HackerBox 0034: SubGHz: 15 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:07

Bulan ini, HackerBox Hackers meneroka Radio Definisi Perisian (SDR) dan komunikasi radio pada frekuensi di bawah 1GHz. Instructable ini mengandungi maklumat untuk memulakan dengan HackerBox # 0034, yang boleh dibeli di sini selagi bekalan masih ada. Juga, jika anda ingin menerima HackerBox seperti ini di kotak surat anda setiap bulan, sila langgan di HackerBoxes.com dan sertai revolusi!

Topik dan Objektif Pembelajaran untuk HackerBox 0034:

• Konfigurasi dan Penggunaan Penerima Radio SDR
• Operasi SDR Mudah Alih
• Memasang Transceiver CCStick Sub-GHz
• Memprogram CCStick menggunakan Arduino ProMicros
• Menghimpunkan Pemancar dan Penerima Audio FM

HackerBoxes adalah perkhidmatan kotak langganan bulanan untuk elektronik dan teknologi komputer DIY. Kami adalah penggemar, pembuat, dan eksperimen. Kita adalah pemimpi impian. HACK PLANET!

Langkah 1: HackerBox 0034: Kandungan Kotak

• Penerima Radio Definisi Perisian USB (SDR)
• MCX Antena untuk Penerima SDR
• Dua Papan Litar Bercetak CCStick
• Dua Transceiver CC1101 dengan Antena
• Dua Arduino ProMicros 3.3V 8MHz
• Kit Pemancar Audio FM
• Kit Penerima Audio FM
• Kabel MicroUSB
• Pin Pengayun Radio Eksklusif "Hertz"

Beberapa perkara lain yang akan membantu:

• Alat pemateri besi solder, solder, dan asas
• Komputer untuk menjalankan alat perisian

Yang paling penting, anda memerlukan rasa pengembaraan, semangat DIY, dan rasa ingin tahu penggodam. Elektronik DIY tegar bukanlah usaha yang remeh, dan HackerBoxes tidak dikurangkan. Tujuannya adalah kemajuan, bukan kesempurnaan. Apabila anda bertahan dan menikmati pengembaraan, kepuasan yang banyak dapat diperoleh daripada belajar teknologi baru dan semoga berjaya menjalankan beberapa projek. Kami mencadangkan untuk mengambil langkah perlahan, mengingat butirannya, dan jangan takut untuk meminta pertolongan.

Terdapat banyak maklumat untuk ahli semasa dan calon, dalam Soalan Lazim HackerBoxes.

Langkah 2: Selamat Datang di Radio Sub-GHz

Muzik isyarat: Radio KAOS

Teknologi sub-GHz adalah pilihan yang sesuai untuk aplikasi tanpa wayar yang memerlukan penggunaan jarak jauh dan rendah. Transmisi jalur sempit dapat menghantar data ke pusat yang jauh, selalunya beberapa batu jauhnya, tanpa melompat dari simpul ke nod. Keupayaan transmisi jarak jauh ini mengurangkan keperluan untuk beberapa stesen pangkalan atau pengulang yang mahal. Protokol sub-GHz proprietari membolehkan pemaju mengoptimumkan penyelesaian tanpa wayar mereka untuk keperluan khusus mereka dan bukannya mematuhi standard yang mungkin meletakkan batasan tambahan pada pelaksanaan rangkaian. Walaupun banyak rangkaian sub-GHz yang ada menggunakan protokol proprietari, industri ini perlahan-lahan menambahkan sistem berasaskan operasi yang berasaskan standard. Sebagai contoh, standard IEEE 802.15.4g semakin popular di seluruh dunia dan diadopsi oleh pelbagai pakatan industri seperti Wi-SUN dan ZigBee.

Beberapa frekuensi menarik untuk diterokai termasuk: 88-108 MHz FM BroadcastNOAA Weather RadioAir Traffic Control315 MHz Keyless Entry Fob (most American Cars) 2m Ham Calling (SSB: 144.200 MHz, FM: 146.52 MHz) 433 MHz ISM / IoT902-928 MHZ ISM / IoT

Pelbagai Skema Modulasi digunakan untuk pelbagai jenis komunikasi radio pada frekuensi ini. Luangkan beberapa minit untuk membiasakan diri dengan asas-asasnya.

Langkah 3: Penerima Radio Definisi Perisian (SDR)

Komponen radio tradisional (seperti modulator, demodulator dan tuner) dilaksanakan menggunakan koleksi peranti perkakasan. Kemunculan pengkomputeran moden dan penukar analog-ke-digital (ADC) membolehkan sebahagian besar komponen berasaskan perkakasan tradisional ini dilaksanakan dalam perisian. Oleh itu, istilah perisian ditentukan radio (SDR). SDR berasaskan komputer mampu melaksanakan penerima radio jalur lebar yang murah.

RTL-SDR adalah dongle USB yang dapat digunakan sebagai penerima radio berasaskan komputer untuk menerima isyarat radio langsung. Pelbagai maklumat tersedia dalam talian untuk bereksperimen dengan teknologi RTL-SDR termasuk panduan memulakan cepat.

Langkah 4: Perkakasan Dongle USB RTL-SDR

RTL2832U adalah demodulator DVB-T COFDM berprestasi tinggi yang menyokong antara muka USB 2.0. RTL2832U menyokong mod 2K atau 8K dengan lebar jalur 6, 7, dan 8MHz. Parameter modulasi, misalnya, kadar kod, dan selang pengawal, dikesan secara automatik. RTL2832U menyokong penala pada output IF (Frekuensi Menengah, 36.125MHz), rendah-IF (4.57MHz), atau Zero-IF menggunakan kristal 28.8MHz, dan termasuk FM / DAB / DAB + Radio Support. Dilengkapi dengan ADC canggih (Analog-ke-Digital Converter), RTL2832U mempunyai kestabilan tinggi dalam penerimaan mudah alih. Penala Digital R820T2 menyokong operasi dalam julat 24 - 1766 MHz.

Perhatikan bahawa dongle SDR mempunyai input RF koaksial MCX untuk digabungkan dengan antena cambuk MCX yang disertakan. Oleh kerana banyak sumber isyarat dan antena biasa menggunakan penyambung koaksial SMA, Pengganti MCX-SMA mungkin berguna.

Langkah 5: Perisian SDR - Radio GNU

GNU Radio adalah alat pengembangan perisian sumber terbuka dan bebas yang menyediakan blok pemprosesan isyarat untuk melaksanakan radio perisian. Ia dapat digunakan dengan perkakasan RF luaran yang tersedia untuk membuat radio yang ditentukan perisian. Radio GNU banyak digunakan dalam lingkungan hobi, akademik, dan komersial untuk menyokong penyelidikan komunikasi tanpa wayar dan sistem radio dunia nyata.

Terdapat banyak rasa dan pelaksanaan Radio GNU. GQRX adalah varian yang bagus untuk pengguna OSX dan Linux.

Langkah 6: SDR Mudah Alih

SDR Touch dapat mengubah telefon bimbit atau tablet anda menjadi pengimbas radio yang ditentukan perisian dan berpatutan. Dengarkan stesen radio FM di udara, laporan cuaca, polis, bomba dan stesen kecemasan, lalu lintas teksi, komunikasi kapal terbang, audio siaran TV analog, amatur radio HAM, siaran digital, dan banyak lagi.

Kabel atau penyesuai USB dalam perjalanan (OTG) diperlukan untuk menyambungkan dongle USB SDR ke peranti mudah alih. Kabel OTG dengan port kuasa tambahan (tambahan) mungkin diperlukan untuk menghidupkan dongle. Port kuasa tambahan mungkin merupakan idea yang baik, kerana aplikasi seperti SDR Touch cenderung cepat menguras bateri pf peranti mudah alih.

Langkah 7: Kit Pemancar Mikrofon

Kit pematerian ini adalah pemancar audio modulasi frekuensi tiga transistor (FM) sederhana. Ia beroperasi dalam julat frekuensi 80MHz-108MHz yang diperuntukkan untuk radio siaran FM. Voltan kerja pemancar adalah 1.5V-9V dan ia akan menghantar lebih dari 100 meter bergantung pada kuasa yang dibekalkan, konfigurasi antena, penalaan, dan faktor elektromagnetik ambien.

Kandungan Kit:

• PCB
• SATU Pot Perapi 500KOhm
• DUA NPN 9018 Transistor
• Transistor SATU NPN 9014
• SATU 4.5 giliran Induktor (4T5)
• DUA 5.5 Induktor giliran (5T5)
• SATU Mikrofon Electret
• Perintang SATU 1M (BrownBlackGreen)
• DUA 22K Perintang (RedRedOrange)
• EMPAT Perintang 33ohm (OrangeOrangeBlack)
• TIGA 2.2K (2K2) Perintang (RedRedRed)
• SATU Cap Elektrolit 33uF
• EMPAT Kapasitor Seramik 30pF "30"
• EMPAT Kapasitor Seramik 100nF "104"
• SATU Kapasitor Seramik 10nF "103"
• DUA Kapasitor Seramik 680pF "681"
• DUA Kapasitor Seramik 10pF "10"
• Kawat Antena
• Klip Bateri 9V
• Pin Header (pecahkan kepada 2 dan 3 pin)

Perhatikan bahawa ketiga-tiga transistor, mikrofon, dan satu kapasitor elektrolit mesti berorientasi seperti yang ditunjukkan pada silkscreen PCB. Induktor dan kapasitor seramik tidak terpolarisasi. Walaupun nilai dan jenisnya tidak dapat ditukar ganti, masing-masing dapat disisipkan dalam kedua-dua arah.

Sekiranya anda baru menggunakan solder: Terdapat banyak panduan dan video hebat dalam talian mengenai pematerian. Inilah salah satu contohnya. Sekiranya anda merasa memerlukan bantuan tambahan, cuba cari kumpulan pembuat atau penggodam tempatan di kawasan anda. Juga, kelab radio amatur selalu menjadi sumber pengalaman elektronik yang sangat baik.

Langkah 8: Reka bentuk Kit Pemancar Mikrofon

Isyarat audio input boleh dikumpulkan oleh mikrofon electret onboard atau disediakan dari sumber elektrik lain ke pin header input. Sambungan mikrofon dapat diperluas menggunakan wayar atau kabel terpotong dari komponen lain untuk membolehkan sambungan ke PCB. Plumbum mikrofon yang dihubungkan ke perumahan luar mikrofon adalah plumbum negatif seperti yang ditunjukkan dalam gambar.

Pada transistor Q1, Frekuensi Modulation dicapai apabila frekuensi pengayun pembawa diubah oleh isyarat audio. Potensiometer pemangkas dapat digunakan untuk menyesuaikan pelemahan input isyarat audio. Isyarat audio digabungkan ke dasar transistor Q1 melalui C2.

Transistor Q2 (bersama dengan R7, R8, C4, C5, L1, C8, dan C7) menyediakan pengayun frekuensi tinggi. C8 adalah kapasitor maklum balas. C7 adalah kapasitor penyekat DC. C5 dan L1 menyediakan tangki resonan untuk pengayun. Mengubah nilai C5 dan / atau L1 akan mengubah frekuensi penghantaran. Selepas pemasangan awal, frekuensi penghantaran lalai adalah sekitar 83MHz. Dengan perlahan-lahan menyebarkan putaran gegelung L1 sedikit sebanyak akan mengubah nilai induktor L1 dan mengalihkan frekuensi penghantaran dengan sewajarnya. Mengekalkan frekuensi sekitar 88MHz-108MHz akan membolehkan isyarat diterima menggunakan mana-mana radio FM, termasuk penerima SDR.

Transistor Q3 (bersama dengan R9, R10, L2, C10, dan C1) membentuk litar penguat kuasa frekuensi tinggi. Isyarat termodulasi digabungkan ke litar penguat melalui kapasitor C6. C10 dan L2 membentuk tangki penala penguat. Daya keluaran maksimum dicapai apabila gelung penguat C10 dan L2 disetel ke frekuensi yang sama dengan gelung pengayun pembawa C5 dan L1.

Akhirnya, C12 dan L3 menyediakan antena turing di mana isyarat yang diperkuat digerakkan ke antena wayar untuk penghantaran sebagai gelombang elektromagnetik frekuensi radio.

Langkah 9: Kit Penerima Frekuensi Modulasi (FM)

Kit penerima FM ini berdasarkan cip HEX3653, yang merupakan Demodulator FM yang sangat bersepadu.

Kit ini merangkumi:

• PCB
• U1 HEX3653 Cip SMD 16pin
• Transistor Q1 SS8050 NPN
• L1 Induktor 100uH
• Kristal Y1 32.768KHz
• Perintang R1, R2, R3, R4 10KOhm
• Kapasitor Elektrolitik C1, C2 100uF
• Kapasitor Seramik C3, C5 (104) 0.1uF
• Kapasitor Seramik C4 (33) 33pF
• D1, D2 1N4148 Dioda
• LED Kuning
• Jack Telefon Audio 3.5mm
• Header Empat Pin dengan Pelompat
• Tombol Tekan Lima Momen
• Pemegang Bateri Dual AA

Cip penerima HEX3653 beroperasi pada julat frekuensi 76MHz-108MHz, yang diperuntukkan untuk radio siaran FM.

Kit ini merangkumi lima butang tekan:

• Penalaan frekuensi (SEEK +, SEEK-)
• Kawalan kelantangan (VOL +, VOL-)
• Kuasa (PW)

Litar mempunyai voltan kerja 1.8-3.6V, yang mudah dibekalkan oleh dua sel 1.5V.

Langkah 10: Reka bentuk Kit Penerima FM HEX3653

Terdapat dua pilihan untuk input antena.

Kawat boleh dipasang ke pad "A" pada PCB atau pelindung wayar fon kepala dapat berfungsi sebagai antena.

Header empat pin berfungsi sebagai suis antena (berlabel ASW). Peletakan jumper pintasan pada ASW memilih antara dua input antena. Shorting pins 1 dan 2 mengarahkan isyarat "A" antena luaran ke pin empat cip HEX3653. Sebagai alternatif, pin pintas 2 dan 3 mengarahkan pin perisai bicu fon kepala ke pin empat cip HEX3653.

Pin empat cip HEX3653 adalah input frekuensi radio (RF) ke cip penerima. Isyarat RF yang dipilih pertama kali melalui L1 dan C4 yang bertindak sebagai penapis. Kemudian dua diod kliping digunakan untuk menghadkan voltan masukan yang berlebihan.

Header lima pin (berlabel B) membolehkan modul penerima diintegrasikan ke dalam sistem lain. Terdapat dua pin untuk input bekalan kuasa (+ V, ground) dan tiga untuk output audio (kanan, kiri, ground).

Langkah 11: Memasang Kit Penerima FM HEX3653

Ketiga kapasitor seramik dan kristal dan tidak terpolarisasi dan boleh dimasukkan dalam orientasi apa pun. Mereka tidak boleh ditukar ganti, tetapi masing-masing boleh diputar mengikut arah tuju mereka. Semua komponen lain mesti dipasang mengikut orientasi yang ditunjukkan pada silkscreen PCB. Seperti biasa, yang terbaik adalah memulakan dengan cip SMD, dan kemudian beralih ke komponen terkecil / terpendek yang berfungsi dari pusat PCB ke arah tepi. Pasang header, bicu audio, dan pemegang bateri terakhir.

Langkah 12: CCStick

CCStick adalah modul pemancar radio sub-GHz Texas Instruments CC1101 yang digabungkan dengan Arduino ProMicro. Dua kit CCStick disertakan dalam HackerBox # 0034 untuk digunakan sebagai dua titik akhir pautan komunikasi atau dalam beberapa konfigurasi komunikasi yang lain.

Texas Instruments CC1101 (lembar data) adalah transceiver sub-GHz kos rendah yang direka untuk aplikasi tanpa wayar berkuasa rendah. Litar ini terutama ditujukan untuk jalur frekuensi Perindustrian, Saintifik, dan Perubatan (ISM) dan Rangkaian Pendek (SRD) pada 315, 433, 868, dan 915 MHz, tetapi dapat dengan mudah diprogramkan untuk beroperasi pada frekuensi lain pada 300- Jalur pita 348 MHz, 387-464 MHz dan 779-928 MHz. Pemancar RF disepadukan dengan modem jalur asas yang sangat boleh dikonfigurasi. Modem menyokong pelbagai format modulasi dan mempunyai kadar data yang dapat dikonfigurasi hingga 600 kbps.

Langkah 13: Arduino ProMicro 3.3V 8MHz

Arduino ProMicro didasarkan pada mikrokontroler ATmega32U4 yang mempunyai antara muka USB terbina dalam. Ini bermaksud bahawa tidak ada FTDI, PL2303, CH340, atau cip lain yang bertindak sebagai perantara antara komputer anda dan mikrokontroler Arduino.

Sebaiknya uji Pro Micro terlebih dahulu tanpa menyisipkan pin ke tempatnya. Anda boleh melakukan konfigurasi dan pengujian asas tanpa menggunakan pin header. Juga, melambatkan pematerian pada modul memberikan satu pemboleh ubah yang kurang untuk disahpijat sekiranya anda mengalami komplikasi.

Sekiranya anda tidak memasang Arduino IDE di komputer anda, mulakan dengan memuat turun borang IDE arduino.cc. PERINGATAN: Pastikan memilih versi 3.3V di bawah alat> pemproses sebelum memprogram Pro Micro. Mempunyai set ini untuk 5V akan berfungsi sekali dan kemudian peranti akan kelihatan tidak pernah menyambung ke PC anda sehingga anda mengikuti arahan "Reset to Bootloader" dalam panduan yang dibincangkan di bawah, yang mungkin sedikit rumit.

Sparkfun mempunyai Panduan Pro Micro Hookup yang hebat. Panduan Hookup mempunyai gambaran keseluruhan terperinci mengenai papan Pro Micro dan kemudian bahagian untuk "Memasang: Windows" dan bahagian untuk "Memasang: Mac & Linux." Ikuti petunjuk dalam versi yang sesuai dari arahan pemasangan tersebut agar Arduino IDE anda dikonfigurasi untuk menyokong Pro Micro. Kami biasanya mula bekerja dengan papan Arduino dengan memuat dan / atau mengubah lakaran Blink standard. Walau bagaimanapun, Pro Micro tidak menyertakan LED biasa pada pin 13. Nasib baik, kita dapat mengawal LED RX / TX dan Sparkfun telah menyediakan lakaran kecil yang kemas untuk menunjukkan caranya. Ini terdapat di bahagian Panduan Hookup yang bertajuk, "Contoh 1: Blinkies!" Sahkan bahawa anda boleh menyusun dan memuat turun Blinkies ini! contoh sebelum meneruskan.

Langkah 14: Reka Bentuk dan Pengoperasian CCStick

Modul CC1101 dan Arduino ProMicro dimasukkan ke bahagian silkscreen CCStick PCB. Dengan kata lain, dua modul yang lebih kecil berada di sisi PCB merah yang mempunyai cat putih di atasnya dan pin keluar dari sisi yang tidak mempunyai cat putih di atasnya. Cat putih dipanggil silkscreen PCB.

Jejak di PCB merah menghubungkan Modul CC1101 dan Arduino ProMicro seperti:

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)

Permulaan cepat untuk CC1101 adalah menggunakan perpustakaan dari Elechouse. Muat turun perpustakaan dengan mengklik pautan "dapatkan kod" di halaman tersebut.

Buat folder untuk CC1101 di folder Perpustakaan Arduino anda. Letakkan dua fail ELECHOUSE_CC1101 (.cpp dan.h) ke dalam folder itu. Buat juga folder contoh dalam folder itu dan letakkan tiga folder demo / contoh di dalamnya.

Kemas kini definisi pin dalam fail ELECHOUSE_CC1101.h seperti:

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

Kemudian letakkan fail contoh CC1101_RX pada satu CCStick dan fail contoh CC1101_TX pada CCStick kedua.

Terdapat sebilangan sumber dan projek menarik lain untuk transceiver CC1101 termasuk contoh berikut:

TomXue Arduino CC1101 Arduino LibrarySmartRF StudioElectrodragon CC1101 ProjectCUL ProjectCCManager ProjectDIY nanoCULAn lain CC1101 Microcontroller Setup

CATATAN TENTANG MENGGUNAKAN GANGGUAN:

Untuk mengambil contoh lakaran contoh Elechouse CC1101_RXinterruprt, sambungkan dua pin Arduino ProMicro di bahagian bawah PCB CCStick. Ini adalah pin 7 dan 19 (A1) yang menghubungkan isyarat transceiver GDO0 ke pin 7 mikrokontroler, yang merupakan salah satu pin gangguan luaran. Seterusnya, kemas kini salah satu pin tentukan garis yang dibincangkan di atas ke "#define GDO0 7 // and 19" kerana GDO0 kini dilompat dari pin 19 ke pin 7. Selanjutnya, dalam fail CC1101_RXinterruprt, cari fungsi panggilan talian yang dilampirkanInterrupt () dan ubah parameter pertama (nombor gangguan) dari "0" menjadi "4". Ini dilakukan kerana pin 7 dari ProMicro dikaitkan dengan gangguan # 4.

Langkah 15: HACK PLANET

Sekiranya anda menikmati Instructable ini dan ingin mempunyai kotak projek elektronik dan komputer yang boleh digodam yang hebat di kotak surat anda setiap bulan, sila sertai revolusi dengan melayari HackerBoxes.com dan berlangganan untuk menerima kotak kejutan bulanan kami.

Jangkau dan kongsi kejayaan anda dalam komen di bawah atau di Laman Facebook HackerBoxes. Pasti beritahu kami jika anda mempunyai sebarang pertanyaan atau memerlukan bantuan mengenai apa sahaja. Terima kasih kerana menjadi sebahagian daripada HackerBoxes!