HackerBox 0034: SubGHz: 15 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:49

В этом месяце хакеры HackerBox изучают программно-определяемое радио (SDR) и радиосвязь на частотах ниже 1 ГГц. Это руководство содержит информацию для начала работы с HackerBox # 0034, 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 0034:

• Конфигурация и использование радиоприемников SDR
• Мобильные SDR-операции
• Сборка трансивера CCStick Sub-GHz
• Программирование CCStick с использованием Arduino ProMicros
• Сборка FM-передатчиков и приемников аудио

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 0034: Содержимое коробки

• USB-приемник программно-определяемого радио (SDR)
• Антенна MCX для приемника SDR
• Две печатные платы CCStick
• Два трансивера CC1101 с антеннами
• Два Arduino ProMicros 3,3 В 8 МГц
• Комплект FM-передатчика звука
• Комплект FM-аудиоприемника
• Кабель MicroUSB
• Эксклюзивный радиочастотный осциллятор "Hertz" Pin

Еще кое-что, что будет полезно:

• Паяльник, припой и основные паяльные инструменты
• Компьютер для работы программных средств

Самое главное, вам понадобится чувство приключений, дух DIY и хакерское любопытство. Хардкорная электроника DIY - нетривиальное занятие, и HackerBox не разбавляется. Цель - прогресс, а не совершенство. Когда вы упорствуете и получаете удовольствие от приключений, большое удовлетворение можно получить, изучая новые технологии и, надеюсь, заставляя некоторые проекты работать. Мы предлагаем делать каждый шаг медленно, обращая внимание на детали, и не бояться просить о помощи.

В FAQ по HackerBoxes есть масса информации для нынешних и потенциальных участников.

Шаг 2. Добро пожаловать в Sub-GHz Radio

Реплика: Радио КАОС

Технология Sub-GHz - идеальный выбор для беспроводных приложений, требующих большого радиуса действия и низкого энергопотребления. Узкополосные передачи могут передавать данные в удаленные концентраторы, часто на расстоянии нескольких миль, без переключения от узла к узлу. Эта возможность передачи на большие расстояния снижает потребность в нескольких дорогих базовых станциях или ретрансляторах. Запатентованные протоколы суб-ГГц позволяют разработчикам оптимизировать свои беспроводные решения в соответствии со своими конкретными потребностями вместо соответствия стандарту, который может наложить дополнительные ограничения на реализацию сети. В то время как во многих существующих сетях ниже ГГц используются проприетарные протоколы, отрасль постепенно добавляет основанные на стандартах, совместимые системы. Например, стандарт IEEE 802.15.4g набирает популярность во всем мире и принимается различными отраслевыми альянсами, такими как Wi-SUN и ZigBee.

Некоторые интересные частоты для изучения включают: 88-108 МГц FM-вещание NOAA Погода Радио Управление воздушным движением 315 МГц Брелок входа без ключа (большинство американских автомобилей) 2-метровый радиолюбительский вызов (SSB: 144.200 МГц, FM: 146,52 МГц) 433 МГц ISM / IoT902-928 МГц ISM / Интернет вещей

Различные схемы модуляции используются для разных типов радиосвязи на этих частотах. Уделите несколько минут тому, чтобы ознакомиться с основами.

Шаг 3. Программно-определяемый радиоприемник (SDR)

Традиционные радиокомпоненты (такие как модуляторы, демодуляторы и тюнеры) реализуются с использованием набора аппаратных устройств. Появление современных вычислений и аналого-цифровых преобразователей (АЦП) позволяет вместо этого реализовать большинство этих традиционно аппаратных компонентов в программном обеспечении. Отсюда и термин «программно-определяемое радио» (SDR). Компьютерная SDR позволяет реализовать недорогие широкополосные радиоприемники.

RTL-SDR - это USB-ключ, который можно использовать в качестве компьютерного радиоприемника для приема радиосигналов в прямом эфире. В Интернете доступен широкий спектр информации для экспериментов с технологией RTL-SDR, включая краткое руководство.

Шаг 4: аппаратный ключ USB RTL-SDR

RTL2832U - это высокопроизводительный демодулятор DVB-T COFDM, поддерживающий интерфейс USB 2.0. RTL2832U поддерживает режим 2K или 8K с полосой пропускания 6, 7 и 8 МГц. Параметры модуляции, например, кодовая скорость и защитный интервал, определяются автоматически. RTL2832U поддерживает тюнеры с выходом ПЧ (промежуточная частота, 36,125 МГц), низкой ПЧ (4,57 МГц) или нулевой ПЧ с использованием кристалла 28,8 МГц, а также включает поддержку радио FM / DAB / DAB +. Встроенный в усовершенствованный АЦП (аналого-цифровой преобразователь) RTL2832U отличается высокой стабильностью приема на портативные устройства. Цифровой тюнер R820T2 поддерживает работу в диапазоне 24–1766 МГц.

Обратите внимание, что ключ SDR имеет коаксиальный РЧ-вход MCX для подключения к прилагаемой штыревой антенне MCX. Поскольку во многих распространенных источниках сигналов и антеннах используются коаксиальные разъемы SMA, может оказаться полезным соединитель MCX-SMA.

Шаг 5. Программное обеспечение SDR - GNU Radio

GNU Radio - это бесплатный набор инструментов для разработки программного обеспечения с открытым исходным кодом, который предоставляет блоки обработки сигналов для реализации программных радиоприемников. Его можно использовать с доступным внешним радиочастотным оборудованием для создания программно-определяемых радиостанций. GNU Radio широко используется любителями, академиками и коммерческими организациями для поддержки исследований беспроводной связи и реальных радиосистем.

Есть много разновидностей и реализаций GNU Radio. GQRX - хороший вариант для пользователей OSX и Linux.

Шаг 6. Мобильная SDR

SDR Touch может превратить ваш мобильный телефон или планшет в доступный портативный программно-определяемый радиосканер. Слушайте в прямом эфире FM-радиостанции, сводки погоды, полицейские, пожарные и аварийные станции, движение такси, связь с самолетами, аудио аналоговых телепередач, радиолюбителей, цифровые радиопередачи и многое другое.

Для подключения USB-ключа SDR к мобильному устройству требуется мобильный USB-кабель или адаптер. Для питания ключа может потребоваться кабель OTG с дополнительным (вспомогательным) портом питания. В любом случае, дополнительный порт питания может быть хорошей идеей, поскольку такое приложение, как SDR Touch, склонно быстро разряжать батареи мобильных устройств.

Шаг 7: Комплект микрофонного передатчика

Этот набор для пайки представляет собой простой трехтранзисторный частотно-модулирующий (FM) аудиопередатчик. Он работает в диапазоне частот 80–108 МГц, выделенном для FM-радиовещания. Рабочее напряжение передатчика составляет 1,5–9 В, и он будет передавать более 100 метров в зависимости от подаваемой мощности, конфигурации антенны, настройки и окружающих электромагнитных факторов.

Комплект поставки:

• Печатная плата
• ОДИН триммерный горшок 500 кОм
• ДВА транзистора NPN 9018
• Один транзистор NPN 9014
• ОДИН 4,5-витковый индуктор (4T5)
• ДВА индуктора на 5,5 витков (5T5)
• ОДИН электретный микрофон
• ОДИН резистор 1 м (коричневый, черный, зеленый)
• ДВА резистора 22 кОм (красный, красный, оранжевый)
• ЧЕТЫРЕ резистора 33 Ом (оранжевый, оранжевый, черный)
• ТРИ резистора 2,2 кОм (2 кОм) (красный, красный, красный)
• ОДИН электролитический колпачок 33 мкФ
• ЧЕТЫРЕ 30 пФ керамических конденсаторов «30»
• ЧЕТЫРЕ керамических конденсатора по 100 нФ «104»
• ОДИН керамический конденсатор 10 нФ «103»
• ДВА керамических конденсатора по 680 пФ «681»
• ДВА керамических конденсатора по 10 пФ «10»
• Антенный провод
• Зажим аккумулятора 9 В
• Выводы заголовка (разрыв на 2 и 3 контакта)

Обратите внимание, что три транзистора, микрофон и один электролитический конденсатор должны быть ориентированы, как показано на шелкографии печатной платы. Катушки индуктивности и керамические конденсаторы не поляризованы. Хотя значения и типы не взаимозаменяемы, каждое из них может быть вставлено в любой ориентации.

Если вы новичок в пайке: в Интернете есть много отличных руководств и видео по пайке. Вот один пример. 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.

Шаг 8: Разработка комплекта микрофонного передатчика

Входной аудиосигнал может собираться бортовым электретным микрофоном или передаваться от другого электрического источника на контакты входного заголовка. Выводы микрофона можно удлинить с помощью проводов или обрезанных выводов от других компонентов, чтобы обеспечить подключение к печатной плате. Вывод микрофона, подключенный к внешнему корпусу микрофона, является отрицательным выводом, как показано на рисунке.

На транзисторе Q1 частотная модуляция достигается, когда частота генератора несущей изменяется звуковым сигналом. Подстроечный потенциометр можно использовать для регулировки входного затухания аудиосигнала. Звуковой сигнал поступает на базу транзистора Q1 через C2.

Транзистор Q2 (вместе с R7, R8, C4, C5, L1, C8 и C7) обеспечивает высокочастотный генератор. C8 - конденсатор обратной связи. C7 - конденсатор блокировки постоянного тока. C5 и L1 обеспечивают резонансный резервуар для генератора. Изменение значений C5 и / или L1 изменит частоту передачи. После первоначальной сборки частота передачи по умолчанию будет около 83 МГц. Осторожно раздвинув витки катушки L1 немного, изменится значение индуктивности L1 и соответственно сместится частота передачи. Сохранение частоты около 88–108 МГц позволит принимать сигнал с помощью любого FM-радио, включая приемник SDR.

Транзистор Q3 (вместе с R9, R10, L2, C10 и C1) образует схему высокочастотного усилителя мощности. Модулированный сигнал поступает в схему усиления через конденсатор C6. C10 и L2 образуют резервуар настройки усиления. Максимальная выходная мощность достигается, когда контур усиления C10 и L2 настроен на ту же частоту, что и контур генератора несущей C5 и L1.

Наконец, C12 и L3 обеспечивают настройку антенны, когда усиленный сигнал направляется в проволочную антенну для передачи в виде радиочастотных электромагнитных волн.

Шаг 9: Комплект приемника частотной модуляции (FM)

Этот комплект FM-приемника основан на микросхеме HEX3653, которая представляет собой высокоинтегрированный FM-демодулятор.

В комплект входят:

• Печатная плата
• U1 HEX3653 Чип SMD 16pin
• Q1 SS8050 NPN транзистор
• L1 Индуктор 100uH
• Y1 32,768 кГц кристалл
• Резисторы R1, R2, R3, R4 10 кОм
• Конденсаторы электролитические C1, C2 100uF
• Конденсаторы керамические C3, C5 (104) 0,1 мкФ
• Конденсатор керамический C4 (33) 33pF
• D1, D2 1N4148 Диоды
• Желтый светодиод
• Аудиоразъем для телефона 3,5 мм
• Четырехконтактный разъем с перемычкой
• Пять мгновенных кнопок
• Двойной держатель для батареек AA

Микросхема приемника HEX3653 работает в диапазоне частот 76–108 МГц, который предназначен для радиовещания FM.

В комплект входят пять кнопок:

• Настройка частоты (SEEK +, SEEK-)
• Регулятор громкости (VOL +, VOL-)
• Мощность (PW)

Схема имеет рабочее напряжение 1,8-3,6 В, которое легко запитывается двумя элементами по 1,5 В.

Шаг 10: Разработка комплекта FM-приемника HEX3653

Есть два варианта антенного входа.

К контактной площадке «A» на печатной плате может быть прикреплен провод, или экран провода наушников может служить антенной.

Четырехконтактный разъем служит антенным переключателем (с маркировкой ASW). Установка перемычки на ASW позволяет выбрать между двумя антенными входами. Замыкание контактов 1 и 2 направляет сигнал «A» внешней антенны на четвертый контакт микросхемы HEX3653. В качестве альтернативы, закорачивая контакты 2 и 3, можно соединить контакт экрана разъема для наушников с четвертым контактом микросхемы HEX3653.

Четвертый контакт микросхемы HEX3653 является радиочастотным (РЧ) входом микросхемы приемника. Выбранный радиочастотный сигнал сначала проходит через L1 и C4, которые действуют как фильтр. Затем используются два ограничивающих диода для ограничения чрезмерного входного напряжения.

Пятиконтактный разъем (обозначенный B) позволяет интегрировать модуль приемника в другую систему. Есть два контакта для входа питания (+ V, земля) и три для аудиовыхода (правый, левый, земля).

Шаг 11: Сборка комплекта FM-приемника HEX3653

Три керамических конденсатора и кристалл не поляризованы и могут быть вставлены с любой ориентацией. Они не являются взаимозаменяемыми, но каждый из них может поворачиваться в зависимости от их ориентации. Все остальные компоненты должны быть установлены в соответствии с ориентацией, указанной на шелкографии печатной платы. Как обычно, лучше всего начать с микросхемы SMD, а затем перейти к самым маленьким / самым коротким компонентам, работающим от центра печатной платы к краям. Присоединяйте разъемы, аудиоразъем и держатель батареи в последнюю очередь.

Шаг 12: CCStick

CCStick - это модуль радиоприемопередатчика CC1101 Sub-GHz от Texas Instruments, соединенный с Arduino ProMicro. Два комплекта CCStick включены в HackerBox # 0034 для использования в качестве двух конечных точек канала связи или в какой-либо другой конфигурации связи.

Texas Instruments CC1101 (техническое описание) - недорогой приемопередатчик с диапазоном частот ниже ГГц, разработанный для беспроводных приложений с очень низким энергопотреблением. Схема в основном предназначена для диапазонов частот промышленных, научных и медицинских (ISM) и устройств малого радиуса действия (SRD) на 315, 433, 868 и 915 МГц, но ее можно легко запрограммировать для работы на других частотах в 300- Полосы 348 МГц, 387–464 МГц и 779–928 МГц. Радиочастотный трансивер интегрирован с настраиваемым модемом основной полосы частот. Модем поддерживает различные форматы модуляции и имеет настраиваемую скорость передачи данных до 600 кбит / с.

Шаг 13: Arduino ProMicro 3.3V 8MHz

Arduino ProMicro основан на микроконтроллере ATmega32U4, который имеет встроенный интерфейс USB. Это означает, что нет FTDI, PL2303, CH340 или любого другого чипа, выступающего в качестве посредника между вашим компьютером и микроконтроллером Arduino.

Мы предлагаем сначала протестировать Pro Micro, не припаивая контакты на место. Вы можете выполнить базовую настройку и тестирование без использования выводов заголовка. Кроме того, отсрочка пайки модуля дает на одну переменную меньше для отладки, если вы столкнетесь с какими-либо осложнениями.

Если на вашем компьютере не установлена IDE Arduino, начните с загрузки формы IDE arduino.cc. ВНИМАНИЕ: Перед программированием Pro Micro убедитесь, что выбрали версию 3.3V в меню tools> processor. Этот набор для 5 В будет работать один раз, а затем будет казаться, что устройство никогда не подключится к вашему ПК, пока вы не выполните инструкции «Сброс в загрузчик» в руководстве, описанном ниже, что может быть немного сложно.

У Sparkfun есть отличное руководство по подключению Pro Micro. Руководство по подключению содержит подробный обзор платы Pro Micro, а затем раздел «Установка: Windows» и раздел «Установка: Mac и Linux». Следуйте инструкциям в соответствующей версии этих инструкций по установке, чтобы настроить вашу Arduino IDE для поддержки Pro Micro. Обычно мы начинаем работу с платой Arduino с загрузки и / или изменения стандартного скетча Blink. Однако в Pro Micro нет обычного светодиода на контакте 13. К счастью, мы можем управлять светодиодами RX / TX, и Sparkfun предоставил аккуратный небольшой эскиз, чтобы продемонстрировать, как это сделать. Это находится в разделе Руководства по подключению, озаглавленном «Пример 1: Blinkies!» Убедитесь, что вы можете скомпилировать и загрузить этот Blinkies! пример, прежде чем двигаться дальше.

Шаг 14: Конструкция и работа CCStick

Модуль CC1101 и Arduino ProMicro вставляются на сторону шелкографии печатной платы CCStick. Другими словами, два меньших модуля находятся на той стороне красной печатной платы, на которой нанесена белая краска, а контакты выступают со стороны, на которой нет белой краски. Белая краска называется шелкографией печатных плат.

Следы на красной плате соединяют модуль CC1101 и Arduino ProMicro следующим образом:

CC1101 Arduino ProMicro ------ ---------------- GND GND VCC VCC (3,3 В) MOSI MOSI (16) MISO MISO (14) SCK SCLK (15) GD02 A0 (18) GD00 A1 (19) CSN A10 (10)

Быстрый старт для CC1101 - использовать библиотеку от Elechouse. Загрузите библиотеку, щелкнув ссылку «получить код» на этой странице.

Создайте папку для CC1101 в папке библиотек Arduino. Поместите два файла ELECHOUSE_CC1101 (.cpp и.h) в эту папку. Также создайте папку примеров в этой папке и поместите туда три папки с демонстрациями / примерами.

Обновите определения контактов в файле ELECHOUSE_CC1101.h следующим образом:

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

Затем поместите файл примера CC1101_RX на один CCStick, а файл примера CC1101_TX - на второй CCStick.

Существует ряд других интересных ресурсов и проектов для трансивера CC1101, включая следующий пример:

TomXue Arduino CC1101 Библиотека ArduinoSmartRF StudioElectrodragon CC1101 ProjectCUL ProjectCCManager ProjectDIY nanoCULДругая настройка микроконтроллера CC1101

ПРИМЕЧАНИЕ ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПРЕРЫВАНИЙ:

Чтобы взять образец эскиза Elechouse CC1101_RXinterruprt, соедините два контакта Arduino ProMicro на нижней стороне платы CCStick. Это контакты 7 и 19 (A1), которые соединяют сигнал трансивера GDO0 с контактом 7 микроконтроллера, который является одним из внешних контактов прерывания. Затем обновите одну из обсуждаемых выше линий определения выводов до «#define GDO0 7 // and 19», поскольку GDO0 теперь перемкнута с вывода 19 на вывод 7. Затем в файле CC1101_RXinterruprt найдите функцию вызова линии attachInterrupt () и измените первый параметр (номер прерывания) с «0» на «4». Это сделано потому, что вывод 7 ProMicro связан с прерыванием №4.

Шаг 15: взломайте планету

Если вам понравилась эта инструкция и вы хотите, чтобы на ваш почтовый ящик каждый месяц приходили крутые проекты в области электроники и компьютерных технологий, присоединяйтесь к революции, зайдя на сайт HackerBoxes.com и подписавшись на нашу ежемесячную коробку с сюрпризами.

Сообщите о своем успехе в комментариях ниже или на странице HackerBoxes в Facebook. Обязательно дайте нам знать, если у вас возникнут какие-либо вопросы или вам понадобится помощь. Спасибо, что присоединились к HackerBoxes!