HackerBox 0034: SubGHz: 15 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:50

Този месец хакерите HackerBox проучват софтуерно дефинирано радио (SDR) и радиокомуникации на честоти под 1 GHz. Тази инструкция съдържа информация за започване на работа с HackerBox #0034, 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 0034:

• Конфигуриране и използване на SDR радиоприемници
• Операции за мобилни SDR
• Сглобяване на CCStick Sub-GHz трансивер
• Програмиране на CCStick с помощта на Arduino ProMicros
• Сглобяване на FM аудио предаватели и приемници

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 0034: Съдържание на кутията

• USB софтуерно дефиниран радиоприемник (SDR)
• MCX антена за SDR приемник
• Две печатни платки CCStick
• Два трансивъра CC1101 с антени
• Два Arduino ProMicros 3.3V 8MHz
• Комплект FM аудио предавател
• Комплект FM аудио приемник
• MicroUSB кабел
• Изключителен щифт за радио осцилатор "Hertz"

Някои други неща, които ще бъдат полезни:

• Поялник, спойка и основни инструменти за запояване
• Компютър за стартиране на софтуерни инструменти

Най -важното е, че ще ви трябва чувство за приключение, дух „направи си сам“и хакерско любопитство. Хардкор DIY електрониката не е тривиално преследване и HackerBoxes не се разводняват. Целта е напредък, а не съвършенство. Когато упорствате и се наслаждавате на приключението, голяма степен на удовлетворение може да бъде получено от изучаването на нови технологии и надявам се някои проекти да работят. Предлагаме да правите всяка стъпка бавно, като имате предвид детайлите и не се страхувайте да помолите за помощ.

В често задаваните въпроси за HackerBoxes има богата информация за настоящи и бъдещи членове.

Стъпка 2: Добре дошли в Sub-GHz Radio

Ключова музика: Радио KAOS

Технологията Sub-GHz е идеален избор за безжични приложения, изискващи дълъг обхват и ниска консумация на енергия. Теснолентовите предавания могат да предават данни до отдалечени хъбове, често на няколко мили, без да скачат от възел на възел. Тази възможност за предаване на дълги разстояния намалява нуждата от множество скъпи базови станции или повторители. Собствените протоколи за под-GHz позволяват на разработчиците да оптимизират безжичното си решение спрямо техните специфични нужди, вместо да се съобразят със стандарт, който може да постави допълнителни ограничения при внедряването на мрежата. Докато много от съществуващите под-GHz мрежи използват собствени протоколи, индустрията бавно добавя базирани на стандарти, оперативно съвместими системи. Например стандартът IEEE 802.15.4g набира популярност в световен мащаб и се приема от различни индустриални съюзи като Wi-SUN и ZigBee.

Някои интересни честоти за изследване включват: 88-108 MHz FM излъчване NOAA Weather RadioAir Traffic Control315 MHz Keyless Entry Fob (повечето американски автомобили) 2m Ham Calling (SSB: 144.200 MHz, FM: 146.52 MHz) 433 MHz ISM/IoT902-928 MHZ ISM/ IoT

Различни схеми на модулация се използват за различни видове радиокомуникации на тези честоти. Отделете няколко минути, за да се запознаете с основите.

Стъпка 3: Рецептор за софтуерно дефинирано радио (SDR)

Традиционните радиокомпоненти (като модулатори, демодулатори и тунери) се реализират с помощта на колекция от хардуерни устройства. Появата на съвременните изчислителни и аналогово-цифрови преобразуватели (ADC) позволява повечето от тези традиционно хардуерни компоненти да бъдат внедрени в софтуер. Следователно терминът софтуерно дефинирано радио (SDR). Компютърно базирани SDR предлага внедряване на евтини широколентови радиоприемници.

RTL-SDR е USB ключ, който може да се използва като компютърен радиоприемник за приемане на радио сигнали на живо. Наличен е широк спектър от информация онлайн за експериментиране с технологията RTL-SDR, включително ръководство за бърз старт.

Стъпка 4: RTL-SDR USB Dongle хардуер

RTL2832U е високопроизводителен DVB-T COFDM демодулатор, който поддържа USB 2.0 интерфейс. RTL2832U поддържа 2K или 8K режим с 6, 7 и 8MHz честотна лента. Параметрите на модулация, например кодова скорост и защитен интервал, се откриват автоматично. RTL2832U поддържа тунери на IF (междинна честота, 36.125MHz), нискочестотен (4.57MHz) или Zero-IF изход, използващ кристал 28.8MHz, и включва FM/DAB/DAB+ радио поддръжка. Вграден с усъвършенстван ADC (аналогово-цифров преобразувател), RTL2832U се отличава с висока стабилност в преносимото приемане. Цифровият тунер R820T2 поддържа работа в диапазона 24 - 1766 MHz.

Обърнете внимание, че SDR ключът разполага с MCX коаксиален RF вход за свързване с включената MCX антена за камшик. Тъй като много често срещани източници на сигнал и антени използват SMA коаксиални съединители, MCX-SMA съединител може да бъде полезен.

Стъпка 5: SDR софтуер - GNU Radio

GNU Radio е безплатен набор от инструменти за разработка на софтуер с отворен код, който осигурява блокове за обработка на сигнали за внедряване на софтуерни радиостанции. Може да се използва с леснодостъпен външен RF хардуер за създаване на софтуерно дефинирани радиостанции. GNU Radio се използва широко в любителска, академична и търговска среда за подпомагане както на изследванията на безжичните комуникации, така и в реалните радиосистеми.

Има много вкусове и реализации на GNU Radio. GQRX е хубав вариант за потребители на OSX и Linux.

Стъпка 6: Мобилен SDR

SDR Touch може да превърне вашия мобилен телефон или таблет в достъпен и преносим софтуер за радио скенер, дефиниран от софтуер. Слушайте на живо в ефирни FM радиостанции, прогнози за времето, полиция, пожарна и аварийни станции, трафик на таксита, самолетни комуникации, аудио от аналогови телевизионни предавания, радиолюбители на HAM, цифрови предавания и много други.

Изисква се USB кабел или адаптер в движение (OTG) за свързване на USB ключа SDR към мобилно устройство. За захранване на ключа може да е необходим OTG кабел с допълнителен (спомагателен) захранващ порт. Допълнителен порт за захранване може да е добра идея независимо от това, тъй като приложение като SDR Touch е склонно към бързо изтощаване на батериите от мобилни устройства.

Стъпка 7: Комплект предавател за микрофон

Този комплект за запояване е прост тритранзисторен честотно модулиращ (FM) аудио предавател. Той работи в честотния диапазон от 80MHz-108MHz, предназначен за FM излъчване на радио. Работното напрежение на предавателя е 1.5V-9V и той ще предава над 100 метра в зависимост от подадената мощност, конфигурацията на антената, настройката и околните електромагнитни фактори.

Съдържание на комплекта:

• Печатни платки
• ЕДНО 500Комско тримерно гърне
• ДВА транзистора NPN 9018
• Един транзистор NPN 9014
• ONE 4.5 оборотен индуктор (4T5)
• ДВА 5.5 оборотни индуктора (5T5)
• ЕДЕН Електретен микрофон
• ONE 1M Resistor (BrownBlackGreen)
• ДВА 22K резистора (RedRedOrange)
• ЧЕТИРИ 33ohm резистора (OrangeOrangeBlack)
• ТРИ 2.2K (2K2) резистора (RedRedRed)
• ЕДНА 33uF електролитна капачка
• ЧЕТИРИ 30pF керамични кондензатори „30“
• ЧЕТИРИ 100nF керамични кондензатора „104“
• ЕДИН 10nF керамичен кондензатор „103“
• ДВА 680pF керамичен кондензатор „681“
• ДВА 10pF керамичен кондензатор "10"
• Антенен проводник
• Щипка за батерия 9V
• Заглавни щифтове (прекъсване на 2 и 3 пина)

Имайте предвид, че трите транзистора, микрофонът и единият електролитен кондензатор трябва да бъдат ориентирани, както е показано на печатната платка. Индукторите и керамичните кондензатори не са поляризирани. Въпреки че стойностите и типовете не са взаимозаменяеми, всеки може да бъде вмъкнат в която и да е ориентация.

Ако сте нов за запояване: Има много страхотни ръководства и видеоклипове онлайн за запояване. Ето един пример. 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.

Стъпка 8: Проектиране на комплекта за предавател на микрофон

Входният аудио сигнал може да бъде събран от вградения електретен микрофон или да бъде подаден от друг електрически източник в щифтовете на входния заглавие. Кабелите на микрофона могат да бъдат удължени с помощта на проводник или подрязани проводници от други компоненти, за да се позволи свързване към печатната платка. Кабелът на микрофона, свързан към външния корпус на микрофона, е отрицателният проводник, както е показано на изображението.

При транзистор Q1, честотната модулация се постига, когато честотата на носещия осцилатор се промени от аудио сигнала. Тримерният потенциометър може да се използва за регулиране на входното затихване на аудио сигнала. Аудиосигналът се свързва към основата на транзистор Q1 чрез C2.

Транзисторът Q2 (заедно с R7, R8, C4, C5, L1, C8 и C7) осигурява високочестотния осцилатор. C8 е кондензатор за обратна връзка. C7 е DC-блокиращ кондензатор. C5 и L1 осигуряват резонансния резервоар за осцилатора. Промяната на стойностите на C5 и/или L1 ще промени честотата на предаване. След първоначалното сглобяване честотата на предаване по подразбиране ще бъде около 83MHz. Внимателно разпръскване на завоите на бобина L1, малко парче ще промени стойността на индуктора L1 и ще измести съответно честотата на предаване. Запазването на честотата около 88MHz-108MHz ще позволи приемането на сигнала чрез всяко FM радио, включително SDR приемник.

Транзисторът Q3 (заедно с R9, R10, L2, C10 и C1) образува високочестотна верига на усилвател на мощност. Модулираният сигнал се свързва към усилващата верига през кондензатор С6. C10 и L2 образуват резервоар за настройка на усилване. Максималната изходна мощност се постига, когато усилвателният контур на C10 и L2 е настроен на същата честота като носещия осцилаторен контур на C5 и L1.

И накрая, C12 и L3 осигуряват опъване на антената, където усиленият сигнал се задвижва в телена антена за предаване като радиочестотни електромагнитни вълни.

Стъпка 9: Комплект приемник за честотна модулация (FM)

Този комплект FM приемник се основава на чипа HEX3653, който е силно интегриран FM демодулатор.

Комплектът включва:

• Печатни платки
• U1 HEX3653 Чип SMD 16pin
• Q1 SS8050 NPN транзистор
• L1 Индуктор 100uH
• Y1 32.768KHz кристал
• R1, R2, R3, R4 резистори 10KOhm
• C1, C2 Електролитични кондензатори 100uF
• C3, C5 керамични кондензатори (104) 0.1uF
• C4 керамичен кондензатор (33) 33pF
• D1, D2 1N4148 Диоди
• Жълт светодиод
• Аудио жак за телефон 3.5 мм
• Четири-пинов хедър с джъмпер
• Пет моментални бутона
• Двоен държач за батерии AA

Приемният чип HEX3653 работи в честотния диапазон 76MHz-108MHz, който е разпределен за FM радиоразпръскване.

Комплектът включва пет бутона:

• Настройка на честотата (SEEK +, SEEK-)
• Контрол на силата на звука (VOL +, VOL-)
• Мощност (PW)

Схемата има работно напрежение 1.8-3.6V, което лесно се захранва от две 1.5V клетки.

Стъпка 10: Проектиране на комплекта FM приемник HEX3653

Има две опции за вход за антена.

Към "A" подложката на печатната платка може да се прикрепи проводник или екранирането на проводника на слушалките може да служи като антена.

Четири-пиновият хедър служи като антенен превключвател (обозначен като ASW). Поставянето на късо съединителя на ASW се избира между двата антенни входа. Късите пинове 1 и 2 насочват сигнала на външната антена "A" към щифт четири на чипа HEX3653. Алтернативно, късите щифтове 2 и 3 насочват щифтовия щифт на жака за слушалки към щифт четири на чипа HEX3653.

Четвърти щифт на чипа HEX3653 е входът за радиочестота (RF) към чипа на приемника. Избраният RF сигнал първо преминава през L1 и C4, които действат като филтър. След това се използват два изрязващи диода за ограничаване на прекомерното входно напрежение.

Пет-пиновият хедър (обозначен с В) позволява приемния модул да бъде интегриран в друга система. Има два пина за вход за захранване (+V, маса) и три за аудио изход (дясно, ляво, земя).

Стъпка 11: Сглобяване на комплекта FM приемник HEX3653

Трите керамични кондензатора и кристалът не са поляризирани и могат да се поставят в произволна ориентация. Те не са взаимозаменяеми, но всеки може да се завърти в своята ориентация. Всички останали компоненти трябва да бъдат монтирани в съответствие с посоката, посочена на печатната платка. Както обикновено, най -добре е да започнете с чипа SMD и след това да преминете към най -малките/най -късите компоненти, работещи от центъра на печатната платка към краищата. Прикрепете заглавията, аудио жака и държача на батерията последни.

Стъпка 12: CCStick

CCStick е модул за радиопредавател на радиочестотен трансфер на Sub-GHz на Texas Instruments CC1101, свързан с Arduino ProMicro. Два комплекта CCStick са включени в HackerBox #0034 за използване като две крайни точки на комуникационна връзка или в някаква друга комуникационна конфигурация.

Texas Instruments CC1101 (лист с данни) е евтин приемо-предавател на под-GHz, предназначен за безжични приложения с много ниска мощност. Схемата е предназначена главно за честотни ленти за промишлени, научни и медицински (ISM) и устройства за къси разстояния (SRD) на 315, 433, 868 и 915 MHz, но може лесно да бъде програмирана за работа на други честоти в 300- 348 MHz, 387-464 MHz и 779-928 MHz ленти. Радиочестотният трансивер е интегриран с високо конфигурируем модем за основна лента. Модемът поддържа различни формати на модулация и има конфигурируема скорост на предаване на данни до 600 kbps.

Стъпка 13: Arduino ProMicro 3.3V 8MHz

Arduino ProMicro е базиран на микроконтролера ATmega32U4, който има вграден USB интерфейс. Това означава, че няма FTDI, PL2303, CH340 или друг чип, действащ като посредник между вашия компютър и микроконтролера Arduino.

Предлагаме първо да тествате Pro Micro без запояване на щифтовете на място. Можете да извършите основната конфигурация и тестване без да използвате щифтовете на заглавката. Също така, забавянето на запояването на модула дава една променлива по -малко за отстраняване на грешки, ако срещнете някакви усложнения.

Ако нямате инсталирана Arduino IDE на вашия компютър, започнете с изтеглянето на IDE формуляра arduino.cc. ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: Не забравяйте да изберете версията 3.3V под инструменти> процесор, преди да програмирате Pro Micro. Това задаване на 5V ще работи веднъж и тогава устройството ще изглежда никога да не се свързва с вашия компютър, докато не следвате инструкциите „Нулиране на зареждащия механизъм“в ръководството, обсъдено по -долу, което може да бъде малко трудно.

Sparkfun има страхотно ръководство за Pro Micro Hookup. Ръководството за свързване има подробен преглед на платката Pro Micro и след това раздел за „Инсталиране: Windows“и раздел за „Инсталиране: Mac и Linux“. Следвайте указанията в съответната версия на тези инструкции за инсталиране, за да настроите вашата Arduino IDE да бъде конфигурирана да поддържа Pro Micro. Обикновено започваме да работим с дъска Arduino, като зареждаме и/или променяме стандартната скица на Blink. Въпреки това, Pro Micro не включва обичайния светодиод на щифт 13. За щастие можем да контролираме RX/TX светодиодите и Sparkfun предостави чиста малка скица, за да демонстрира как. Това е в раздела на Ръководството за свързване, озаглавен „Пример 1: Мигащи части!“Проверете дали можете да компилирате и изтеглите това Blinkies! пример, преди да продължите.

Стъпка 14: Проектиране и работа на CCStick

Модулът CC1101 и Arduino ProMicro са поставени върху страната на копринената печатна платка CCStick. С други думи, двата по -малки модула са от страната на червената платка, върху която има бяла боя, а щифтовете стърчат от страната, на която няма бяла боя. Бялата боя се нарича PCB копринено сито.

Следите в червената печатна платка свързват модула CC1101 и Arduino ProMicro по следния начин:

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)

Бърз старт за CC1101 е да използвате библиотеката от Elechouse. Изтеглете библиотеката, като кликнете върху връзката „вземете код“на тази страница.

Създайте папка за CC1101 във вашата папка Arduino Libraries. Поставете двата файла ELECHOUSE_CC1101 (.cpp и.h) в тази папка. Също така създайте папка с примери в тази папка и поставете трите демонстрационни/примерни папки там.

Актуализирайте дефинициите на пиновете във файла ELECHOUSE_CC1101.h така:

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

След това поставете примерния файл CC1101_RX на един CCStick и примерния файл CC1101_TX на втория CCStick.

Има редица други интересни ресурси и проекти за трансивъра CC1101, включително следния пример:

TomXue Arduino CC1101 Библиотека ArduinoSmartRF StudioElectrodragon CC1101 ProjectCUL ProjectCCManager ProjectDIY nanoCULA Друга настройка на микроконтролер CC1101

ЗАБЕЛЕЖКА ЗА ИЗПОЛЗВАНЕТО НА ПРЕКРАТИ:

За да изпробвате примерната скица на Elechouse CC1101_RXinterruprt, свържете два пина на Arduino ProMicro от долната страна на CCStick печатната платка. Това са щифтове 7 и 19 (A1), които свързват сигнала на приемо -предавателя GDO0 към извод 7 на микроконтролера, който е един от външните прекъсващи щифтове. След това актуализирайте един от редовете за дефиниране на щифтове, обсъдени по -горе, на "#define GDO0 7 // и 19", тъй като GDO0 вече е прекъснат от щифт 19 към пин 7. След това във файла CC1101_RXinterruprt намерете функцията за извикване на линия attachInterrupt () и променете първия параметър (номер на прекъсване) от "0" на "4". Това се прави, защото щифт 7 на ProMicro е свързан с прекъсване #4.

Стъпка 15: ХАК НА ПЛАНЕТАТА

Ако сте харесали този Instructable и искате да имате готина кутия с хакируема електроника и проекти за компютърни технологии, които да се спускат по пощенската ви кутия всеки месец, моля, присъединете се към революцията, като сърфирате до HackerBoxes.com и се абонирате за получаване на нашата месечна кутия за изненади.

Протегнете ръка и споделете успеха си в коментарите по -долу или на страницата на HackerBoxes във Facebook. Със сигурност ни уведомете, ако имате въпроси или имате нужда от помощ за нещо. Благодарим ви, че сте част от HackerBoxes!