HackerBox 0038: TeknoDactyl: 17 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

HackerBox Gli hacker stanno esplorando il riconoscimento elettronico delle impronte digitali e i giocattoli meccanici con spinner con microcontrollore a montaggio superficiale e circuiti LED. Questo Instructable contiene informazioni per iniziare con HackerBox #0038, che può essere acquistato qui fino ad esaurimento scorte. Inoltre, se desideri ricevere un HackerBox come questo direttamente nella tua casella di posta ogni mese, iscriviti a HackerBoxes.com e unisciti alla rivoluzione!

Argomenti e obiettivi di apprendimento per HackerBox 0038:

• Esplora il riconoscimento elettronico delle impronte digitali
• Configura e programma il microcontrollore Arduino Nano
• Interfaccia i moduli del sensore di impronte digitali ai microcontrollori
• Integra i sensori di impronte digitali nei sistemi embedded
• Pratica tecniche di saldatura a montaggio superficiale
• Assemblare un progetto di filatore di fidget a LED in acrilico
• Configura e programma il microcontrollore Digispark
• Sperimenta con i payload di iniezione di tasti USB

HackerBoxes è il servizio di box in abbonamento mensile per l'elettronica fai da te e la tecnologia informatica. Siamo hobbisti, maker e sperimentatori. Siamo i sognatori dei sogni.

HACK IL PIANETA

Passaggio 1: HackerBox 0038: contenuto della confezione

• Modulo sensore di impronte digitali
• Arduino Nano 5V 16MHz microUSB
• Kit di saldatura LED Fidget Spinner
• Celle a bottone CR1220 per kit spinner
• Modulo microcontrollore USB Digispark
• Pinzette ESD
• Treccia dissaldante
• Due regolatori di livello di tensione a quattro vie
• Cavo di prolunga USB
• Decalcomania per forgiatura HackerBox esclusiva
• Decalcomania esclusiva per hacker "Quad Cut Up"
• Esclusiva toppa termoadesiva Chairborne

Alcune altre cose che saranno utili:

• Saldatore, saldatore e strumenti di saldatura di base
• Flusso di saldatura (esempio)
• Lente d'ingrandimento illuminata (esempio)
• Computer per l'esecuzione di strumenti software
• Dita per la rotazione di fidget
• Dita per esperimenti sulle impronte digitali

Soprattutto, avrai bisogno di un senso di avventura, spirito hacker, pazienza e curiosità. Costruire e sperimentare con l'elettronica, sebbene molto gratificante, può essere complicato, impegnativo e persino frustrante a volte. L'obiettivo è il progresso, non la perfezione. Quando persisti e ti godi l'avventura, una grande soddisfazione può derivare da questo hobby. Fai ogni passo lentamente, presta attenzione ai dettagli e non aver paura di chiedere aiuto.

C'è una grande quantità di informazioni per i membri attuali e potenziali nelle FAQ di HackerBoxes. Quasi tutte le e-mail di supporto non tecnico che riceviamo hanno già una risposta lì, quindi apprezzo davvero che tu abbia dedicato qualche minuto alla lettura delle FAQ.

Passaggio 2: riconoscimento elettronico delle impronte digitali

Gli scanner di impronte digitali sono sistemi di sicurezza biometrici per l'analisi delle creste di attrito da un dito umano, noto anche come impronta digitale (dattilografo). Questi scanner sono utilizzati nelle forze dell'ordine, nella sicurezza dell'identità, nel controllo degli accessi, nei computer e nei telefoni cellulari.

Tutti hanno segni sulle dita. Non possono essere rimossi o modificati. Questi segni hanno uno schema chiamato impronta digitale. Ogni impronta digitale è speciale e diversa da qualsiasi altra al mondo. Poiché ci sono innumerevoli combinazioni, le impronte digitali sono diventate un mezzo di identificazione ideale.

Un sistema di scanner di impronte digitali ha due compiti di base. Innanzitutto, acquisisce un'immagine del dito. Successivamente, determina se il modello di creste e valli in questa immagine corrisponde allo schema di creste e valli nelle immagini pre-scansionate. Solo le caratteristiche specifiche, uniche per ogni impronta digitale, vengono filtrate e salvate come chiave biometrica crittografata o rappresentazione matematica. Nessuna immagine di un'impronta digitale viene mai salvata, solo una serie di numeri (un codice binario), che viene utilizzata per la verifica. L'algoritmo non può essere invertito per riconvertire le informazioni codificate in un'immagine dell'impronta digitale. Ciò rende estremamente improbabile l'estrazione o la duplicazione di impronte digitali utilizzabili dalle informazioni dell'immagine codificata.

(Wikipedia)

Passaggio 3: piattaforma di microcontrollori Arduino Nano

Un Arduino Nano, o una scheda microcontrollore simile, è un'ottima scelta per l'interfaccia con i moduli dello scanner di impronte digitali. La scheda Arduino Nano inclusa viene fornita con pin di intestazione, ma non sono saldati al modulo. Lascia perdere i pin per ora. Eseguire questi test iniziali del modulo Arduino Nano PRIMA di saldare i pin dell'intestazione dell'Arduino Nano. Tutto ciò che serve per i prossimi due passaggi è un cavo microUSB e l'Arduino Nano così come esce dalla borsa.

Arduino Nano è una scheda Arduino miniaturizzata a montaggio superficiale, compatibile con la breadboard, con USB integrato. È sorprendentemente completo e facile da hackerare.

Caratteristiche:

• Microcontrollore: Atmel ATmega328P
• Tensione: 5V
• Pin I/O digitali: 14 (6 PWM)
• Pin di ingresso analogico: 8
• Corrente CC per pin I/O: 40 mA
• Memoria Flash: 32 KB (2 KB per bootloader)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• Velocità di clock: 16 MHz
• Dimensioni: 17 mm x 43 mm

Questa particolare variante di Arduino Nano è il design Robotdyn nero. L'interfaccia è tramite una porta MicroUSB integrata compatibile con gli stessi cavi MicroUSB utilizzati con molti telefoni cellulari e tablet.

Arduino Nanos è dotato di un chip bridge USB/seriale integrato. Su questa particolare variante, il chip bridge è il CH340G. Si noti che esistono vari altri tipi di chip bridge USB/seriale utilizzati sui vari tipi di schede Arduino. Questi chip consentono alla porta USB del computer di comunicare con l'interfaccia seriale sul chip del processore di Arduino.

Il sistema operativo di un computer richiede un driver di dispositivo per comunicare con il chip USB/seriale. Il driver consente all'IDE di comunicare con la scheda Arduino. Il driver del dispositivo specifico necessario dipende sia dalla versione del sistema operativo che dal tipo di chip USB/seriale. Per i chip USB/seriale CH340, sono disponibili driver per molti sistemi operativi (UNIX, Mac OS X o Windows). Il produttore del CH340 fornisce questi driver qui.

Quando colleghi per la prima volta Arduino Nano a una porta USB del tuo computer, la spia di alimentazione verde dovrebbe accendersi e poco dopo il LED blu dovrebbe iniziare a lampeggiare lentamente. Questo accade perché il Nano è precaricato con il programma BLINK, che è in esecuzione sul nuovissimo Arduino Nano.

Passaggio 4: ambiente di sviluppo integrato Arduino (IDE)

Se non hai ancora installato l'IDE Arduino, puoi scaricarlo da Arduino.cc

Se desideri ulteriori informazioni introduttive per lavorare nell'ecosistema Arduino, ti suggeriamo di consultare la guida per HackerBoxes Starter Workshop.

Collega il Nano al cavo MicroUSB e l'altra estremità del cavo a una porta USB del computer, avvia il software Arduino IDE, seleziona la porta USB appropriata nell'IDE in strumenti>porta (probabilmente un nome con "wchusb" in esso). Seleziona anche "Arduino Nano" nell'IDE in strumenti>scheda.

Infine, carica un pezzo di codice di esempio:

File->Esempi->Base->Blink

Questo è in realtà il codice che è stato precaricato sul Nano e dovrebbe essere in esecuzione in questo momento per far lampeggiare lentamente il LED blu. Di conseguenza, se carichiamo questo codice di esempio, non cambierà nulla. Invece, modifichiamo un po' il codice.

Guardando da vicino, puoi vedere che il programma accende il LED, aspetta 1000 millisecondi (un secondo), spegne il LED, aspetta un altro secondo e poi ripete tutto - per sempre.

Modificare il codice modificando entrambe le istruzioni "delay(1000)" in "delay(100)". Questa modifica farà lampeggiare il LED dieci volte più velocemente, giusto?

Carichiamo il codice modificato nel Nano facendo clic sul pulsante UPLOAD (l'icona a forma di freccia) appena sopra il codice modificato. Guarda sotto il codice per le informazioni sullo stato: "compiling" e poi "uploading". Alla fine, l'IDE dovrebbe indicare "Caricamento completato" e il LED dovrebbe lampeggiare più velocemente.

Se è così, congratulazioni! Hai appena hackerato il tuo primo pezzo di codice incorporato.

Una volta che la tua versione con lampeggio veloce è stata caricata e funzionante, perché non vedere se riesci a cambiare di nuovo il codice per far lampeggiare velocemente il LED due volte e poi aspettare un paio di secondi prima di ripetere? Provaci! Che ne dici di altri modelli? Una volta che sei riuscito a visualizzare un risultato desiderato, codificarlo e osservarlo per funzionare come previsto, hai fatto un enorme passo avanti per diventare un hacker hardware competente.

Passaggio 5: saldatura dei pin dell'intestazione di Arduino Nano

Ora che il tuo computer di sviluppo è stato configurato per caricare il codice su Arduino Nano e il Nano è stato testato, scollega il cavo USB dal Nano e preparati a saldare i pin dell'intestazione. Se è la tua prima volta al fight club, devi saldare.

Ci sono molte ottime guide e video online sulla saldatura (ad esempio). Se ritieni di aver bisogno di ulteriore assistenza, prova a trovare un gruppo di produttori locali o uno spazio hacker nella tua zona. Inoltre, i club di radioamatori sono sempre ottime fonti di esperienza nel campo dell'elettronica.

Saldare le due intestazioni a riga singola (quindici pin ciascuna) al modulo Arduino Nano. Il connettore a sei pin ICSP (programmazione seriale in-circuit) non verrà utilizzato in questo progetto, quindi lascia semplicemente quei pin spenti. Una volta completata la saldatura, controllare attentamente la presenza di ponti di saldatura e/o giunti di saldatura freddi. Infine, collega l'Arduino Nano al cavo USB e verifica che tutto funzioni ancora correttamente.

Passaggio 6: modulo sensore di impronte digitali

Il modulo del sensore di impronte digitali ha un'interfaccia seriale che lo rende estremamente facile da aggiungere ai tuoi progetti. Il modulo ha una memoria FLASH integrata per memorizzare eventuali impronte digitali che è addestrato a riconoscere, un processo noto come registrazione. Collega semplicemente quattro fili al tuo microcontrollore come mostrato qui. Si noti che VCC è 3,3 V (non 5 V).

Adafruit ha pubblicato una libreria Arduino molto carina per i sensori di impronte digitali. La libreria include alcuni schizzi utili. Ad esempio, "enroll.ino" mostra come registrare (addestrare) le impronte digitali nel modulo. Dopo l'addestramento, "fingerprint.ino" mostra come scansionare un'impronta digitale e ricercarla nei dati addestrati. La documentazione di Adafruit per la biblioteca può essere trovata qui. Puoi ottenere ulteriori lettori di impronte digitali lì o controllare alcuni moduli piuma.

INTEGRAZIONE

I sensori di impronte digitali possono essere aggiunti a vari progetti, inclusi sistemi di sicurezza, serrature delle porte, sistemi di rilevazione presenze e così via. Ad esempio, fa un fantastico aggiornamento ai progetti da Locksport HackerBox.

Questo video mostra un sistema di esempio che funziona con un sensore di impronte digitali.

Passaggio 7: kit LED Fidget Spinner

Il kit LED rotante utilizza due controller PIC Microchip e 24 LED per visualizzare vari modelli colorati. I modelli sono visibili utilizzando una tecnica di Persistence of Vision (POV). I modelli possono essere modificati premendo il pulsante.

Prima di iniziare, controlla tutti i pezzi sopra elencati. Probabilmente ci sono alcuni resistori, condensatori, LED, viti e pezzi acrilici extra nel kit, quindi non lasciarti confondere. Anche se il tuo kit includeva un foglio di istruzioni, le istruzioni qui dovrebbero rivelarsi molto più facili da seguire.

Passaggio 8: Kit LED Fidget Spinner - Schema e PCB

La nostra prima domanda mentre guardiamo questo schema dovrebbe essere: come si guida esattamente 24 LED con solo dieci linee di I/O? Magia? Sì, la magia di Charlieplexing.

NOTA DI ORIENTAMENTO DEI COMPONENTI. Esaminare attentamente il diagramma dei contrassegni di polarità del PCB. I due microcontrollori devono essere ruotati nell'orientamento corretto. Inoltre, i LED sono polarizzati e devono essere orientati correttamente. In contratto, i resistori e i condensatori possono essere saldati in qualsiasi direzione. Il pulsante si adatta solo in un modo.

Passaggio 9: Fidget Spinner - Iniziare con la saldatura SMT

Il PCB del kit di fidget spinner è una tecnologia a montaggio superficiale (SMT), che in genere è piuttosto difficile da saldare. Tuttavia, il layout del PCB e la selezione dei componenti rendono questo kit SMT relativamente facile da saldare. Se non hai mai lavorato con la saldatura SMT, ci sono alcuni video dimostrativi davvero carini online (ad esempio).

INIZIA A SALDARE: Il pulsante e il suo resistore da 10K ("103") sono probabilmente il punto di partenza più semplice poiché c'è molto spazio intorno a loro. Prenditi il tuo tempo e fai saldare entrambi questi componenti in posizione.

Ricorda che anche se la tua saldatura non è del tutto riuscita, il viaggio al di fuori della tua attuale zona di comfort è la migliore pratica. Inoltre, il kit assemblato continuerà a funzionare come un fantastico spinner ispirato all'elettronica anche se i LED non sono perfettamente funzionanti.

Passaggio 10: Fidget Spinner - Saldatura del microcontrollore

Saldare i due microcontrollori (notare la marcatura di orientamento). Segui con i due condensatori da 0.1uF che si trovano proprio accanto ai microcontrollori. I condensatori non sono polarizzati e possono essere orientati in entrambi i modi.

Passaggio 11: Fidget Spinner - Saldatura LED

Ci sono due file di LED sul PCB e due strisce di componenti LED. Ogni striscia ha un colore diverso (rosso e verde), quindi tieni insieme i LED di ogni striscia nella stessa riga sul PCB. Non importa quale riga è verde e quale è rossa, ma gli stessi LED colorati devono essere tutti insieme nella stessa riga.

C'è un segno "-" su ogni pad PCB per i LED. Questi contrassegni alternano i lati mentre si procede lungo la fila di pad, il che significa che l'orientamento dei LED nella fila cambierà avanti e indietro. I segni verdi su un lato di ciascun LED dovrebbero essere orientati verso il "-" per quel pad LED.

Passaggio 12: Fidget Spinner - Termina la saldatura

Saldare i sei resistori da 200 Ohm ("201"). Questi non sono polarizzati e possono essere posizionati in entrambe le direzioni.

Saldare le tre clip della batteria a bottone inserendole nella parte inferiore del PCB e quindi saldando nei due fori dalla parte superiore della scheda.

Inserire tre pile a bottone e premere il pulsante per testare i LED. Non sarai in grado di vedere i modelli POV mentre il PCB è fermo, ma noterai diverse luminosità tra i due banchi di LED mentre scorri tra le modalità di visualizzazione. Nota che pressioni brevi e pressioni lunghe hanno effetti diversi.

Passaggio 13: Fidget Spinner - Preparare l'alloggiamento in acrilico

Rimuovere la carta protettiva dai pezzi di acrilico.

Disporre i cinque pezzi di acrilico e il PCB come numerati nell'immagine. Questo rappresenta l'ordinamento dello stack finale.

Notare i tre piccoli cerchi in ogni pezzo. Capovolgi i pezzi finché i piccoli cerchi non sono tutti orientati nella stessa direzione.

Inizia con il livello 2, che è quello con cerchi delle dimensioni di una cella di moneta in ciascuno dei tre bracci.

Posizionare il cuscinetto al centro dello strato 2 e forzarlo nel foro grande. Questo richiederà molta forza. Cerca di non rompere l'acrilico mentre lo fai. Detto questo, potrebbe formarsi una singola piccola crepa attorno al foro di montaggio del cuscinetto. Questo è perfettamente accettabile.

Passaggio 14: Fidget Spinner - Assemblaggio meccanico

Impila gli strati - da 1 a 5.

Nota che i pezzi 4 e 5 sono in realtà sullo stesso livello.

Inserire tre degli accoppiatori filettati in ottone.

Metti lo strato 6 sulla pila.

Notare che gli strati 1 e 6 hanno fori più piccoli per mantenere in posizione gli accoppiatori di ottone.

Utilizzare le sei viti corte per fissare gli strati 1 e 6 agli accoppiatori in ottone.

Passaggio 15: Fidget Spinner - Centro Hub

Rimuovere la carta protettiva da tre dei cicli acrilici: due grandi e uno piccolo.

Metti una vite lunga attraverso uno dei grandi cerchi in acrilico; impilare il piccolo cerchio acrilico sulla vite; e attorcigliare un giunto filettato in ottone sulla vite per formare una pila come mostrato nell'immagine.

Inserire la pila attraverso il mozzo centrale.

Cattura la pila nel mozzo fissando il restante grande cerchio acrilico sul lato aperto usando una vite lunga.

C'est fin! Laissez les bon fidget rouler.

Passaggio 16: Digispark e USB Rubber Ducky

Digispark è un progetto open source originariamente finanziato tramite Kickstarter. È una scheda Arduino compatibile super-miniatura basata su ATtiny che utilizza Atmel ATtiny85. L'ATtiny85 è un microcontrollore a 8 pin che è un cugino stretto del tipico chip Arduino, l'ATMega328P. L'ATtiny85 ha circa un quarto della memoria e solo sei pin I/O. Tuttavia, può essere programmato dall'IDE Arduino e può ancora eseguire il codice Arduino senza intoppi.

USB Rubber Ducky è uno degli strumenti preferiti dagli hacker. È un dispositivo di iniezione di tasti mascherato da un'unità flash generica. I computer lo riconoscono come una normale tastiera e accettano automaticamente i suoi payload preprogrammati di battitura a oltre 1000 parole al minuto. Segui il link per imparare tutto su Rubber Duckies da Hak5 dove puoi anche acquistare il vero affare. Nel frattempo, questo video tutorial mostra come utilizzare un Digispark come un Rubber Ducky. Un altro video tutorial mostra come convertire gli script di Rubber Ducky per l'esecuzione su Digispark.

Passaggio 17: HackLife

Ci auguriamo che il viaggio di questo mese nell'elettronica fai-da-te ti sia piaciuto. Raggiungi e condividi il tuo successo nei commenti qui sotto o sul gruppo Facebook HackerBoxes. Certamente fateci sapere se avete domande o avete bisogno di aiuto con qualsiasi cosa.

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