HackerBox 0038: TeknoDactyl: 17 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

HackerBox Хакеры изучают электронное распознавание отпечатков пальцев и механические спиннер-игрушки с микроконтроллером для поверхностного монтажа и светодиодными схемами. Это руководство содержит информацию для начала работы с HackerBox # 0038, которую можно приобрести здесь, пока материалы есть в наличии. Кроме того, если вы хотите получать такой HackerBox каждый месяц прямо в свой почтовый ящик, пожалуйста, подпишитесь на HackerBoxes.com и присоединяйтесь к революции!

Темы и цели обучения для HackerBox 0038:

• Изучите электронное распознавание отпечатков пальцев
• Настроить и запрограммировать микроконтроллер Arduino Nano
• Интерфейс модулей датчика отпечатков пальцев с микроконтроллерами
• Интегрируйте датчики отпечатков пальцев во встроенные системы
• Практика пайки поверхностным монтажом
• Соберите проект акрилового светодиодного спиннера
• Настроить и запрограммировать микроконтроллер Digispark
• Экспериментируйте с полезной нагрузкой ввода нажатия клавиш USB

HackerBoxes - это ежемесячный абонентский ящик для электроники и компьютерной техники своими руками. Мы любители, творцы и экспериментаторы. Мы мечтатели мечты.

ВЗЛОМАЙТЕ ПЛАНЕТУ

Шаг 1: HackerBox 0038: Содержимое коробки

• Модуль датчика отпечатков пальцев
• Arduino Nano 5V 16MHz microUSB
• Комплект припоя LED Fidget Spinner
• Ячейки для монет CR1220 для набора Spinner
• Модуль микроконтроллера USB Digispark
• Пинцет ESD
• Распайка оплетки
• Два четырехходовых переключателя уровня напряжения
• Удлинительный кабель USB
• Эксклюзивная наклейка HackerBox Forging
• Эксклюзивная хакерская наклейка "Quad Cut Up"
• Эксклюзивная железная нашивка на кресле

Еще кое-что, что будет полезно:

• Паяльник, припой и основные паяльные инструменты
• Паяльный флюс (пример)
• Лупа с подсветкой (пример)
• Компьютер для работы программных средств
• Пальцы для прядения непосед
• Пальцы для экспериментов по отпечаткам пальцев

Самое главное, вам понадобится чувство приключений, хакерский дух, терпение и любопытство. Создание электроники и эксперименты с ней, хотя и приносят большие плоды, могут быть непростыми, сложными и временами даже разочаровывающими. Цель - прогресс, а не совершенство. Когда вы упорствуете и наслаждаетесь приключениями, это хобби может принести большое удовлетворение. Делайте каждый шаг медленно, помните о деталях и не бойтесь просить о помощи.

В FAQ по HackerBoxes есть масса информации для нынешних и потенциальных участников. Почти на все письма, не относящиеся к технической поддержке, которые мы получаем, там уже есть ответы, так что очень признательны, что вы потратили несколько минут на чтение часто задаваемых вопросов.

Шаг 2: электронное распознавание отпечатков пальцев

Сканеры отпечатков пальцев - это биометрические системы безопасности для анализа гребней трения на кончике пальца человека, также известного как отпечаток пальца (дактилограф). Эти сканеры используются в правоохранительных органах, обеспечении безопасности личности, контроле доступа, компьютерах и мобильных телефонах.

У всех на пальцах есть отметины. Их нельзя удалить или изменить. Эти отметки имеют узор, называемый отпечатком пальца. Каждый отпечаток пальца уникален и отличается от любого другого в мире. Поскольку существует бесчисленное множество комбинаций, отпечатки пальцев стали идеальным средством идентификации.

Система сканера отпечатков пальцев выполняет две основные задачи. Во-первых, он делает снимок пальца. Затем он определяет, соответствует ли рисунок гребней и впадин на этом изображении образцу гребней и впадин на предварительно отсканированных изображениях. Только определенные характеристики, уникальные для каждого отпечатка пальца, фильтруются и сохраняются в виде зашифрованного биометрического ключа или математического представления. Никакое изображение отпечатка пальца никогда не сохраняется, только серия чисел (двоичный код), которая используется для проверки. Алгоритм нельзя изменить, чтобы преобразовать закодированную информацию обратно в изображение отпечатка пальца. Это делает крайне маловероятным извлечение или дублирование пригодных для использования отпечатков пальцев из информации закодированного изображения.

(Википедия)

Шаг 3: Платформа микроконтроллеров Arduino Nano

Arduino Nano или аналогичная плата микроконтроллера - отличный выбор для взаимодействия с модулями сканера отпечатков пальцев. Входящая в комплект плата Arduino Nano поставляется с контактами заголовка, но они не припаяны к модулю. Пока оставьте булавки отключенными. Выполните эти начальные тесты модуля Arduino Nano ДО пайки контактов разъема Arduino Nano. Все, что потребуется для следующих нескольких шагов, - это кабель microUSB и Arduino Nano в том виде, в каком он достается из сумки.

Arduino Nano - это миниатюрная плата Arduino для поверхностного монтажа, удобная для макетирования, со встроенным USB. Это потрясающе полнофункциональная программа, которую легко взломать.

Функции:

• Микроконтроллер: Atmel ATmega328P
• Напряжение: 5 В
• Цифровые контакты ввода / вывода: 14 (6 ШИМ)
• Аналоговые входные контакты: 8
• Постоянный ток на контакт ввода / вывода: 40 мА
• Флэш-память: 32 КБ (2 КБ для загрузчика)
• SRAM: 2 КБ
• EEPROM: 1 КБ
• Тактовая частота: 16 МГц
• Размеры: 17 мм x 43 мм

Этот конкретный вариант Arduino Nano - это черный дизайн Robotdyn. Интерфейс представляет собой встроенный порт MicroUSB, совместимый с теми же кабелями MicroUSB, которые используются во многих мобильных телефонах и планшетах.

Arduino Nanos имеет встроенный чип USB / последовательного моста. В этом конкретном варианте микросхемой моста является CH340G. Обратите внимание, что существуют различные другие типы микросхем USB / последовательного моста, используемые на различных типах плат Arduino. Эти микросхемы позволяют USB-порту компьютера взаимодействовать с последовательным интерфейсом процессора Arduino.

Операционная система компьютера требует наличия драйвера устройства для связи с микросхемой USB / последовательного интерфейса. Драйвер позволяет IDE взаимодействовать с платой Arduino. Необходимый конкретный драйвер устройства зависит как от версии ОС, так и от типа USB / последовательного чипа. Для микросхем CH340 USB / Serial доступны драйверы для многих операционных систем (UNIX, Mac OS X или Windows). Эти драйверы поставляет производитель CH340.

Когда вы впервые подключаете Arduino Nano к USB-порту компьютера, должен загореться зеленый индикатор питания, а вскоре после этого синий индикатор должен начать медленно мигать. Это происходит потому, что в Nano предварительно загружена программа BLINK, которая работает на новом Arduino Nano.

Шаг 4: интегрированная среда разработки Arduino (IDE)

Если у вас еще не установлена Arduino IDE, вы можете загрузить ее с Arduino.cc

Если вам нужна дополнительная вводная информация для работы в экосистеме Arduino, мы предлагаем ознакомиться с руководством для HackerBoxes Starter Workshop.

Подключите Nano к кабелю MicroUSB, а другой конец кабеля к USB-порту на компьютере, запустите программное обеспечение Arduino IDE, выберите соответствующий USB-порт в среде IDE в разделе инструменты> порт (вероятно, имя с «wchusb» в нем.). Также выберите «Arduino Nano» в среде IDE в разделе «Инструменты»> «Плата».

Наконец, загрузите фрагмент кода примера:

Файл-> Примеры-> Основы-> Blink

На самом деле это код, который был предварительно загружен в Nano и должен работать прямо сейчас, чтобы медленно мигать синим светодиодом. Соответственно, если мы загрузим этот пример кода, ничего не изменится. Вместо этого давайте немного изменим код.

Присмотревшись, вы можете увидеть, что программа включает светодиод, ждет 1000 миллисекунд (одну секунду), выключает светодиод, ждет еще секунду, а затем делает все это снова - навсегда.

Измените код, изменив оба оператора «delay (1000)» на «delay (100)». Эта модификация заставит светодиод мигать в десять раз быстрее, не так ли?

Давайте загрузим измененный код в Nano, нажав кнопку ЗАГРУЗИТЬ (значок стрелки) прямо над измененным кодом. Посмотрите ниже код для информации о статусе: «компиляция», а затем «загрузка». В конце концов, в среде IDE должно появиться сообщение «Загрузка завершена», а светодиодный индикатор должен мигать быстрее.

Если да, то поздравляю! Вы только что взломали свой первый фрагмент встроенного кода.

После того, как ваша версия с быстрым миганием загружена и запущена, почему бы не посмотреть, можете ли вы снова изменить код, чтобы светодиод быстро мигал дважды, а затем подождал пару секунд перед повторением? Попробуйте! Как насчет других шаблонов? Как только вам удастся визуализировать желаемый результат, закодировать его и наблюдать, как он работает, как запланировано, вы сделали огромный шаг к тому, чтобы стать компетентным хакером оборудования.

Шаг 5: Пайка контактов заголовка Arduino Nano

Теперь, когда ваш компьютер разработки настроен для загрузки кода в Arduino Nano, а Nano протестирован, отсоедините USB-кабель от Nano и приготовьтесь припаять контакты заголовка. Если ты впервые в бойцовском клубе, тебе придется паять.

В Интернете есть много отличных руководств и видео по пайке (например). Если вы чувствуете, что вам нужна дополнительная помощь, попробуйте найти группу местных производителей или место для хакеров в вашем районе. Кроме того, радиолюбительские клубы всегда являются отличным источником опыта в области электроники.

Припаяйте два однорядных заголовка (по пятнадцать контактов каждый) к модулю Arduino Nano. Шестиконтактный разъем ICSP (внутрисхемное последовательное программирование) не будет использоваться в этом проекте, поэтому просто оставьте эти контакты отключенными. После завершения пайки внимательно проверьте наличие паяных перемычек и / или холодных паяных соединений. Наконец, снова подключите Arduino Nano к USB-кабелю и убедитесь, что все по-прежнему работает правильно.

Шаг 6: Модуль датчика отпечатков пальцев

Модуль датчика отпечатков пальцев имеет последовательный интерфейс, что упрощает добавление в ваши проекты. Модуль имеет встроенную флэш-память для хранения любых отпечатков пальцев, которые он обучен распознавать, этот процесс известен как регистрация. Просто подключите четыре провода к микроконтроллеру, как показано здесь. Обратите внимание, что VCC составляет 3,3 В (а не 5 В).

Adafruit опубликовал очень хорошую библиотеку Arduino для датчиков отпечатков пальцев. В библиотеке есть несколько полезных скетчей. Например, enroll.ino демонстрирует, как регистрировать (обучать) отпечатки пальцев в модуле. После обучения «fingerprint.ino» демонстрирует, как сканировать отпечаток пальца и искать его по обученным данным. Документацию Adafruit для библиотеки можно найти здесь. Вы можете получить там дополнительные считыватели отпечатков пальцев или проверить несколько модулей с перьями.

ИНТЕГРАЦИЯ

Дактилоскопические датчики могут быть добавлены в различные проекты, включая системы безопасности, дверные замки, системы учета рабочего времени и так далее. Например, он отлично обновляет проекты из Locksport HackerBox.

В этом видео показан пример системы, работающей с датчиком отпечатков пальцев.

Шаг 7: Светодиодный комплект Fidget Spinner

В наборе вращающихся светодиодов используются два контроллера Microchip PIC и 24 светодиода для отображения различных красочных узоров. Узоры видны с помощью техники постоянного зрения (POV). Шаблоны можно изменить, нажав кнопку.

Прежде чем мы начнем, проверьте все элементы, перечисленные выше. Возможно, в комплекте есть дополнительные резисторы, конденсаторы, светодиоды, винты и акриловые детали, так что пусть это вас не смущает. Даже если в ваш комплект входит лист с инструкциями, вам будет намного проще следовать приведенным здесь инструкциям.

Шаг 8: Светодиодный комплект Fidget Spinner - схема и печатная плата

Наш первый вопрос, глядя на эту схему, должен быть: как именно вы управляете 24 светодиодами всего с десятью линиями ввода-вывода? Магия? Да, волшебство Чарлиплекса.

КОМПОНЕНТНАЯ ОРИЕНТАЦИЯ ПРИМЕЧАНИЕ. Внимательно изучите схему маркировки полярности печатной платы. Два микроконтроллера должны быть повернуты в правильную ориентацию. Кроме того, светодиоды поляризованы, и их необходимо правильно ориентировать. В контракте резисторы и конденсаторы можно паять в любом направлении. Кнопка подходит только одним способом.

Шаг 9: Fidget Spinner - начало пайки SMT

Печатная плата Fidget Spinner Kit - это технология поверхностного монтажа (SMT), которую, как правило, довольно сложно припаять. Однако компоновка печатной платы и выбор компонентов позволяют относительно легко паять этот комплект для поверхностного монтажа. Если вы никогда не работали с пайкой SMT, в Интернете есть несколько действительно хороших демонстрационных видеороликов (например).

НАЧАТЬ ПАЙКУ: кнопку и ее резистор 10 кОм («103»), вероятно, проще всего начать, так как вокруг них много места. Не торопитесь и припаяйте оба этих компонента на место.

Помните, что даже если ваша пайка не совсем успешна, лучший способ - выйти за пределы вашей нынешней зоны комфорта. Кроме того, собранный комплект по-прежнему будет работать как крутой спиннер, вдохновленный электроникой, даже если светодиоды не совсем функциональны.

Шаг 10: Fidget Spinner - Пайка микроконтроллера

Припаяйте два микроконтроллера (обратите внимание на маркировку ориентации). Затем установите два конденсатора 0,1 мкФ, которые находятся рядом с микроконтроллерами. Конденсаторы не поляризованы и могут быть ориентированы в любую сторону.

Шаг 11: Fidget Spinner - пайка светодиодов

На печатной плате расположены два ряда светодиодов и две полосы светодиодных компонентов. Каждая полоска имеет разный цвет (красный и зеленый), поэтому держите светодиоды каждой полоски вместе в одном ряду на печатной плате. Неважно, какая строка зеленая, а какая красная, но светодиоды одного цвета должны быть все вместе в одном ряду.

На каждой контактной площадке печатной платы для светодиодов имеется отметка «-». Эти отметки меняются сторонами по мере продвижения по ряду контактных площадок, что означает, что ориентация светодиодов в ряду будет меняться взад и вперед. Зеленая маркировка на одной стороне каждого светодиода должна быть ориентирована в сторону знака «-» для этой светодиодной площадки.

Шаг 12: Fidget Spinner - завершение пайки

Припаиваем шесть резисторов 200 Ом («201»). Они не поляризованы и могут быть расположены в любом направлении.

Припаяйте три зажима для батарейки типа «таблетка», вставив их в нижнюю часть печатной платы, а затем припаяв их в два отверстия наверху платы.

Вставьте три монетных элемента и нажмите кнопку, чтобы проверить светодиоды. Вы не сможете увидеть шаблоны POV, пока печатная плата неподвижна, но вы заметите различную яркость между двумя группами светодиодов при циклическом переключении режимов отображения. Обратите внимание, что короткие и длинные нажатия имеют разный эффект.

Шаг 13: Fidget Spinner - Подготовка акрилового корпуса

Снимите защитную бумагу с акриловых деталей.

Разложите пять частей акрила и печатную плату, как показано на рисунке. Это представляет порядок финального стека.

Обратите внимание на три маленьких кружка в каждой части. Переверните любые части, пока маленькие кружки не будут ориентированы в одном направлении.

Начните со слоя 2, на котором на каждой из трех сторон есть круги размером с монетную ячейку.

Поместите подшипник в центр слоя 2 и вдавите его в большое отверстие. На это потребуется много сил. Постарайтесь при этом не повредить акрил. При этом может образоваться одна небольшая трещина вокруг монтажного отверстия подшипника. Это вполне приемлемо.

Шаг 14: Fidget Spinner - Механическая сборка

Сложите слои с 1 по 5.

Обратите внимание, что части 4 и 5 фактически находятся на одном слое.

Вставьте три резьбовых латунных муфты.

Положите в стопку слой 6.

Обратите внимание, что слои 1 и 6 имеют отверстия меньшего размера, чтобы удерживать латунные муфты на месте.

С помощью шести коротких винтов прикрепите слои 1 и 6 к латунным муфтам.

Шаг 15: Fidget Spinner - Center Hub

Снимите защитную бумагу с трех акриловых циклов - двух больших и одного маленького.

Проденьте длинный винт через один из больших акриловых кружков; насадите на винт небольшой акриловый кружок; и навинтите на винт латунную муфту с резьбой, чтобы получилась стопка, как показано на изображении.

Вставьте стопку через центральную ступицу.

Захватите стопку в ступицу, прикрепив оставшийся большой акриловый кружок к открытой стороне с помощью длинного винта.

C'est fin! Laissez les bon fidget rouler.

Шаг 16: Digispark и USB Rubber Ducky

Digispark - это проект с открытым исходным кодом, изначально финансируемый через Kickstarter. Это суперминиатюрная плата, совместимая с Arduino на базе ATtiny и использующая Atmel ATtiny85. ATtiny85 - это 8-контактный микроконтроллер, который является близким родственником типичного чипа Arduino, ATMega328P. ATtiny85 имеет около четверти памяти и всего шесть контактов ввода / вывода. Однако его можно запрограммировать из Arduino IDE, и он по-прежнему может без проблем запускать код Arduino.

USB Rubber Ducky - любимый инструмент хакеров. Это устройство для ввода нажатия клавиш, замаскированное под обычную флешку. Компьютеры распознают это как обычную клавиатуру и автоматически принимают запрограммированные нажатия клавиш со скоростью более 1000 слов в минуту. Перейдите по ссылке, чтобы узнать все о Rubber Duckies от Hak5, где вы также можете купить настоящую скидку. А пока в этом видеоуроке показано, как использовать Digispark как Rubber Ducky. В другом видеоуроке показано, как преобразовать скрипты Rubber Ducky Scripts для работы в Digispark.

Шаг 17: HackLife

Мы надеемся, что в этом месяце вам понравилось путешествие в мир электроники своими руками. Сообщите о своем успехе в комментариях ниже или в группе HackerBoxes на Facebook. Обязательно дайте нам знать, если у вас возникнут какие-либо вопросы или вам понадобится помощь.

Присоединяйся к вечеринке. Живите HackLife. Вы можете получать классную коробку с проектами в области электроники и компьютерных технологий, которые можно взломать, каждый месяц прямо на ваш почтовый ящик. Просто зайдите на HackerBoxes.com и подпишитесь на ежемесячный сервис HackerBox.