kojoj orijentaciji.

Ako ste tek počeli sa lemljenjem: na internetu postoji mnogo sjajnih vodiča i video zapisa o lemljenju. Evo jednog primjera. Ako smatrate da vam je potrebna dodatna pomoć, pokušajte pronaći lokalnu grupu proizvođača ili prostor za hakere u vašem području. Također, radio -amaterski klubovi uvijek su izvrstan izvor iskustva u elektronici.

Korak 8: Dizajn kompleta odašiljača mikrofona

Ulazni zvučni signal može se prikupiti putem ugrađenog elektronskog mikrofona ili donijeti iz drugog električnog izvora u pinove ulaznog zaglavlja. Kablovi mikrofona mogu se produžiti pomoću žica ili obrezanih kabela s drugih komponenti kako bi se omogućilo spajanje na PCB. Kabel mikrofona spojen na vanjsko kućište mikrofona je negativni kabel kao što je prikazano na slici.

Na tranzistoru Q1, frekvencijska modulacija se postiže kada se frekvencija nosivog oscilatora mijenja audio signalom. Potenciometar trimera može se koristiti za podešavanje prigušenja ulaznog zvučnog signala. Audio signal je spojen na bazu tranzistora Q1 preko C2.

Tranzistor Q2 (zajedno s R7, R8, C4, C5, L1, C8 i C7) osigurava visokofrekventni oscilator. C8 je kondenzator povratne sprege. C7 je kondenzator koji blokira istosmjernu struju. C5 i L1 osiguravaju rezonantni spremnik za oscilator. Promjenom vrijednosti C5 i/ili L1 promijenit će se frekvencija odašiljanja. Nakon početne montaže, zadana frekvencija odašiljanja bit će oko 83MHz. Lagano šireći zavoje zavojnice L1, mali dio promijenit će vrijednost induktora L1 i prema tome pomaknuti frekvenciju prijenosa. Zadržavanje frekvencije oko 88MHz-108MHz omogućit će prijem signala putem bilo kojeg FM radija, uključujući i SDR prijemnik.

Tranzistor Q3 (zajedno s R9, R10, L2, C10 i C1) čini krug pojačala snage visoke frekvencije. Modulirani signal spojen je na pojačalo kroz kondenzator C6. C10 i L2 tvore spremnik za podešavanje pojačanja. Maksimalna izlazna snaga postiže se kada su pojačala petlje C10 i L2 podešena na istu frekvenciju kao i petlja nosivog oscilatora za C5 i L1.

Konačno, C12 i L3 omogućuju antensko tjuriranje gdje se pojačani signal ubacuje u žičanu antenu za prijenos kao radiofrekvencijski elektromagnetski valovi.

Korak 9: Komplet prijemnika za frekvencijsku modulaciju (FM)

Ovaj komplet FM prijemnika temelji se na čipu HEX3653, koji je visoko integrirani FM demodulator.

Komplet uključuje:

• PCB
• U1 HEX3653 Čip SMD 16pin
• Q1 SS8050 NPN tranzistor
• L1 Induktor 100uH
• Y1 kristal 32,768 KHz
• R1, R2, R3, R4 otpornici 10KOhm
• C1, C2 Elektrolitički kondenzatori 100uF
• C3, C5 keramički kondenzatori (104) 0,1 uF
• C4 keramički kondenzator (33) 33pF
• D1, D2 1N4148 Diode
• Žuta LED
• Audio priključak za telefon 3,5 mm
• Zaglavlje s četiri iglice sa kratkospojnikom
• Pet trenutačnih tipki
• Dvostruki AA držač baterije

Čip prijemnika HEX3653 radi u frekvencijskom rasponu od 76MHz-108MHz, koji je dodijeljen FM radiju.

Komplet sadrži pet tipki:

• Podešavanje frekvencije (SEEK +, SEEK-)
• Kontrola glasnoće (VOL +, VOL-)
• Snaga (PW)

Krug ima radni napon od 1,8-3,6 V, koji se lako napaja iz dvije ćelije od 1,5 V.

Korak 10: Dizajn kompleta FM prijemnika HEX3653

Postoje dvije mogućnosti za antenski ulaz.

Žica se može pričvrstiti na podlogu "A" na PCB -u ili oklop žice slušalica može poslužiti kao antena.

Zaglavlje s četiri pina služi kao antenski prekidač (označen kao ASW). Položaj kratkospojnika za kratki spoj na ASW bira između dva antenska ulaza. Kratki pinovi 1 i 2 usmjeravaju signal vanjske antene "A" na pin četiri čipa HEX3653. Alternativno, kratki pinovi 2 i 3 usmjeravaju štitnik utičnice za slušalice na pin četiri čipa HEX3653.

Četvrti pin HEX3653 čipa je ulaz radio frekvencije (RF) u prijemnički čip. Odabrani RF signal prvo prolazi kroz L1 i C4 koji djeluju kao filter. Zatim se koriste dvije izrezujuće diode za ograničavanje prekomjernog ulaznog napona.

Zaglavlje s pet pinova (označeno s B) omogućuje integriranje prijemnog modula u drugi sustav. Postoje dva pina za ulaz napajanja (+V, uzemljenje) i tri za audio izlaz (desno, lijevo, uzemljenje).

Korak 11: Sklapanje kompleta FM prijemnika HEX3653

Tri keramička kondenzatora i kristal nisu polarizirani i mogu se umetnuti u bilo kojoj orijentaciji. Nisu zamjenjivi, ali se svaki može rotirati u svojoj orijentaciji. Sve ostale komponente moraju se montirati u skladu s orijentacijom navedenom na PCB sitotisku. Kao i obično, najbolje je započeti s SMD čipom, a zatim prijeći na najmanje/najkraće komponente koje rade od središta PCB -a prema rubovima. Posljednje pričvrstite zaglavlja, audio priključnicu i držač baterije.

Korak 12: CCStick

CCStick je radio primopredajnik, pod-GHz modul Texas Instruments CC1101, spojen s Arduino ProMicro. Dva kompleta CCStick uključena su u HackerBox #0034 za upotrebu kao dvije krajnje točke komunikacijske veze ili u nekoj drugoj komunikacijskoj konfiguraciji.

Texas Instruments CC1101 (podatkovna tablica) je jeftin primopredajnik ispod GHz dizajniran za bežične aplikacije vrlo male snage. Krug je uglavnom namijenjen za industrijske, znanstvene i medicinske (ISM) i uređaje kratkog dometa (SRD) frekvencijske opsege na 315, 433, 868 i 915 MHz, ali se lako može programirati za rad na drugim frekvencijama u 300- Opsezi 348 MHz, 387-464 MHz i 779-928 MHz. RF primopredajnik integriran je s visoko konfigurabilnim modemom osnovnog pojasa. Modem podržava različite formate modulacije i ima podesivu brzinu prijenosa podataka do 600 kbps.

Korak 13: Arduino ProMicro 3.3V 8MHz

Arduino ProMicro temelji se na mikrokontroleru ATmega32U4 koji ima ugrađeno USB sučelje. To znači da ne postoji FTDI, PL2303, CH340 ili bilo koji drugi čip koji djeluje kao posrednik između vašeg računala i Arduino mikrokontrolera.

Predlažemo da prvo isprobate Pro Micro bez lemljenja pinova na mjesto. Osnovnu konfiguraciju i testiranje možete izvesti bez upotrebe zaglavlja zaglavlja. Također, odgađanje lemljenja na modulu daje jednu varijablu manje za otklanjanje pogrešaka ako naiđete na bilo kakve komplikacije.

Ako na vašem računalu nemate instaliran Arduino IDE, počnite preuzimanjem IDE obrasca arduino.cc. UPOZORENJE: Prije programiranja Pro Micro -a obavezno odaberite verziju 3,3 V pod alati> procesor. Ova postavka za 5V jednom će funkcionirati, a zatim će se činiti da se uređaj nikada neće povezati s vašim računalom sve dok ne slijedite upute "Reset to Bootloader" u dolje navedenom vodiču, što može biti malo zeznuto.

Sparkfun ima izvrstan Pro Micro Hookup Guide. Vodič za spajanje ima detaljan pregled ploče Pro Micro, a zatim odjeljak za "Instaliranje: Windows" i odjeljak za "Instaliranje: Mac i Linux". Slijedite upute u odgovarajućoj verziji ovih uputa za instalaciju kako biste svoj Arduino IDE konfigurirali tako da podržava Pro Micro. Obično počinjemo raditi s Arduino pločom učitavanjem i/ili mijenjanjem standardne Blink skice. Međutim, Pro Micro ne uključuje uobičajenu LED na pin 13. Srećom, možemo kontrolirati RX/TX LED diode, a Sparkfun je pružio urednu malu skicu koja pokazuje kako. Ovo se nalazi u odjeljku Vodiča za povezivanje pod naslovom "Primjer 1: Blinkies!" Provjerite možete li sastaviti i preuzeti ove Blinkies! primjer prije nego što krenete dalje.

Korak 14: Dizajn i rad CCSticka

Modul CC1101 i Arduino ProMicro umetnuti su na stranu svilenog platna CCStick PCB -a. Drugim riječima, dva manja modula nalaze se na strani crvene tiskane ploče na kojoj je bijela boja, a igle strše sa strane na kojoj nema bijele boje. Bijela boja naziva se PCB sitotisak.

Tragovi na crvenoj pločici povezuju modul CC1101 i Arduino ProMicro na sljedeći način:

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) CSN A10 (10)

Brzi početak za CC1101 je korištenje knjižnice iz Elechousea. Preuzmite knjižnicu klikom na vezu "dohvati kod" na toj stranici.

Izradite mapu za CC1101 u mapi Arduino knjižnica. Stavite dvije datoteke ELECHOUSE_CC1101 (.cpp i.h) u tu mapu. Također stvorite mapu s primjerima unutar te mape i tamo postavite tri mape za demonstraciju/primjere.

Ažurirajte definicije pinova u datoteci ELECHOUSE_CC1101.h na sljedeći način:

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

Zatim postavite datoteku primjera CC1101_RX na jedan CCStick, a datoteku primjera CC1101_TX na drugu CCStick.

Postoji niz drugih zanimljivih izvora i projekata za primopredajnik CC1101, uključujući sljedeći primjer:

TomXue Arduino CC1101 Arduino knjižnicaSmartRF StudioElectrodragon CC1101 ProjectCUL ProjectCCManager ProjectDIY nanoCULAdruga postavka mikrokontrolera CC1101

Napomena o korištenju prekida:

Za uzorkovanje primjerne skice CC1101_RXinterruprt Elechousea, spojite dva pina Arduino ProMicro na donju stranu CCStick PCB -a. To su pinovi 7 i 19 (A1) koji povezuju signal primopredajnika GDO0 s pinom 7 mikrokontrolera, koji je jedan od vanjskih prekida pinova. Zatim ažurirajte jednu od gore navedenih linija za definiranje pin -a na "#define GDO0 7 // i 19" budući da je GDO0 sada preskočen s pina 19 na pin 7. Zatim u datoteci CC1101_RXinterruprt pronađite funkciju koja poziva liniju attachInterrupt () i promijenite prvi parametar (broj prekida) iz "0" u "4". To je učinjeno jer je pin 7 ProMicro povezan s prekidom #4.

Korak 15: HAKNITE PLANETU

Ako ste uživali u ovom Instructable -u i želite da vam svaki mjesec na sandučić padne hladna kutija sa elektronikom i projektima računalne tehnologije, pridružite se revoluciji surfanjem na HackerBoxes.com i pretplatom na primanje naše mjesečne kutije iznenađenja.

Javite se i podijelite svoj uspjeh u komentarima ispod ili na Facebook stranici HackerBoxes. Svakako nas obavijestite ako imate pitanja ili trebate pomoć oko bilo čega. Hvala vam što ste dio HackerBox -a!