HackerBox 0038: TeknoDactyl: 17 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

HackerBox Хакерите изследват електронното разпознаване на пръстови отпечатъци и механичните въртящи се играчки с повърхностен микроконтролер и LED схеми. Тази инструкция съдържа информация за започване на работа с HackerBox #0038, която може да бъде закупена тук до изчерпване на количествата. Също така, ако искате да получавате такъв HackerBox точно във вашата пощенска кутия всеки месец, моля, абонирайте се на HackerBoxes.com и се присъединете към революцията!

Теми и учебни цели за HackerBox 0038:

• Разгледайте електронното разпознаване на пръстови отпечатъци
• Конфигурирайте и програмирайте микроконтролера Arduino Nano
• Интерфейс на сензорни модули за пръстови отпечатъци към микроконтролери
• Интегрирайте сензорите за пръстови отпечатъци във вградени системи
• Практикувайте техники за запояване с повърхностно монтиране
• Сглобете проект за акрилна LED дрънкалка
• Конфигурирайте и програмирайте микроконтролера Digispark
• Експериментирайте с полезни натоварвания чрез инжектиране на USB клавиш

HackerBoxes е месечната абонаментна услуга за електроника и компютърни технологии „направи си сам“. Ние сме любители, създатели и експериментатори. Ние сме мечтателите на мечтите.

ХАК НА ПЛАНЕТАТА

Стъпка 1: HackerBox 0038: Съдържание на кутията

• Модул за сензор за пръстови отпечатъци
• Arduino Nano 5V 16MHz microUSB
• LED Fidget Spinner Solder Kit
• Монетни клетки CR1220 за комплект за центрофуги
• USB Digispark микроконтролерен модул
• ПИНЦЕ ESD
• Разпръскваща плитка
• Два четирипътни превключвателя за ниво на напрежение
• USB удължителен кабел
• Изключителна наклейка за коване на HackerBox
• Изключителна хакерска наклейка "Quad Cut Up"
• Изключителен пластир за гладене на стола

Някои други неща, които ще бъдат полезни:

• Поялник, спойка и основни инструменти за запояване
• Запояващ флюс (пример)
• Светеща лупа (пример)
• Компютър за стартиране на софтуерни инструменти
• Пръсти за въртене на дрънкалки
• Пръсти за експерименти с пръстови отпечатъци

Най -важното е, че ще ви трябва чувство за приключение, хакерски дух, търпение и любопитство. Изграждането и експериментирането с електроника, макар и много възнаграждаващо, може да бъде сложно, предизвикателно и дори разочароващо понякога. Целта е напредък, а не съвършенство. Когато упорствате и се наслаждавате на приключението, от това хоби може да се получи голямо удовлетворение. Направете всяка стъпка бавно, обърнете внимание на детайлите и не се страхувайте да помолите за помощ.

В често задаваните въпроси за HackerBoxes има богата информация за настоящи и бъдещи членове. Почти всички имейли за нетехническа поддръжка, които получаваме, вече са отговорени там, така че наистина оценявам, че отделихте няколко минути, за да прочетете често задаваните въпроси.

Стъпка 2: Електронно разпознаване на пръстови отпечатъци

Скенерите за пръстови отпечатъци са биометрични системи за сигурност за анализ на фрикционни гребени от върха на пръста на човека, известен също като пръстов отпечатък (дактилограф). Тези скенери се използват в правоприлагането, сигурността на самоличността, контрола на достъпа, компютрите и мобилните телефони.

Всеки има белези на пръстите си. Те не могат да бъдат премахнати или променени. Тези знаци имат модел, наречен пръстов отпечатък. Всеки пръстов отпечатък е специален и различен от всеки друг в света. Тъй като има безброй комбинации, пръстовите отпечатъци се превърнаха в идеално средство за идентификация.

Системата за скенер за пръстови отпечатъци има две основни задачи. Първо, той улавя изображение на пръста. След това определя дали моделът на хребети и долини в това изображение съвпада с модела на хребети и долини в предварително сканирани изображения. Само специфични характеристики, които са уникални за всеки пръстов отпечатък, се филтрират и запазват като криптиран биометричен ключ или математическо представяне. Никога не се запазва изображение на пръстов отпечатък, а само поредица от числа (двоичен код), която се използва за проверка. Алгоритъмът не може да бъде обърнат, за да преобразува кодираната информация обратно в изображение на пръстов отпечатък. Това прави изключително малко вероятно извличането или дублирането на използваеми пръстови отпечатъци от информацията за кодирано изображение.

(Уикипедия)

Стъпка 3: Платформа за микроконтролер Arduino Nano

Arduino Nano или подобна платка за микроконтролер е чудесен избор за свързване с модули за скенер за пръстови отпечатъци. Включената платка Arduino Nano се доставя с щифтове за заглавки, но те не са запоени към модула. Оставете щифтовете изключени засега. Извършете тези първоначални тестове на модула Arduino Nano PRIOR за запояване на щифтовете на заглавката на Arduino Nano. Всичко, което е необходимо за следващите няколко стъпки, е microUSB кабел и Arduino Nano точно когато излиза от чантата.

Arduino Nano е миниатюризирана дъска Arduino с повърхностен монтаж, подходяща за макет, с вграден USB. Той е невероятно пълнофункционален и лесен за хакване.

Характеристика:

• Микроконтролер: Atmel ATmega328P
• Напрежение: 5V
• Цифрови I/O пинове: 14 (6 PWM)
• Изводи за аналогов вход: 8
• DC ток на I/O Pin: 40 mA
• Флаш памет: 32 KB (2KB за буутлоудъра)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• Тактова честота: 16 MHz
• Размери: 17мм х 43мм

Този конкретен вариант на Arduino Nano е черният дизайн на Robotdyn. Интерфейсът е чрез вграден MicroUSB порт, който е съвместим със същите MicroUSB кабели, използвани с много мобилни телефони и таблети.

Arduino Nanos разполага с вграден USB/сериен мост чип. В този конкретен вариант мостният чип е CH340G. Имайте предвид, че има различни други видове USB/серийни мостови чипове, използвани на различните видове платки Arduino. Тези чипове ви позволяват USB порта на компютъра да комуникира със серийния интерфейс на процесорния чип на Arduino.

Операционната система на компютъра изисква драйвер за устройство за комуникация с USB/сериен чип. Драйверът позволява на IDE да комуникира с платката Arduino. Конкретният драйвер на устройството, който е необходим, зависи както от версията на операционната система, така и от типа USB/сериен чип. За CH340 USB/серийни чипове има налични драйвери за много операционни системи (UNIX, Mac OS X или Windows). Производителят на CH340 доставя тези драйвери тук.

Когато включите за първи път Arduino Nano в USB порт на вашия компютър, зеленият индикатор за захранване трябва да светне и малко след това синият светодиод трябва да започне да мига бавно. Това се случва, защото Nano е предварително заредена с програмата BLINK, която работи на чисто новия Arduino Nano.

Стъпка 4: Интегрирана среда за развитие на Arduino (IDE)

Ако все още не сте инсталирали Arduino IDE, можете да го изтеглите от Arduino.cc

Ако искате допълнителна уводна информация за работа в екосистемата Arduino, предлагаме да разгледате ръководството за HackerBoxes Starter Workshop.

Включете Nano в MicroUSB кабела, а другия край на кабела в USB порт на компютъра, стартирайте софтуера Arduino IDE, изберете подходящия USB порт в IDE под инструменти> порт (вероятно име с "wchusb" в него). Също така изберете „Arduino Nano“в IDE под инструменти> дъска.

Накрая заредете парче примерен код:

Файл-> Примери-> Основи-> Мигане

Това всъщност е кодът, който е предварително инсталиран на Nano и трябва да работи точно сега, за да мига бавно синия светодиод. Съответно, ако заредим този примерен код, нищо няма да се промени. Вместо това нека променим малко кода.

Ако се вгледате внимателно, можете да видите, че програмата включва светодиода, изчаква 1000 милисекунди (една секунда), изключва светодиода, изчаква още една секунда и след това прави всичко отново - завинаги.

Променете кода, като промените двата израза "delay (1000)" на "delay (100)". Тази модификация ще накара светодиода да мига десет пъти по -бързо, нали?

Нека заредим модифицирания код в Nano, като кликнете върху бутона UPLOAD (иконата със стрелка) точно над променения код. Гледайте под кода за информация за състоянието: „компилиране“и след това „качване“. В крайна сметка IDE трябва да показва „Качването е завършено“и вашият светодиод трябва да мига по -бързо.

Ако е така, поздравления! Току -що сте хакнали първото си парче вграден код.

След като вашата версия за бързо мигане се зареди и работи, защо да не видите дали можете да промените кода отново, за да накарате светодиода да мига бързо два пъти и след това да изчакате няколко секунди, преди да повторите? Пробвам! Какво ще кажете за някои други модели? След като успеете да визуализирате желания резултат, да го кодирате и да го наблюдавате, за да работи по план, вие сте направили огромна стъпка към превръщането си в компетентен хардуер хакер.

Стъпка 5: Запояване на щифтовете за заглавки Arduino Nano

Сега, когато вашият компютър за разработка е конфигуриран да зарежда код към Arduino Nano и Nano е тестван, изключете USB кабела от Nano и се пригответе да запоявате щифтовете на заглавката. Ако за първи път сте в бойния клуб, трябва да запоите.

Има много страхотни ръководства и видеоклипове онлайн за запояване (например). Ако смятате, че имате нужда от допълнителна помощ, опитайте се да намерите местна група производители или хакерско пространство във вашия район. Освен това любителските радиоклубове винаги са отлични източници на електронен опит.

Запояйте двата едноредови заглавки (по петнадесет пина всеки) към модула Arduino Nano. В този проект няма да се използва шест-пинов ICSP (in-circuit серийно програмиране) конектор, така че просто оставете тези пинове изключени. След като запояването приключи, проверете внимателно за запояващи мостове и/или студени спойки. И накрая, свържете Arduino Nano обратно към USB кабела и проверете дали все още работи правилно.

Стъпка 6: Модул на сензора за пръстови отпечатъци

Модулът на сензора за пръстови отпечатъци има сериен интерфейс, което го прави супер лесен за добавяне към вашите проекти. Модулът има вградена FLASH памет за съхраняване на пръстови отпечатъци, които е обучен да разпознава, процес, известен като записване. Просто свържете четири проводника към вашия микроконтролер, както е показано тук. Обърнете внимание, че VCC е 3.3V (не 5V).

Adafruit публикува много хубава библиотека Arduino за сензори за пръстови отпечатъци. Библиотеката включва някои полезни скици. Например „enroll.ino“демонстрира как да запишете (обучите) пръстови отпечатъци в модула. След тренировка „fingerprint.ino“демонстрира как да сканира пръстов отпечатък и да го търси по обучените данни. Документацията на Adafruit за библиотеката може да бъде намерена тук. Можете да получите допълнителни четци за пръстови отпечатъци там или да разгледате някои модули с пера.

ИНТЕГРАЦИЯ

Сензорите за пръстови отпечатъци могат да се добавят към различни проекти, включително системи за сигурност, брави на врати, системи за наблюдение на времето и т.н. Например, той прави страхотно надграждане на проекти от Locksport HackerBox.

Това видео показва примерна система, работеща със сензор за пръстови отпечатъци.

Стъпка 7: LED комплект за въртене

Въртящият се светодиоден комплект използва два Microchip PIC контролера и 24 светодиода за показване на различни цветни шарки. Моделите са видими с помощта на техника за устойчивост на зрението (POV). Моделите могат да се променят с натискане на бутона.

Преди да започнем, проверете всички изброени по -горе парчета. Вероятно има някои допълнителни резистори, кондензатори, светодиоди, винтове и акрилни парчета в комплекта, така че не позволявайте това да ви обърка. Дори ако вашият комплект включва лист с инструкции, инструкциите тук трябва да се окажат много по -лесни за следване.

Стъпка 8: LED комплект за Fidget Spinner - Схеми и печатни платки

Първият ни въпрос, докато разглеждаме тази схема, трябва да бъде: Как точно управлявате 24 светодиода само с десет I/O линии? Магия? Да, магията на Charlieplexing.

ЗАБЕЛЕЖКА ЗА ОРИЕНТАЦИЯ НА КОМПОНЕНТИТЕ. Внимателно прегледайте диаграмата на маркировките за полярност на печатната платка. Двата микроконтролера трябва да се завъртят в правилната ориентация. Също така светодиодите са поляризирани и трябва да бъдат правилно ориентирани. По договор резисторите и кондензаторите могат да бъдат запоени във всяка посока. Бутонът се побира само по един начин.

Стъпка 9: Fidget Spinner - Започвайки със SMT запояване

Комплектът за въртене на въртяща се платка е технология за повърхностно монтиране (SMT), която обикновено е доста предизвикателна за запояване. Оформлението на печатната платка и изборът на компоненти правят този SMT комплект сравнително лесен за запояване. Ако никога не сте работили с SMT запояване, има някои наистина хубави демо видео онлайн (например).

СТАРТ ЗАПАЙКА: Бутонът и неговият 10K ("103") резистор са може би най -лесното място за стартиране, тъй като около тях има много място. Отделете време и поставете двата компонента запоени на място.

Не забравяйте, че дори ако запояването ви не е напълно успешно, пътуването извън сегашната ви зона на комфорт е най -добрата практика. Също така, сглобеният комплект все още ще работи като хладнокръвно въртящо устройство, вдъхновено от електрониката, дори ако светодиодите не са напълно функционални.

Стъпка 10: Fidget Spinner - запояване на микроконтролер

Запояйте двата микроконтролера (обърнете внимание на ориентационната маркировка). Следвайте с двата 0.1uF кондензатора, които са точно до микроконтролерите. Кондензаторите не са поляризирани и могат да бъдат ориентирани така или иначе.

Стъпка 11: Fidget Spinner - LED запояване

На платката има два реда светодиоди и две ленти от LED компоненти. Всяка лента е с различен цвят (червен и зелен), така че дръжте светодиодите от всяка лента заедно в един ред на печатната платка. Няма значение кой ред е зелен и кой червен, но светодиодите с един и същи цвят трябва да са всички заедно в един ред.

Има маркировка "-" на всяка подложка за печатни платки за светодиодите. Тези маркировки се редуват, докато вървите по реда на подложките, което означава, че ориентацията на светодиодите в реда ще се превключва напред -назад. Зелените маркировки от едната страна на всеки светодиод трябва да са ориентирани към "-", което прави за тази LED подложка.

Стъпка 12: Fidget Spinner - Завършете запояване

Запоявайте шестте 200 ома ("201") резистора. Те не са поляризирани и могат да бъдат позиционирани в двете посоки.

Запояйте трите скоби за батерии с монета, като ги поставите в долната част на печатната платка и след това запоявате в двата отвора от горната част на платката.

Поставете три монети клетки и натиснете бутона, за да тествате светодиодите. Няма да можете да видите POV моделите, докато печатната платка е неподвижна, но ще забележите различна яркост между двата банка светодиоди, докато преминавате през режимите на дисплея. Имайте предвид, че късите и дългите преси имат различни ефекти.

Стъпка 13: Неподвижен спинер - Подгответе акрилен корпус

Отстранете защитната хартия от акрилните парчета.

Поставете петте парчета акрил и печатната платка, както са номерирани на изображението. Това представлява подреждането на крайния стек.

Забележете трите малки кръга във всяко парче. Обърнете всички парчета, докато малките кръгове се ориентират в една и съща посока.

Започнете със слой 2, който е този с кръгове с размер на монетна клетка във всяко от трите рамена.

Поставете лагера в центъра на слой 2 и го притиснете в големия отвор. Това ще отнеме много сила. Опитайте се да не напукате акрила, докато правите това. При това може да се образува единична малка пукнатина около монтажния отвор на лагера. Това е напълно приемливо.

Стъпка 14: Fidget Spinner - Механичен монтаж

Подредете слоевете - 1 до 5.

Забележете, че парчета 4 и 5 всъщност са на един и същ слой.

Поставете три от месинговите съединители с резба.

Поставете слой 6 върху купчината.

Забележете, че слоеве 1 и 6 имат по -малки отвори за задържане на месинговите съединители на място.

Използвайте шестте къси винта, за да прикрепите слоеве 1 и 6 към месинговите съединители.

Стъпка 15: Fidget Spinner - Center Hub

Отстранете защитната хартия от три от акрилните цикъла - два големи и един малък.

Поставете дълъг винт през един от големите акрилни кръгове; подредете малкия акрилен кръг върху винта; и завъртете месинговия съединител с резба към винта, за да направите купчина, както е показано на изображението.

Поставете стека през централния хъб.

Уловете стека в главината, като залепите останалия голям акрилен кръг върху отворената страна с помощта на дълъг винт.

Най -добрата перка! Laissez les bon fidget rouler.

Стъпка 16: Digispark и USB Rubber Ducky

Digispark е проект с отворен код, първоначално финансиран чрез Kickstarter. Това е супер миниатюрна, базирана на ATtiny Arduino съвместима платка, използваща Atmel ATtiny85. ATtiny85 е 8 -пинов микроконтролер, който е близък братовчед на типичния чип Arduino, ATMega328P. ATtiny85 има около една четвърт от паметта и само шест I/O пина. Въпреки това, той може да бъде програмиран от Arduino IDE и все още може да изпълнява кода на Arduino без проблеми.

USB Rubber Ducky е любим хакерски инструмент. Това е устройство за инжектиране с натискане на клавиш, маскирано като общо флаш устройство. Компютрите го разпознават като обикновена клавиатура и автоматично приемат предварително програмираните полезни натоварвания при натискане на клавиш при над 1000 думи в минута. Следвайте връзката, за да научите всичко за Rubber Duckies от Hak5, където можете да закупите и истинската сделка. Междувременно този видеоурок показва как да използвате Digispark като каучуково патенце. Друг видео урок показва как да конвертирате скриптове Rubber Ducky за изпълнение на Digispark.

Стъпка 17: HackLife

Надяваме се, че сте се насладили на пътешествието този месец в електрониката „направи си сам“. Протегнете ръка и споделете успеха си в коментарите по -долу или във Facebook групата на HackerBoxes. Със сигурност ни уведомете, ако имате въпроси или имате нужда от помощ за нещо.

Присъедини се към партито. Изживейте HackLife. Можете да получите страхотна кутия с хакерски проекти за електроника и компютърни технологии, доставяни директно във вашата пощенска кутия всеки месец. Просто сърфирайте към HackerBoxes.com и се абонирайте за месечната услуга HackerBox.