HackerBox 0034: SubGHz: 15 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:24

Hierdie maand ondersoek HackerBox Hackers Software Defined Radio (SDR) en radiokommunikasie op frekwensies onder 1GHz. Hierdie instruksie bevat inligting om aan die gang te kom met HackerBox #0034, wat hier gekoop kan word terwyl voorraad hou. As u ook elke maand 'n HackerBox soos hierdie in u posbus wil ontvang, teken dan in op HackerBoxes.com en sluit aan by die revolusie!

Onderwerpe en leerdoelwitte vir HackerBox 0034:

• Opstelling en gebruik van SDR -radio -ontvangers
• Mobiele SDR -bedrywighede
• Die samestelling van die CCStick Sub-GHz-ontvanger
• Die CCStick programmeer met behulp van Arduino ProMicros
• Montering van FM -klank -senders en -ontvangers

HackerBoxes is die maandelikse subskripsiediens vir selfdoenelektronika en rekenaartegnologie. Ons is stokperdjies, vervaardigers en eksperimenteerders. Ons is die dromers van drome. HACK DIE PLANET!

Stap 1: HackerBox 0034: Inhoud van die boks

• Ontvanger van USB -sagteware -gedefinieerde radio (SDR)
• MCX -antenne vir SDR -ontvanger
• Twee stroombane met CCStick -druk
• Twee CC1101 -ontvangers met antennas
• Twee Arduino ProMicros 3.3V 8MHz
• FM -klank sender -stel
• FM -klankontvangerstel
• MicroUSB -kabel
• Eksklusiewe radio -ossillator "Hertz" -pen

'N Paar ander dinge wat nuttig sal wees:

• Soldeerbout, soldeersel en basiese soldeergereedskap
• 'N Rekenaar om sagteware te gebruik

Die belangrikste is dat u 'n gevoel van avontuur, DIY -gees en nuuskierigheid nodig het. Hardcore DIY -elektronika is nie 'n triviale strewe nie, en HackerBoxes word nie afgewater nie. Die doel is vooruitgang, nie volmaaktheid nie. As u volhard en die avontuur geniet, kan u baie tevredenheid put uit die aanleer van nuwe tegnologie en hopelik dat sommige projekte werk. Ons stel voor dat u elke stap stadig neem, let op die besonderhede, en moenie bang wees om hulp te vra nie.

Daar is 'n magdom inligting vir huidige en voornemende lede in die HackerBoxes FAQ.

Stap 2: Welkom by Sub-GHz-radio

Cue musiek: Radio KAOS

Sub-GHz-tegnologie is 'n ideale keuse vir draadlose toepassings wat langafstand en lae kragverbruik vereis. Transmissies met smal band kan data na verafgeleë hubs stuur, dikwels 'n paar kilometer ver, sonder om van knoop na knoop te spring. Hierdie langafstand-oordragvermoë verminder die behoefte aan veelvuldige duur basisstasies of herhalers. Met eie sub-GHz-protokolle kan ontwikkelaars hul draadlose oplossing volgens hul spesifieke behoeftes optimaliseer in plaas van te voldoen aan 'n standaard wat addisionele beperkings op die implementering van die netwerk kan plaas. Terwyl baie bestaande sub-GHz-netwerke eie protokolle gebruik, voeg die bedryf stadig op standaarde gebaseerde, interoperabele stelsels by. Die IEEE 802.15.4g-standaard word byvoorbeeld wêreldwyd gewild en word aangeneem deur verskillende alliansies in die bedryf, soos Wi-SUN en ZigBee.

Enkele interessante frekwensies om te ondersoek, sluit in: 88-108 MHz FM-uitsendingNOAA Weer RadioAir Traffic Control315 MHz sleutellose toegangsfob (die meeste Amerikaanse motors) 2m Ham Calling (SSB: 144.200 MHz, FM: 146.52 MHz) 433 MHz ISM/IoT902-928 MHZ ISM/ IoT

Verskeie modulasiekemas word gebruik vir verskillende tipes radiokommunikasie op hierdie frekwensies. Neem 'n paar minute om kennis te maak met die basiese beginsels.

Stap 3: Ontvanger van sagteware -gedefinieerde radio (SDR)

Tradisionele radiokomponente (soos modulators, demodulators en tuners) word geïmplementeer met behulp van 'n versameling hardeware -toestelle. Met die koms van moderne rekenaar- en analoog-na-digitale omsetters (ADC's) kan die meeste van hierdie tradisioneel op hardeware gebaseerde komponente eerder in sagteware geïmplementeer word. Vandaar die term sagteware gedefinieerde radio (SDR). Rekenaargebaseerde SDR bied die implementering van goedkoop, wye band radio-ontvangers.

Die RTL-SDR is 'n USB-dongle wat gebruik kan word as 'n rekenaargebaseerde radio-ontvanger vir die ontvangs van lewendige radioseine. 'N Wye verskeidenheid inligting is aanlyn beskikbaar om te eksperimenteer met RTL-SDR-tegnologie, insluitend 'n vinnige gids.

Stap 4: RTL-SDR USB Dongle-hardeware

Die RTL2832U is 'n hoëprestasie-DVB-T COFDM-demodulator wat 'n USB 2.0-koppelvlak ondersteun. Die RTL2832U ondersteun 2K- of 8K -modus met 6, 7 en 8MHz bandwydte. Modulasieparameters, byvoorbeeld kodesnelheid en waginterval, word outomaties opgespoor. Die RTL2832U ondersteun tuners by IF (Intermediate Frequency, 36.125MHz), low-IF (4.57MHz) of Zero-IF output met 'n 28.8MHz kristal, en bevat FM/DAB/DAB+ Radio Ondersteuning. Die RTL2832U is ingebed met 'n gevorderde ADC (analoog-na-digitale omskakelaar) en bied hoë stabiliteit in draagbare ontvangs. Die R820T2 digitale ontvanger ondersteun die werking tussen 24 - 1766 MHz.

Let daarop dat die SDR -dongle 'n MCX -koaksiale RF -ingang het om te koppel met die meegeleverde MCX sweepantenne. Aangesien baie algemene seinbronne en antennas SMA-koaksiale verbindings gebruik, kan 'n MCX-SMA-koppelaar nuttig wees.

Stap 5: SDR -sagteware - GNU Radio

GNU Radio is 'n gratis en open-source sagteware-ontwikkelingsgereedskapstel wat seinverwerkingsblokke bied om sagteware-radio's te implementeer. Dit kan gebruik word met geredelik beskikbare eksterne RF-hardeware om sagteware-gedefinieerde radio's te skep. GNU Radio word wyd gebruik in stokperdjie-, akademiese en kommersiële omgewings om navorsing oor draadlose kommunikasie en werklike radiostelsels te ondersteun.

Daar is baie geure en implementerings van GNU Radio. GQRX is 'n goeie variant vir OSX- en Linux -gebruikers.

Stap 6: Mobiele SDR

SDR Touch kan u selfoon of tablet omskep in 'n bekostigbare en draagbare sagteware -gedefinieerde radioskandeerder. Luister regstreeks na FM -radiostasies, weerberigte, polisie, brandweer en noodstasies, taxi -verkeer, vliegtuigkommunikasie, klank van analoog TV -uitsendings, HAM -radioamateurs, digitale uitsendings en vele meer.

'N On-the-go (OTG) USB-kabel of -adapter is nodig om die SDR USB-dongle aan 'n mobiele toestel te koppel. 'N OTG -kabel met 'n ekstra (hulp) kragpoort kan nodig wees om die dongle aan te dryf. 'N Ekstra kragpoort kan egter 'n goeie idee wees, aangesien 'n app soos SDR Touch geneig is om die batterye van mobiele toestelle vinnig leeg te maak.

Stap 7: Mikrofoonsender -stel

Hierdie soldeerstel is 'n eenvoudige klank sender met drie transistors wat frekwensie moduleer (FM). Dit werk in die frekwensiebereik van 80MHz-108MHz wat toegewys is aan FM-uitsendingsradio. Die werkspanning van die sender is 1.5V-9V en dit sal meer as 100 meter oordra, afhangende van die krag wat verskaf word, die antenna-konfigurasie, afstemming en omringende elektromagnetiese faktore.

Inhoud van die kit:

• PCB
• EEN 500KOhm Trimmerpot
• TWEE NPN 9018 -transistors
• EEN NPN 9014 Transistor
• EEN 4.5 draai -induktor (4T5)
• TWEE 5.5 draai -induktors (5T5)
• EEN Electret -mikrofoon
• EEN 1M weerstand (bruin swartgroen)
• TWEE 22K weerstande (RedRedOrange)
• VIER 33ohm weerstande (oranje oranje swart)
• DRIE 2.2K (2K2) weerstande (RedRedRed)
• EEN 33uF elektrolitiese kap
• VIER 30pF keramiek kondensators “30”
• VIER 100nF keramiek kondensators “104”
• EEN 10nF keramiek kondensator “103”
• TWEE 680pF keramiek kondensator “681”
• TWEE 10 pF keramiek kondensator “10”
• Antennedraad
• 9V batteryklem
• Kopspelde (breek na 2 en 3 penne)

Let daarop dat die drie transistors, die mikrofoon en die een elektrolitiese kondensator gerig moet wees soos aangedui op die PCB seeskerm. Die induktors en keramiek kapasitors is nie gepolariseer nie. Alhoewel die waardes en tipes nie uitruilbaar is nie, kan elkeen in beide rigtings ingevoeg word.

As u nog nie soldeer nie: daar is baie goeie gidse en video's oor soldeer aanlyn. Hier is 'n voorbeeld. As u voel dat u ekstra hulp nodig het, probeer om 'n plaaslike makersgroep of hacker -ruimte in u omgewing te vind. Amateurradioklubs is ook altyd uitstekende bronne van elektroniese ervaring.

Stap 8: Ontwerp van die mikrofoonsender

'N Invoerklanksein kan deur die ingeboude elektretmikrofoon ingesamel word of van 'n ander elektriese bron na die ingangskopkoppenne voorsien word. Die mikrofoonkabels kan met behulp van draad of afgesnyde leidings van ander komponente verleng word om verbinding met die printplaat moontlik te maak. Die mikrofoonkabel wat aan die buitenste omhulsel van die mikrofoon gekoppel is, is die negatiewe leiding, soos in die prentjie getoon.

By transistor Q1 word frekwensie modulasie bereik wanneer 'n draer ossillator frekwensie deur die klank sein verander word. Die trimmerpotensiometer kan gebruik word om die insetdemping van die klanksein aan te pas. Die klanksignaal word via C2 aan die basis van transistor Q1 gekoppel.

Transistor Q2 (saam met R7, R8, C4, C5, L1, C8 en C7) verskaf die hoë frekwensie ossillator. C8 is die terugvoerkapasitor. C7 is die DC-blokkerende kapasitor. C5 en L1 bied die resonante tenk vir die ossillator. Die verandering van die waardes van C5 en/of L1 sal die oordragfrekwensie verander. Na die eerste samestelling is die standaard transmissiefrekwensie ongeveer 83MHz. Deur die draaie van spoel L1 saggies te versprei, sal die waarde van die induktor L1 verander word en die transmissiefrekwensie dienooreenkomstig verskuif word. Deur die frekwensie rondom 88MHz-108MHz te hou, kan die sein ontvang word met behulp van enige FM-radio, insluitend die SDR-ontvanger.

Transistor Q3 (saam met R9, R10, L2, C10 en C1) vorm 'n hoëfrekwensie kragversterkerkring. Die gemoduleerde sein word deur die kapasitor C6 aan die versterkingskring gekoppel. C10 en L2 vorm 'n versterkingsstem -tenk. Maksimum uitsetvermoë word bereik wanneer die versterkingslus van C10 en L2 op dieselfde frekwensie ingestel is as die draer -ossillatorlus van C5 en L1.

Laastens bied C12 en L3 antenneturing waar die versterkte sein in 'n draadantenne ingedryf word vir transmissie as radiofrekwensie elektromagnetiese golwe.

Stap 9: Ontvangerstel vir frekwensie modulasie (FM)

Hierdie FM -ontvangerstel is gebaseer op die HEX3653 -chip, 'n hoogs geïntegreerde FM -demodulator.

Die kit bevat:

• PCB
• U1 HEX3653 Chip SMD 16pin
• Q1 SS8050 NPN Transistor
• L1 Induktor 100uH
• Y1 32.768KHz kristal
• R1, R2, R3, R4 Weerstand 10KOhm
• C1, C2 elektrolitiese kondensators 100uF
• C3, C5 keramiek kondensators (104) 0.1uF
• C4 keramiek kondensator (33) 33pF
• D1, D2 1N4148 Diodes
• Geel LED
• Klanktelefoonaansluiting 3,5 mm
• Vier-pen kop met trui
• Vyf kort drukknoppies
• Dubbele AA -houer

Die HEX3653-ontvangerskyfie werk oor die 76MHz-108MHz frekwensiebereik, wat aan FM-uitsendingsradio toegeken word.

Die kit bevat vyf drukknoppies:

• Frekwensie-afstemming (SEEK +, SEEK-)
• Volumebeheer (VOL +, VOL-)
• Krag (PW)

Die kring het 'n werkspanning van 1.8-3.6V, wat maklik deur twee 1.5V-selle voorsien kan word.

Stap 10: Ontwerp van die HEX3653 FM -ontvangerstel

Daar is twee opsies vir 'n antenna -invoer.

'N Draad kan aan die "A" -blok op die PCB gekoppel word, of die afskerming van die koptelefoondraad kan as die antenna dien.

Die vierpen-kop dien as 'n antennaskakelaar (ASW genoem). Die plasing van die kortsluiting op ASW kies tussen die twee antenna -insette. Kortpenne 1 en 2 lei die eksterne A -sein na die vier pen van die HEX3653 -chip. Alternatiewelik lei kortsluitpenne 2 en 3 die skildpen van die koptelefoonaansluiting na die vier van die HEX3653 -chip.

Speld vier van die HEX3653 -chip is die invoer van die radiofrekwensie (RF) na die ontvangerskyfie. Die gekose RF -sein gaan eers deur L1 en C4, wat as filter dien. Dan word twee knipperdiodes gebruik om oormatige ingangsspanning te beperk.

Met die vyf-pen-kop (gemerk B) kan die ontvanger-module in 'n ander stelsel geïntegreer word. Daar is twee penne vir die ingang van die kragtoevoer (+V, grond) en drie vir die klankuitset (regs, links, grond).

Stap 11: Monteer die HEX3653 FM -ontvangerstel

Die drie keramiek kondensators en die kristal is nie gepolariseer nie en kan in enige rigting ingevoeg word. Hulle is nie uitruilbaar nie, maar hulle kan elkeen in hul oriëntasie gedraai word. Al die ander komponente moet gemonteer word volgens die oriëntasie wat op die PCB -seeskerm aangedui word. Soos gewoonlik is dit die beste om met die SMD -chip te begin en dan na die kleinste/kortste komponente te beweeg wat vanaf die middel van die printplaat na die rande werk. Heg die kopstukke, klankaansluiting en batteryhouer laas aan.

Stap 12: CCStick

Die CCStick is 'n Texas Instruments CC1101 sub-GHz radio-ontvanger module gekoppel aan 'n Arduino ProMicro. Twee CCStick -kits is ingesluit in HackerBox #0034 vir gebruik as twee eindpunte van 'n kommunikasie skakel of in 'n ander kommunikasie opset.

Die Texas Instruments CC1101 (datablad) is 'n goedkoop sub-GHz-ontvanger wat ontwerp is vir draadlose toepassings met baie lae krag. Die stroombaan is hoofsaaklik bedoel vir die industriële, wetenskaplike en mediese (ISM) en kortafstandapparaat (SRD) frekwensiebande op 315, 433, 868 en 915 MHz, maar kan maklik geprogrammeer word vir werking op ander frekwensies in die 300- 348 MHz, 387-464 MHz en 779-928 MHz bande. Die RF -ontvanger is geïntegreer met 'n hoogs konfigureerbare basisbandmodem. Die modem ondersteun verskillende modulasieformate en het 'n konfigureerbare datatempo tot 600 kbps.

Stap 13: Arduino ProMicro 3.3V 8MHz

Die Arduino ProMicro is gebaseer op die ATmega32U4 -mikrokontroleerder met 'n ingeboude USB -koppelvlak. Dit beteken dat daar geen FTDI, PL2303, CH340 of enige ander chip is wat as tussenganger tussen u rekenaar en die Arduino -mikrokontroleerder optree nie.

Ons stel voor dat u eers die Pro Micro toets, sonder om die penne vas te soldeer. U kan die basiese konfigurasie en toetsing uitvoer sonder om die koppenne te gebruik. Deur die soldering op die module te vertraag, word 'n veranderlike minder ontfout as u probleme ondervind.

As u nie die Arduino IDE op u rekenaar geïnstalleer het nie, begin dan met die aflaai van die IDE -vorm arduino.cc. WAARSKUWING: Kies die 3.3V -weergawe onder gereedskap> verwerker voordat u die Pro Micro programmeer. As u hierdie stel vir 5V het, sal dit een keer werk, en dit lyk asof die toestel nooit met u rekenaar kan koppel nie, totdat u die instruksies "Reset to Bootloader" in die gids hieronder volg, wat 'n bietjie lastig kan wees.

Sparkfun het 'n uitstekende Pro Micro -aansluitingsgids. Die Aansluitingsgids het 'n gedetailleerde oorsig van die Pro Micro -bord en dan 'n gedeelte vir "Installering: Windows" en 'n gedeelte vir "Installering: Mac en Linux." Volg die aanwysings in die toepaslike weergawe van die installasie -instruksies om u Arduino IDE op te stel om die Pro Micro te ondersteun. Ons begin gewoonlik met 'n Arduino -bord werk deur die standaard Blink -skets te laai en/of aan te pas. Die Pro Micro bevat egter nie die gewone LED op pen 13. Gelukkig kan ons die RX/TX LED's beheer en het Sparkfun 'n netjiese skets gegee om aan te toon hoe. Dit is in die gedeelte van die Aansluitingsgids getiteld "Voorbeeld 1: Blinkies!" Verifieer dat u hierdie Blinkies kan saamstel en aflaai! voorbeeld voordat u verder gaan.

Stap 14: Ontwerp en werking van die CCStick

Die CC1101 -module en die Arduino ProMicro word op die syskermkant van die CCStick PCB geplaas. Met ander woorde, die twee kleiner modules is aan die kant van die rooi PCB met wit verf daarop en die penne steek uit die kant sonder wit verf. Die wit verf word die PCB -syskerm genoem.

Die spore in die rooi PCB verbind die CC1101 -module en Arduino ProMicro soos volg:

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)

'N Vinnige begin vir die CC1101 is om die biblioteek van Elechouse te gebruik. Laai die biblioteek af deur op die skakel "kry kode" op daardie bladsy te klik.

Skep 'n gids vir CC1101 in u gids Arduino Libraries. Plaas die twee ELECHOUSE_CC1101 lêers (.cpp en.h) in die gids. Skep ook 'n voorbeeldmap in die gids en plaas die drie demo-/voorbeeldvouers daarin.

Werk die definisies van die penne in die lêer ELECHOUSE_CC1101.h so op:

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

Plaas dan die voorbeeldlêer CC1101_RX op een CCStick en die voorbeeldlêer CC1101_TX op die tweede CCStick.

Daar is 'n aantal ander interessante hulpbronne en projekte vir die CC1101 -ontvanger, insluitend die volgende voorbeeld:

TomXue Arduino CC1101 Arduino LibrarySmartRF StudioElektrodragon CC1101 ProjectCUL ProjectCCManager ProjectDIY nanoCULAnder CC1101 Microcontroller Setup

LET WEL OOR DIE GEBRUIK VAN ONDERBREKINGS:

Om 'n voorbeeld van die Elechouse -skets CC1101_RXinterruprt te neem, verbind twee penne van die Arduino ProMicro aan die onderkant van die CCStick PCB. Dit is penne 7 en 19 (A1) wat die transceiver GDO0 sein verbind met pen 7 van die mikrobeheerder, wat een van die eksterne onderbrekingspenne is. Werk dan een van die pen definieer lyne wat hierbo bespreek is, op na "#define GDO0 7 // en 19", aangesien GDO0 nou van pen 19 na pen 7 gespring word, vind dan die lynoproepfunksie attachInterrupt () en in die lêer CC1101_RXinterruprt verander die eerste parameter (onderbreek nommer) van "0" na "4". Dit word gedoen omdat pen 7 van die ProMicro verband hou met onderbreking #4.

Stap 15: HAK DIE PLANET

As u hierdie instruksies geniet het en u wil hê dat elke maand 'n koel bok met elektroniese en rekenaartegnologiese projekte op u posbus moet kom, sluit dan aan by die rewolusie deur na HackerBoxes.com te gaan en in te teken op ons maandelikse verrassingskas.

Reik uit en deel u sukses in die kommentaar hieronder of op die HackerBoxes Facebook -bladsy. Laat weet ons beslis as u vrae het of hulp nodig het met iets. Dankie dat u deel was van HackerBoxes!