HackerBox 0034: SubGHz: 15 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:03

Ta mesec hekerji HackerBox raziskujejo programsko opredeljeni radio (SDR) in radijsko komunikacijo na frekvencah pod 1 GHz. Ta navodila vsebujejo informacije za začetek uporabe HackerBox -a #0034, ki ga lahko kupite tukaj, dokler niso na zalogi. Če želite vsak mesec v svoj nabiralnik prejemati takšen HackerBox, se naročite na HackerBoxes.com in se pridružite revoluciji!

Teme in učni cilji za HackerBox 0034:

• Konfiguracija in uporaba radijskih sprejemnikov SDR
• Mobilne operacije SDR
• Sestavljanje CCStick Sub-GHz oddajnika
• Programiranje CCSticka z uporabo Arduino ProMicros
• Sestavljanje avdio oddajnikov in sprejemnikov FM

HackerBoxes je storitev mesečne naročnine na elektroniko in računalniško tehnologijo DIY. Smo ljubitelji, ustvarjalci in eksperimentatorji. Mi smo sanjači sanj. ZDRUŽITE PLANETO!

1. korak: HackerBox 0034: Vsebina škatle

• Radijski sprejemnik (SDR) s programsko opremo USB
• MCX antena za sprejemnik SDR
• Dve tiskani vezji CCStick
• Dva oddajnika CC1101 z antenami
• Dva Arduino ProMicros 3.3V 8MHz
• Komplet FM avdio oddajnika
• Komplet FM avdio sprejemnika
• MicroUSB kabel
• Ekskluzivni radijski oscilator "Hertz" Pin

Nekaj drugih stvari, ki vam bodo v pomoč:

• Spajkalnik, spajkalnik in osnovna orodja za spajkanje
• Računalnik za izvajanje programskih orodij

Najpomembneje je, da boste potrebovali občutek pustolovščine, DIY duha in hekersko radovednost. Hardcore DIY elektronika ni trivialno zasledovanje in HackerBoxes ni razvodnjen. Cilj je napredek in ne popolnost. Ko vztrajate in uživate v pustolovščini, lahko veliko znanja pridobite z učenjem nove tehnologije in upajmo, da bodo nekateri projekti uspeli. Predlagamo, da vsak korak naredite počasi, pri tem pazite na podrobnosti in ne bojte se prositi za pomoč.

V pogostih vprašanjih o HackerBoxes je veliko informacij za sedanje in bodoče člane.

2. korak: Dobrodošli na Sub-GHz Radio

Izvirna glasba: Radio KAOS

Tehnologija Sub-GHz je idealna izbira za brezžične aplikacije, ki zahtevajo dolg doseg in nizko porabo energije. Ozkopasovni prenosi lahko prenašajo podatke do oddaljenih vozlišč, pogosto več milj stran, ne da bi skočili iz vozlišča v vozlišče. Ta zmogljivost prenosa na dolge razdalje zmanjšuje potrebo po več dragih baznih postajah ali repetitorjih. Lastniški protokoli pod GHz omogočajo razvijalcem, da optimizirajo svojo brezžično rešitev za svoje posebne potrebe, namesto da bi se uskladili s standardom, ki bi lahko dodatno omejil implementacijo omrežja. Medtem ko številna obstoječa omrežja pod GHz uporabljajo lastniške protokole, industrija počasi dodaja interoperabilne sisteme, ki temeljijo na standardih. Na primer, standard IEEE 802.15.4g postaja vse bolj priljubljen po vsem svetu in ga sprejemajo različna industrijska združenja, kot sta Wi-SUN in ZigBee.

Nekatere zanimive frekvence za raziskovanje vključujejo: 88-108 MHz FM oddajanje NOAA Weather RadioAir Traffic Control315 MHz brez ključa za vstop (večina ameriških avtomobilov) 2m Ham Calling (SSB: 144.200 MHz, FM: 146.52 MHz) 433 MHz ISM/IoT902-928 MHZ ISM/ IoT

Za različne vrste radijskih komunikacij na teh frekvencah se uporabljajo različne modulacijske sheme. Vzemite si nekaj minut časa, da se seznanite z osnovami.

3. korak: programsko spremenjeni radijski sprejemnik (SDR)

Tradicionalne radijske komponente (kot so modulatorji, demodulatorji in uglaševalci) se izvajajo z uporabo zbirke strojnih naprav. Pojav sodobnih računalnikov in analogno-digitalnih pretvornikov (ADC) omogoča, da se večina teh komponent, ki temeljijo na strojni opremi, namesto tega izvaja v programski opremi. Zato izraz programsko opredeljeni radio (SDR). Računalniški SDR omogoča izvajanje poceni širokopasovnih radijskih sprejemnikov.

RTL-SDR je USB ključ, ki ga lahko uporabljamo kot računalniški radijski sprejemnik za sprejemanje radijskih signalov v živo. Na spletu je na voljo široka paleta informacij za eksperimentiranje s tehnologijo RTL-SDR, vključno s kratkim vodnikom.

Korak: Strojna oprema USB Dongle RTL-SDR

RTL2832U je visokozmogljiv DVM-T COFDM demodulator, ki podpira vmesnik USB 2.0. RTL2832U podpira način 2K ali 8K s pasovno širino 6, 7 in 8 MHz. Parametri modulacije, na primer kodna hitrost in varovalni interval, se samodejno zaznajo. RTL2832U podpira sprejemnike na IF (vmesna frekvenca, 36,125MHz), nizko-IF (4,57MHz) ali izhodni nič-IF z uporabo kristala 28,8 MHz in vključuje FM/DAB/DAB+ radijsko podporo. RTL2832U ima vgrajen napredni ADC (analogno-digitalni pretvornik) visoko stabilnost pri prenosnem sprejemu. Digitalni sprejemnik R820T2 podpira delovanje v območju 24 - 1766 MHz.

Upoštevajte, da ima ključ SDR koaksialni RF vhod MCX za povezavo z vključeno bičjo anteno MCX. Ker mnogi običajni viri signala in antene uporabljajo koaksialne konektorje SMA, je lahko koristen sklopnik MCX-SMA.

5. korak: programska oprema SDR - GNU Radio

GNU Radio je brezplačen in odprtokodni nabor orodij za razvoj programske opreme, ki zagotavlja bloke za obdelavo signalov za izvajanje programskih radijskih postaj. Uporablja se lahko z lahko dostopno zunanjo RF-strojno opremo za ustvarjanje programsko opredeljenih radijskih sprejemnikov. GNU Radio se pogosto uporablja v hobističnih, akademskih in komercialnih okoljih za podporo tako raziskavam brezžičnih komunikacij kot radijskim sistemom v resničnem svetu.

GNU Radio ima veliko okusov in izvedb. GQRX je lepa varianta za uporabnike OSX in Linux.

6. korak: SDR za mobilne naprave

SDR Touch lahko vaš mobilni telefon ali tablični računalnik spremeni v cenovno ugoden in prenosljiv radijski bralnik s programsko opremo. Poslušajte v živo na radijskih postajah FM, vremenska poročila, policijo, gasilce in postaje za nujne primere, taksi promet, letalsko komunikacijo, zvok analognih televizijskih oddaj, radioamaterje HAM, digitalne oddaje in še veliko več.

Za priključitev USB ključa SDR na mobilno napravo potrebujete kabel USB ali adapter na poti (OTG). Za napajanje ključa bo morda potreben kabel OTG z dodatnimi (pomožnimi) napajalnimi vrati. Dodatna vrata za napajanje so lahko dobra ideja, saj je aplikacija, kot je SDR Touch, nagnjena k hitremu praznjenju baterij mobilnih naprav.

7. korak: Komplet oddajnika za mikrofon

Ta komplet za spajkanje je preprost tri-tranzistorski frekvenčno modulirajoči (FM) avdio oddajnik. Deluje v frekvenčnem območju 80MHz-108MHz, namenjenem FM radijskemu radiu. Delovna napetost oddajnika je 1,5V-9V in bo prenašal več kot 100 metrov, odvisno od dobavljene moči, konfiguracije antene, uglaševanja in zunanjih elektromagnetnih dejavnikov.

Vsebina kompleta:

• PCB
• ONE 500KOhm trimer lonec
• DVA tranzistorja NPN 9018
• EN tranzistor NPN 9014
• ONE 4,5 -valjni induktor (4T5)
• DVA 5,5 vrtljiva induktorja (5T5)
• ONE Electret mikrofon
• EN 1M upor (BrownBlackGreen)
• DVA 22K upori (rdeča -rdeča)
• Štirje 33 ohmski upori (oranžno -oranžno -črni)
• TRI 2.2K (2K2) upori (rdeča rdeča)
• ONE 33uF elektrolitski pokrovček
• ŠTIRI 30pF keramični kondenzatorji "30"
• Štirje 100nF keramični kondenzatorji "104"
• EN 10nF keramični kondenzator "103"
• DVA 680pF keramični kondenzator "681"
• DVA 10pF keramični kondenzator "10"
• Antenska žica
• 9V sponka za baterijo
• Zatiči glave (prekinite na 2 in 3 nožice)

Upoštevajte, da morajo biti trije tranzistorji, mikrofon in en elektrolitski kondenzator usmerjeni, kot je prikazano na sitotisku PCB. Induktorji in keramični kondenzatorji niso polarizirani. Čeprav vrednosti in vrste niso zamenljivi, jih je mogoče vstaviti v obe smeri.

Če ste šele začeli spajkati: Na spletu je veliko odličnih vodnikov in videoposnetkov o spajkanju. Tukaj je en primer. Če menite, da potrebujete dodatno pomoč, poiščite lokalno skupino ustvarjalcev ali prostor za hekerje na vašem območju. Tudi amaterski radijski klubi so vedno odličen vir izkušenj z elektroniko.

8. korak: Oblikovanje kompleta oddajnika mikrofona

Vhodni zvočni signal lahko zbere vgrajeni elektronski mikrofon ali pa ga iz drugega električnega vira vnese v zatiče vhodne glave. Kable mikrofona lahko podaljšate z žičnimi ali obrezanimi vodi iz drugih komponent, da omogočite povezavo z tiskanim vezjem. Kabel mikrofona, priključen na zunanje ohišje mikrofona, je negativni kabel, kot je prikazano na sliki.

Na tranzistorju Q1 se frekvenčna modulacija doseže, ko se zvočni signal spremeni frekvenco nosilnega oscilatorja. Potenciometer za obrezovanje se lahko uporablja za prilagajanje vhodnega slabljenja zvočnega signala. Zvočni signal je prek C2 povezan z bazo tranzistorja Q1.

Tranzistor Q2 (skupaj z R7, R8, C4, C5, L1, C8 in C7) zagotavlja visokofrekvenčni oscilator. C8 je povratni kondenzator. C7 je kondenzator, ki blokira enosmerni tok. C5 in L1 zagotavljata resonančni rezervoar za oscilator. Spreminjanje vrednosti C5 in/ali L1 bo spremenilo oddajno frekvenco. Po začetni montaži bo privzeta frekvenca prenosa približno 83 MHz. Nežno širjenje zavojev tuljave L1 za majhen delček bo spremenilo vrednost induktorja L1 in ustrezno spremenilo frekvenco prenosa. Ohranjanje frekvence okoli 88MHz-108MHz bo omogočilo sprejem signala prek katerega koli FM radia, vključno s sprejemnikom SDR.

Tranzistor Q3 (skupaj z R9, R10, L2, C10 in C1) tvori vezje visokofrekvenčnega ojačevalnika moči. Modulirani signal je povezan s ojačevalnim vezjem preko kondenzatorja C6. C10 in L2 tvorita ojačevalno posodo za uglaševanje. Največja izhodna moč je dosežena, če sta ojačevalna zanka C10 in L2 nastavljena na isto frekvenco kot zanka nosilnega oscilatorja za C5 in L1.

Nazadnje, C12 in L3 zagotavljata antensko turing, kjer ojačeni signal vstopi v žično anteno za prenos kot radiofrekvenčni elektromagnetni valovi.

9. korak: Komplet sprejemnika za frekvenčno modulacijo (FM)

Ta komplet FM sprejemnikov temelji na čipu HEX3653, ki je visoko integriran FM demodulator.

Komplet vključuje:

• PCB
• U1 HEX3653 Čip SMD 16pin
• Q1 SS8050 NPN tranzistor
• L1 Induktor 100uH
• Y1 32.768KHz kristal
• R1, R2, R3, R4 upori 10KOhm
• C1, C2 elektrolitski kondenzatorji 100uF
• C3, C5 keramični kondenzatorji (104) 0,1 uF
• C4 keramični kondenzator (33) 33pF
• D1, D2 1N4148 Diode
• Rumena LED
• Zvočni priključek za telefon 3,5 mm
• Štirinožna glava s skakalcem
• Pet trenutnih gumbov
• Dvojno držalo za baterije AA

Sprejemniški čip HEX3653 deluje v frekvenčnem območju 76MHz-108MHz, ki je dodeljen radijskemu sprejemniku FM.

Komplet vsebuje pet gumbov:

• Uglaševanje frekvence (SEEK +, SEEK-)
• Regulacija glasnosti (VOL +, VOL-)
• Moč (PW)

Vezje ima delovno napetost 1,8-3,6 V, ki jo enostavno napajata dve 1,5-voltni celici.

10. korak: Oblikovanje kompleta FM sprejemnikov HEX3653

Za antenski vhod obstajata dve možnosti.

Žico lahko pritrdite na ploščico "A" na tiskanem vezju ali pa zaščita kabla slušalk služi kot antena.

Štiri-polna glava služi kot antensko stikalo (označeno z ASW). Namestitev kratkega stikala na ASW izbere med dvema antenskima vhodoma. Kratki zatiči 1 in 2 usmerita signal zunanje antene "A" na pin štiri čipa HEX3653. Druga možnost je, da kratka zatiča 2 in 3 usmerita ščitnik vtiča za slušalke na pin štiri čipa HEX3653.

Štiri nožice čipa HEX3653 je vhod radijske frekvence (RF) v sprejemnik. Izbrani RF signal najprej gre skozi L1 in C4, ki delujeta kot filter. Nato se za omejevanje prekomerne vhodne napetosti uporabljata dve odsekajoči diodi.

Pet-polna glava (označena z B) omogoča sprejem sprejemnega modula v drug sistem. Obstajata dva zatiča za vhod napajanja (+V, ozemljitev) in tri za avdio izhod (desno, levo, ozemljitev).

11. korak: Sestavljanje kompleta FM sprejemnika HEX3653

Trije keramični kondenzatorji in kristal niso polarizirani in jih je mogoče vstaviti v kateri koli smeri. Niso zamenljivi, vendar se lahko vsak zasuka v svoji orientaciji. Vse druge komponente morajo biti nameščene v skladu z orientacijo, navedeno na sitotisku za tiskano vezje. Kot običajno je najbolje, da začnete s čipom SMD, nato pa se premaknete na najmanjše/najkrajše komponente, ki delujejo od središča tiskanega vezja proti robovom. Glave, avdio priključek in nosilec baterije pritrdite nazadnje.

12. korak: CCStick

CCStick je radijski oddajni modul pod-GHz Texas Instruments CC1101, povezan z Arduino ProMicro. Dva kompleta CCStick sta vključena v HackerBox #0034 za uporabo kot dve končni točki komunikacijske povezave ali v kakšni drugi komunikacijski konfiguraciji.

Texas Instruments CC1101 (podatkovni list) je poceni oddajnik pod GHz, zasnovan za brezžične aplikacije z zelo nizko porabo energije. Vezje je v glavnem namenjeno za frekvenčne pasove industrijskih, znanstvenih in medicinskih (ISM) in naprav kratkega dosega (SRD) pri 315, 433, 868 in 915 MHz, vendar ga je mogoče enostavno programirati za delovanje na drugih frekvencah v 300- Pasovi 348 MHz, 387-464 MHz in 779-928 MHz. Oddajnik RF je integriran z visoko nastavljivim modemom osnovnega pasu. Modem podpira različne modulacijske formate in ima nastavljivo hitrost prenosa podatkov do 600 kbps.

Korak: Arduino ProMicro 3.3V 8MHz

Arduino ProMicro temelji na mikrokrmilniku ATmega32U4, ki ima vgrajen vmesnik USB. To pomeni, da med vašim računalnikom in mikrokrmilnikom Arduino ni posrednika FTDI, PL2303, CH340 ali katerega koli drugega čipa.

Predlagamo, da najprej preizkusite Pro Micro brez spajkanja zatičev. Osnovno konfiguracijo in testiranje lahko izvedete brez uporabe zatičev glave. Tudi zamuda pri spajkanju modula daje eno manj spremenljivko za odpravljanje napak, če naletite na kakršne koli zaplete.

Če v računalniku nimate nameščenega Arduino IDE, začnite s prenosom obrazca IDE arduino.cc. OPOZORILO: Pred programiranjem Pro Micro ne pozabite izbrati različice 3.3V v orodju> procesor. Ta nastavitev za 5V bo delovala enkrat, nato pa se bo zdelo, da se naprava nikoli ne poveže z vašim računalnikom, dokler ne sledite navodilom »Ponastavi na zagonski program« v spodnjem priročniku, kar je lahko nekoliko težavno.

Sparkfun ima odličen Pro Micro Hookup Guide. Priročnik za priklop vsebuje podroben pregled plošče Pro Micro in nato razdelek za "Namestitev: Windows" in razdelek za "Namestitev: Mac in Linux". Sledite navodilom v ustrezni različici teh navodil za namestitev, da nastavite svoj Arduino IDE za podporo Pro Micro. Običajno začnemo delati z Arduino ploščo tako, da naložimo in/ali spremenimo standardno skico Blink. Vendar Pro Micro ne vključuje običajne LED na zatiču 13. Na srečo lahko nadzorujemo LED diode RX/TX, Sparkfun pa je predstavil lepo skico, ki dokazuje, kako. To je v razdelku Priročnika za priključitev z naslovom "Primer 1: Blinkies!" Preverite, ali lahko sestavite in prenesete te Blinkies! primer, preden greš naprej.

Korak 14: Oblikovanje in delovanje CCSticka

Modul CC1101 in Arduino ProMicro sta vstavljena na stran svilenega platna CCStick PCB. Z drugimi besedami, dva manjša modula sta na strani rdečega tiskanega vezja, na katerem je bela barva, zatiči pa štrlijo s strani, na kateri ni bele barve. Bela barva se imenuje sitotisk PCB.

Sledi v rdečem tiskanem vezju povezujejo modul CC1101 in Arduino ProMicro tako:

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)

Hiter začetek uporabe CC1101 je uporaba knjižnice Elechouse. Prenesite knjižnico s klikom na povezavo "pridobi kodo" na tej strani.

Ustvarite mapo za CC1101 v mapi Arduino Libraries. V to mapo vstavite dve datoteki ELECHOUSE_CC1101 (.cpp in.h). V tej mapi ustvarite tudi mapo z primeri in vanjo postavite tri predstavitvene/zgledne mape.

Posodobite definicije zatičev v datoteki ELECHOUSE_CC1101.h tako:

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

Nato postavite vzorčno datoteko CC1101_RX na eno CCStick in vzorčno datoteko CC1101_TX na drugo CCStick.

Obstajajo še drugi zanimivi viri in projekti za oddajnik CC1101, vključno z naslednjim primerom:

TomXue Arduino CC1101 Knjižnica ArduinoSmartRF StudioElectrodragon CC1101 ProjectCUL ProjectCCManager ProjectDIY nanoCULA Druga nastavitev mikrokrmilnika CC1101

OPOMBA O UPORABI PREKINITEV:

Za vzorec vzorčne skice Elechouse CC1101_RXinterruprt povežite dva zatiča Arduino ProMicro na spodnji strani tiskanega vezja CCStick. To sta nožici 7 in 19 (A1), ki povezuje signal oddajnika GDO0 s pin 7 mikrokrmilnika, ki je eden od zunanjih motenj. Nato posodobite eno od zgoraj opisanih vrstic za definiranje zatičev na "#define GDO0 7 // in 19", saj je GDO0 zdaj preklopljen s pina 19 na pin 7. Nato v datoteki CC1101_RXinterruprt poiščite funkcijo za klicanje vrstice attachInterrupt () in spremenite prvi parameter (številko prekinitve) iz "0" v "4". To se naredi, ker je pin 7 ProMicro povezan s prekinitvijo #4.

15. korak: ZDRUŽITE PLANET

Če ste uživali v tem Instructable in bi radi vsak mesec na vaš nabiralnik prišli kul škatla elektronike in projektov računalniške tehnologije, se pridružite revoluciji tako, da brskate po naslovu HackerBoxes.com in se naročite na prejemanje naše mesečne škatlice presenečenj.

Dosezite in delite svoj uspeh v spodnjih komentarjih ali na Facebook strani HackerBoxes. Vsekakor nam sporočite, če imate kakršna koli vprašanja ali potrebujete pomoč pri čem. Hvala, ker ste del HackerBoxes!