HackerBox 0034: SubGHz: 15 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Tässä kuussa HackerBox -hakkerit tutkivat SDR -ohjelmistoja ja radioviestintää alle 1 GHz: n taajuuksilla. Tämä opas sisältää tietoja HackerBox #0034: n käytön aloittamisesta, jonka voi ostaa täältä niin kauan kuin tavaraa riittää. Lisäksi, jos haluat saada tällaisen HackerBoxin postilaatikkoosi joka kuukausi, tilaa HackerBoxes.com ja liity vallankumoukseen!

HackerBox 0034: n aiheet ja oppimistavoitteet:

• SDR -radiovastaanottimien konfigurointi ja käyttö
• Mobiili -SDR -toiminnot
• CCStick-sub-GHz-lähetinvastaanottimen kokoaminen
• CCStickin ohjelmointi Arduino ProMicros -ohjelmalla
• FM -äänilähettimien ja -vastaanottimien kokoaminen

HackerBoxes on kuukausittainen tilauslaatikkopalvelu DIY -elektroniikalle ja tietotekniikalle. Olemme harrastajia, tekijöitä ja kokeilijoita. Olemme unelmien haaveilijoita. HACK PLANET!

Vaihe 1: HackerBox 0034: Laatikon sisältö

• USB Software Defined Radio (SDR) -vastaanotin
• MCX -antenni SDR -vastaanottimelle
• Kaksi CCStick -piirilevyä
• Kaksi CC1101 -lähetin -vastaanotinta, joissa on antennit
• Kaksi Arduino ProMicros 3.3V 8MHz
• FM -äänilähetinsarja
• FM -audiovastaanotinsarja
• MicroUSB -kaapeli
• Ainutlaatuinen radio -oskillaattori "Hertz" -tappi

Muutamia muita asioita, joista on apua:

• Juotosrauta, juote ja perusjuottotyökalut
• Tietokone ohjelmistotyökalujen suorittamiseen

Mikä tärkeintä, tarvitset seikkailutunnetta, DIY -henkeä ja hakkereiden uteliaisuutta. Hardcore DIY -elektroniikka ei ole vähäpätöinen harrastus, eikä HackerBoxeja kastella. Tavoitteena on edistyminen, ei täydellisyys. Kun jatkat ja nautit seikkailusta, voit saada paljon tyydytystä uuden tekniikan oppimisesta ja toivottavasti joidenkin projektien toimivuudesta. Suosittelemme, että otat jokaisen askeleen hitaasti, huomioi yksityiskohdat ja älä pelkää pyytää apua.

HackerBoxesin usein kysytyissä kysymyksissä on runsaasti tietoa nykyisille ja tuleville jäsenille.

Vaihe 2: Tervetuloa Sub-GHz-radioon

Cue -musiikki: Radio KAOS

Sub-GHz-tekniikka on ihanteellinen valinta langattomiin sovelluksiin, jotka vaativat pitkän kantaman ja pienen virrankulutuksen. Kapeakaistaiset lähetykset voivat lähettää tietoja kaukaisiin keskittimiin, usein useiden kilometrien päähän, ilman hyppyjä solmusta solmuun. Tämä pitkän kantaman lähetysmahdollisuus vähentää useiden kalliiden tukiasemien tai toistimien tarvetta. Patentoitujen GHz-aliprotokollien avulla kehittäjät voivat optimoida langattoman ratkaisunsa omiin tarpeisiinsa sen sijaan, että ne olisivat standardin mukaisia, mikä saattaa asettaa lisärajoituksia verkon käyttöönotolle. Vaikka monet nykyiset GHz: n aliverkot käyttävät omia protokollia, teollisuus lisää hitaasti standardeihin perustuvia, yhteentoimivia järjestelmiä. Esimerkiksi IEEE 802.15.4g -standardi on saavuttanut suosiota maailmanlaajuisesti, ja eri alan liittoutumat, kuten Wi-SUN ja ZigBee, ottavat sen käyttöön.

Mielenkiintoisia tutkittavia taajuuksia ovat: 88-108 MHz FM-lähetys NOAA Weather RadioAir Traffic Control 315 MHz Keyless Entry Fob (useimmat amerikkalaiset autot) 2 m kinkkukutsu (SSB: 144.200 MHz, FM: 146.52 MHz) 433 MHz ISM/IoT902-928 MHZ ISM/ IoT

Näillä taajuuksilla käytettäville erityyppisille radioviestinnöille käytetään erilaisia modulointimalleja. Käytä muutama minuutti perehtyäksesi perusasioihin.

Vaihe 3: Ohjelmiston määrittämä radiovastaanotin (SDR)

Perinteiset radiokomponentit (kuten modulaattorit, demodulaattorit ja virittimet) toteutetaan käyttämällä laitteistokokoelmaa. Nykyaikaisten tietojenkäsittely- ja analogia-digitaalimuuntimien (ADC) myötä useimmat näistä perinteisesti laitteistopohjaisista komponenteista voidaan toteuttaa ohjelmistoissa. Siksi termi ohjelmistoradio (SDR). Tietokonepohjainen SDR mahdollistaa halpojen laajakaistaisten radiovastaanottimien toteuttamisen.

RTL-SDR on USB-dongle, jota voidaan käyttää tietokonepohjaisena radiovastaanottimena live-radiosignaalien vastaanottamiseen. Verkossa on saatavilla laaja valikoima tietoja RTL-SDR-tekniikan kokeiluun, mukaan lukien pikaopas.

Vaihe 4: RTL-SDR USB Dongle -laitteisto

RTL2832U on suorituskykyinen DVB-T COFDM -demodulaattori, joka tukee USB 2.0 -liitäntää. RTL2832U tukee 2K- tai 8K -tilaa 6, 7 ja 8 MHz: n kaistanleveydellä. Modulaatioparametrit, esim. Koodinopeus ja suojaväli, tunnistetaan automaattisesti. RTL2832U tukee virittimiä IF: llä (välitaajuus, 36,125 MHz), matalalla IF: llä (4,57 MHz) tai nolla-IF-lähdöllä käyttäen 28,8 MHz: n kiteitä, ja se sisältää FM/DAB/DAB+ -radiotukea. RTL2832U: ssa on edistyksellinen ADC (analoginen-digitaalimuunnin), ja se on erittäin vakaa kannettavassa vastaanotossa. Digitaalinen R820T2 -viritin tukee toimintaa alueella 24 - 1766 MHz.

Huomaa, että SDR -sovittimessa on MCX -koaksiaalinen RF -tulo, joka voidaan yhdistää mukana toimitettuun MCX -piiska -antenniin. Koska monet yleiset signaalilähteet ja antennit käyttävät SMA-koaksiaaliliittimiä, MCX-SMA-liitin voi olla hyödyllinen.

Vaihe 5: SDR -ohjelmisto - GNU -radio

GNU Radio on ilmainen ja avoimen lähdekoodin ohjelmistokehitystyökalupaketti, joka tarjoaa signaalinkäsittelylohkoja ohjelmistoradioiden toteuttamiseen. Sitä voidaan käyttää helposti saatavilla olevan ulkoisen RF-laitteiston kanssa ohjelmiston määrittämien radioiden luomiseen. GNU-radiota käytetään laajalti harrastaja-, akateemisissa ja kaupallisissa ympäristöissä tukemaan sekä langattoman viestinnän tutkimusta että reaalimaailman radiojärjestelmiä.

GNU -radiossa on monia makuja ja toteutuksia. GQRX on mukava versio OSX- ja Linux -käyttäjille.

Vaihe 6: Mobiili -SDR

SDR Touch voi muuttaa matkapuhelimesi tai tabletisi edulliseksi ja kannettavaksi ohjelmiston määrittämäksi radioskanneriksi. Kuuntele suorana lähetyksenä FM -radioasemia, säätietoja, poliisia, palokunta- ja hätäasemia, taksiliikennettä, lentokoneviestintää, analogisten TV -lähetysten ääntä, HAM -radioamatöörejä, digitaalisia lähetyksiä ja paljon muuta.

SDR-USB-sovittimen liittäminen mobiililaitteeseen edellyttää on-the-go (OTG) USB-kaapelia tai sovitinta. OTG -kaapeli, jossa on ylimääräinen (lisä) virtaliitäntä, voi olla tarpeen virtalähteen käyttämiseen. Lisävirtaportti voi olla hyvä idea riippumatta siitä, että SDR Touchin kaltainen sovellus on altis tyhjentämään nopeasti mobiililaitteiden paristot.

Vaihe 7: Mikrofonilähetinsarja

Tämä juotosarja on yksinkertainen kolmen transistorin taajuutta moduloiva (FM) äänilähetin. Se toimii FM-radioradiolle varatulla taajuusalueella 80 MHz-108 MHz. Lähettimen käyttöjännite on 1,5V-9V ja se lähettää yli 100 metriä riippuen syötetystä tehosta, antennin kokoonpanosta, virityksestä ja ympäristön sähkömagneettisista tekijöistä.

Sarjan sisältö:

• PCB
• ONE 500KOhm Trimmer Pot
• KAKSI NPN 9018 -transistoria
• ONE NPN 9014 Transistori
• ONE 4,5 -kierroskela (4T5)
• KAKSI 5,5 -kierrosta (5T5)
• ONE Electret -mikrofoni
• ONE 1M vastus (BrownBlackGreen)
• KAKSI 22K vastusta (RedRedOrange)
• NELJÄ 33ohmin vastusta (OranssiOranssiMusta)
• KOLME 2,2K (2K2) vastusta (punainenpunainen)
• ONE 33uF elektrolyyttikorkki
• NELJÄ 30pF keraamista kondensaattoria "30"
• NELJÄ 100nF keraamista kondensaattoria”104”
• ONE 10nF keraaminen kondensaattori "103"
• KAKSI 680pF keraamista kondensaattoria "681"
• KAKSI 10pF keraamista kondensaattoria "10"
• Antennijohto
• 9V akun pidike
• Otsikon nastat (katkaista 2 ja 3 nastaa)

Huomaa, että kolme transistoria, mikrofoni ja yksi elektrolyyttikondensaattori on suunnattava PCB -näytön avulla. Induktorit ja keraamiset kondensaattorit eivät ole polarisoituneita. Vaikka arvot ja tyypit eivät ole keskenään vaihdettavissa, kukin niistä voidaan lisätä kumpaankin suuntaan.

Jos olet uusi juotos: verkossa on paljon hyviä oppaita ja videoita juottamisesta. Tässä on yksi esimerkki. Jos sinusta tuntuu, että tarvitset lisäapua, yritä löytää alueeltasi paikallinen tekijäryhmä tai hakkeritila. Myös radioamatööriklubit ovat aina erinomaisia elektroniikkakokemuksen lähteitä.

Vaihe 8: Mikrofonilähetinsarjan suunnittelu

Tulosignaali voidaan kerätä sisäisellä elektrettimikrofonilla tai syöttää toisesta sähkölähteestä tulon otsikkotappeihin. Mikrofonijohtoja voidaan pidentää muiden komponenttien johdolla tai leikatulla johdolla, jotta ne voidaan liittää piirilevyyn. Mikrofonin ulompaan koteloon liitetty mikrofonijohto on kuvan mukainen negatiivinen johto.

Transistorissa Q1 taajuusmodulaatio saavutetaan, kun audiosignaali muuttaa kantoaaltoskillaattorin taajuutta. Trimmerin potentiometriä voidaan käyttää audiosignaalin tulon vaimennuksen säätämiseen. Audiosignaali on kytketty transistorin Q1 kantaan C2: n kautta.

Transistori Q2 (yhdessä R7, R8, C4, C5, L1, C8 ja C7) tarjoaa korkeataajuisen oskillaattorin. C8 on palautekondensaattori. C7 on DC-esto kondensaattori. C5 ja L1 tarjoavat oskillaattorin resonanssisäiliön. C5- ja/tai L1 -arvojen muuttaminen muuttaa lähetystaajuutta. Ensimmäisen kokoonpanon jälkeen oletuslähetystaajuus on noin 83 MHz. Levittämällä kelan L1 kierroksia varovasti pieni bitti muuttaa induktorin L1 arvoa ja siirtää siirtotaajuutta vastaavasti. Jos pidät taajuuden noin 88–108 MHz, signaali voidaan vastaanottaa millä tahansa FM-radiolla, mukaan lukien SDR-vastaanotin.

Transistori Q3 (yhdessä R9, R10, L2, C10 ja C1) muodostaa suuritaajuisen tehovahvistinpiirin. Moduloitu signaali on kytketty vahvistinpiiriin kondensaattorin C6 kautta. C10 ja L2 muodostavat vahvistuksen virityssäiliön. Suurin lähtöteho saavutetaan, kun C10: n ja L2: n vahvistussilmukka on viritetty samaan taajuuteen kuin C5: n ja L1: n kanto -oskillaattorisilmukka.

Lopuksi C12 ja L3 tarjoavat antennin kääntämisen, jossa vahvistettu signaali ohjataan lanka -antenniin lähetettäväksi radiotaajuisina sähkömagneettisina aaltoina.

Vaihe 9: Taajuusmodulaatio (FM) -vastaanotinsarja

Tämä FM -vastaanotinsarja perustuu HEX3653 -siruun, joka on erittäin integroitu FM -demodulaattori.

Paketti sisältää:

• PCB
• U1 HEX3653 siru SMD 16 -nastainen
• Q1 SS8050 NPN -transistori
• L1 Induktori 100uH
• Y1 32.768KHz Crystal
• R1, R2, R3, R4 vastukset 10KOhm
• C1, C2 elektrolyyttikondensaattorit 100uF
• C3, C5 keraamiset kondensaattorit (104) 0,1uF
• C4 -keraaminen kondensaattori (33) 33pF
• D1, D2 1N4148 Diodit
• Keltainen LED
• Äänipuhelinliitin 3,5 mm
• Nelinapainen otsikko, jossa on hyppyjohdin
• Viisi hetkellistä painiketta
• Kaksi AA -paristopidikettä

HEX3653-vastaanotinsiru toimii 76 MHz-108 MHz: n taajuusalueella, joka on varattu FM-yleisradiolle.

Pakkaus sisältää viisi painiketta:

• Taajuusviritys (SEEK +, SEEK-)
• Äänenvoimakkuuden säätö (VOL +, VOL-)
• Teho (PW)

Piirin käyttöjännite on 1,8-3,6 V, joka on helppo syöttää kahdesta 1,5 V: n kennosta.

Vaihe 10: HEX3653 FM -vastaanotinsarjan suunnittelu

Antennitulolle on kaksi vaihtoehtoa.

Johto voidaan kiinnittää piirilevyn "A" -levyyn tai kuulokejohdon suojaus voi toimia antennina.

Neljän nastainen otsikko toimii antennikytkimenä (merkitty ASW). Oikosulkukytkimen sijoittaminen ASW: hen valitsee kahden antennitulon välillä. Oikosulun nastat 1 ja 2 reitittävät ulkoisen antennin "A" -signaalin HEX3653 -sirun neljään nastaan. Vaihtoehtoisesti oikosulun nastat 2 ja 3 ohjaavat kuulokeliitännän suojatapin HEX3653 -sirun neljään nastaan.

HEX3653 -sirun nasta neljä on radiotaajuinen (RF) tulo vastaanotinsirulle. Valittu RF -signaali kulkee ensin L1: n ja C4: n läpi, jotka toimivat suodattimena. Sitten käytetään kahta leikkausdiodia liiallisen tulojännitteen rajoittamiseksi.

Viiden nastaisen otsikon (merkitty B) avulla vastaanotinmoduuli voidaan integroida toiseen järjestelmään. Virtalähteen tuloa varten on kaksi nastaa (+V, maa) ja kolme audiolähtöä (oikea, vasen, maa).

Vaihe 11: HEX3653 FM -vastaanotinsarjan kokoaminen

Kolme keraamista kondensaattoria ja kide eivät ole polarisoituneet ja ne voidaan asettaa mihin tahansa suuntaan. Niitä ei voi vaihtaa keskenään, mutta niitä voidaan kääntää suunnassaan. Kaikki muut komponentit on asennettava PCB -silkkipainoon merkityn suunnan mukaisesti. Kuten tavallista, on parasta aloittaa SMD -sirulla ja siirtyä sitten pienimpiin/lyhyimpiin komponentteihin, jotka toimivat piirilevyn keskustasta reunoihin. Kiinnitä otsikot, ääniliitäntä ja paristopidike viimeiseksi.

Vaihe 12: CCStick

CCStick on Texas Instrumentsin CC1101-sub-GHz-radiolähetin-vastaanotinmoduuli, joka on kytketty Arduino ProMicro -laitteeseen. HackerBox #0034 sisältää kaksi CCStick -sarjaa käytettäväksi viestintälinkin kahdena päätepisteenä tai jossakin muussa viestintäkokoonpanossa.

Texas Instruments CC1101 (tietolomake) on edullinen sub-GHz-lähetin-vastaanotin, joka on suunniteltu erittäin pienitehoisiin langattomiin sovelluksiin. Piiri on tarkoitettu pääasiassa teollisen, tieteellisen ja lääketieteellisen (ISM) ja lyhyen kantaman laitteen (SRD) taajuuskaistoille taajuuksilla 315, 433, 868 ja 915 MHz, mutta voidaan helposti ohjelmoida toimimaan muilla taajuuksilla 300- 348 MHz, 387-464 MHz ja 779-928 MHz. RF -lähetinvastaanotin on integroitu erittäin konfiguroitavaan kantataajuusmodeemiin. Modeemi tukee erilaisia modulointimuotoja, ja sen tiedonsiirtonopeus voidaan määrittää jopa 600 kbps.

Vaihe 13: Arduino ProMicro 3.3V 8MHz

Arduino ProMicro perustuu ATmega32U4 -mikrokontrolleriin, jossa on sisäänrakennettu USB -liitäntä. Tämä tarkoittaa, että tietokoneen ja Arduino -mikro -ohjaimen välillä ei ole FTDI-, PL2303-, CH340- tai muita siruja, jotka toimivat välittäjänä.

Suosittelemme ensin testaamaan Pro Micro ilman juottamalla tapit paikalleen. Voit suorittaa peruskokoonpanon ja testauksen ilman otsikkotappeja. Lisäksi moduulin juottamisen viivästyminen antaa yhden muuttujan vähemmän virheenkorjausta varten, jos kohtaat komplikaatioita.

Jos tietokoneellesi ei ole asennettu Arduino IDE, aloita lataamalla IDE -lomake arduino.cc. VAROITUS: Muista valita 3.3V -versio kohdasta Työkalut> suoritin ennen Pro Micro -ohjelmointia. Jos tämä asetus on 5 V, se toimii kerran, ja laite näyttää siltä, että se ei koskaan muodosta yhteyttä tietokoneeseen, ennen kuin noudatat alla olevan oppaan "Palauta käynnistyslataimeen" ohjeita, mikä voi olla hieman hankalaa.

Sparkfunilla on loistava Pro Micro -liitäntäopas. Liitäntäoppaassa on yksityiskohtainen yleiskatsaus Pro Micro -kortista ja sitten osio "Asennus: Windows" ja osio "Asennus: Mac ja Linux". Noudata näiden asennusohjeiden asianmukaisen version ohjeita saadaksesi Arduino IDE: n tukemaan Pro Micro -laitetta. Aloitamme yleensä työskentelyn Arduino -levyn kanssa lataamalla ja/tai muokkaamalla Blink -luonnosta. Pro Micro ei kuitenkaan sisällä tavanomaista LEDiä nastassa 13. Onneksi voimme ohjata RX/TX -LED -valoja ja Sparkfun on antanut siistin pienen luonnoksen osoittamaan, miten. Tämä on kytkentäoppaan osiossa "Esimerkki 1: Blinkies!" Varmista, että voit koota ja ladata tämän Blinkies! esimerkki ennen kuin jatkat.

Vaihe 14: CCStickin suunnittelu ja käyttö

CC1101 -moduuli ja Arduino ProMicro asetetaan CCStick -piirilevyn silkkipainopuolelle. Toisin sanoen kaksi pienempää moduulia ovat punaisen piirilevyn puolella, jossa on valkoista maalia, ja nastat tulevat ulos sivulta, jossa ei ole valkoista maalia. Valkoista maalia kutsutaan piirilevyksi.

Punaisen piirilevyn jäljet yhdistävät CC1101 -moduulin ja Arduino ProMicron seuraavasti:

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)

CC1101: n nopea aloitus on Elechouse -kirjaston käyttö. Lataa kirjasto napsauttamalla kyseisen sivun "Hae koodi" -linkkiä.

Luo kansio CC1101: lle Arduino Libraries -kansioon. Aseta kaksi ELECHOUSE_CC1101 -tiedostoa (.cpp ja.h) kyseiseen kansioon. Luo myös esimerkkikansio kyseiseen kansioon ja aseta kolme demo-/esimerkkikansiota sinne.

Päivitä tiedoston ELECHOUSE_CC1101.h nastamääritelmät seuraavasti:

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

Aseta sitten esimerkkitiedosto CC1101_RX yhdelle CCStickille ja esimerkkitiedosto CC1101_TX toiselle CCStickille.

CC1101 -lähetinvastaanotinta varten on useita muita mielenkiintoisia resursseja ja projekteja, mukaan lukien seuraava esimerkki:

TomXue Arduino CC1101 Arduino -kirjastoSmartRF Studio

HUOMAUTUS KESKEYTYSTEN KÄYTÖSTÄ:

Voit ottaa näytteen Elechouse -esimerkkiluonnoksesta CC1101_RXinterruprt liittämällä kaksi Arduino ProMicron nastaa CCStick -piirilevyn alapuolelle. Nämä ovat nastat 7 ja 19 (A1), joka yhdistää lähetin -vastaanottimen GDO0 -signaalin mikro -ohjaimen nastaan 7, joka on yksi ulkoisista keskeytysnapeista. Päivitä seuraavaksi yksi edellä mainituista nastamäärittelylinjoista muotoon "#define GDO0 7 // ja 19", koska GDO0 on nyt siirretty nastasta 19 nastaan 7. Etsi sitten CC1101_RXinterruprt -tiedostosta linjan kutsutoiminto attachInterrupt () ja muuta ensimmäinen parametri (keskeytysnumero) arvosta "0" arvoon "4". Tämä tehdään, koska ProMicron nasta 7 liittyy keskeytykseen #4.

Vaihe 15: HACK PLANET

Jos olet nauttinut tästä Instructable -ohjelmasta ja haluat, että postilaatikkoosi saapuu viileä laatikko hakkeroitavia elektroniikka- ja tietotekniikkaprojekteja joka kuukausi, liity vallankumoukseen selaamalla HackerBoxes.com -sivustoa ja tilaamalla kuukausittainen yllätyslaatikko.

Ota yhteyttä ja jaa menestyksesi alla olevissa kommenteissa tai HackerBoxesin Facebook -sivulla. Kerro meille toki, jos sinulla on kysyttävää tai tarvitset apua missä tahansa. Kiitos, että olet osa HackerBoxesia!