HackerBox 0034: SubGHz: 15 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:00

Questo mese, gli hacker di HackerBox stanno esplorando Software Defined Radio (SDR) e comunicazioni radio su frequenze inferiori a 1GHz. Questo Instructable contiene informazioni per iniziare con HackerBox #0034, 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 0034:

• Configurazione e utilizzo di ricevitori radio SDR
• Operazioni SDR mobili
• Assemblaggio del ricetrasmettitore sub-GHz CCStick
• Programmare il CCStick usando Arduino ProMicros
• Assemblaggio di trasmettitori e ricevitori audio FM

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 0034: contenuto della confezione

• Ricevitore USB Software Defined Radio (SDR)
• Antenna MCX per ricevitore SDR
• Due circuiti stampati CCStick
• Due ricetrasmettitori CC1101 con antenne
• Due Arduino ProMicro 3.3V 8MHz
• Kit trasmettitore audio FM
• Kit ricevitore audio FM
• Cavo MicroUSB
• Esclusivo Radio Oscillatore "Hertz" Pin

Alcune altre cose che saranno utili:

• Saldatore, saldatore e strumenti di saldatura di base
• Computer per l'esecuzione di strumenti software

Soprattutto, avrai bisogno di un senso di avventura, spirito fai-da-te e curiosità da hacker. L'elettronica fai-da-te hardcore non è una ricerca banale e gli HackerBox non sono annacquati. L'obiettivo è il progresso, non la perfezione. Quando persisti e ti godi l'avventura, una grande soddisfazione può derivare dall'apprendimento di nuove tecnologie e, si spera, dal far funzionare alcuni progetti. Ti suggeriamo di fare ogni passo lentamente, prestando 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.

Passaggio 2: benvenuto nella radio sub-GHz

Cue music: Radio KAOS

La tecnologia sub-GHz è la scelta ideale per le applicazioni wireless che richiedono un lungo raggio e un basso consumo energetico. Le trasmissioni a banda stretta possono trasmettere dati a hub distanti, spesso a diverse miglia di distanza, senza saltare da un nodo all'altro. Questa capacità di trasmissione a lungo raggio riduce la necessità di più costose stazioni base o ripetitori. I protocolli proprietari sub-GHz consentono agli sviluppatori di ottimizzare la propria soluzione wireless in base alle proprie esigenze specifiche invece di conformarsi a uno standard che potrebbe porre ulteriori vincoli all'implementazione della rete. Sebbene molte reti sub-GHz esistenti utilizzino protocolli proprietari, l'industria sta lentamente aggiungendo sistemi interoperabili basati su standard. Ad esempio, lo standard IEEE 802.15.4g sta guadagnando popolarità in tutto il mondo e viene adottato da varie alleanze di settore come Wi-SUN e ZigBee.

Alcune frequenze interessanti da esplorare includono: Trasmissione FM 88-108 MHz NOAA Weather RadioAir Traffic Control 315 MHz Keyless Entry Fob (la maggior parte delle auto americane) 2 m Ham Calling (SSB: 144.200 MHz, FM: 146.52 MHz) 433 MHz ISM/IoT902-928 MHZ ISM/ IoT

Vari schemi di modulazione vengono utilizzati per diversi tipi di comunicazioni radio su queste frequenze. Prenditi qualche minuto per familiarizzare con le basi.

Passaggio 3: ricevitore SDR (Software Defined Radio)

I componenti radio tradizionali (come modulatori, demodulatori e sintonizzatori) sono implementati utilizzando una raccolta di dispositivi hardware. L'avvento dell'informatica moderna e dei convertitori analogico-digitale (ADC) consente invece di implementare nel software la maggior parte di questi componenti tradizionalmente basati su hardware. Da qui il termine Software Defined Radio (SDR). L'SDR basato su computer consente l'implementazione di ricevitori radio a banda larga economici.

L'RTL-SDR è un dongle USB che può essere utilizzato come ricevitore radio basato su computer per ricevere segnali radio in tempo reale. Online è disponibile un'ampia gamma di informazioni per sperimentare la tecnologia RTL-SDR, inclusa una guida rapida.

Passaggio 4: hardware del dongle USB RTL-SDR

RTL2832U è un demodulatore COFDM DVB-T ad alte prestazioni che supporta un'interfaccia USB 2.0. RTL2832U supporta la modalità 2K o 8K con larghezza di banda di 6, 7 e 8 MHz. I parametri di modulazione, ad esempio, code rate e intervallo di guardia, vengono rilevati automaticamente. L'RTL2832U supporta sintonizzatori a IF (frequenza intermedia, 36,125 MHz), uscita low-IF (4,57 MHz) o Zero-IF utilizzando un cristallo a 28,8 MHz e include il supporto radio FM/DAB/DAB+. Incorporato con un ADC (convertitore analogico-digitale) avanzato, l'RTL2832U offre un'elevata stabilità nella ricezione portatile. Il sintonizzatore digitale R820T2 supporta il funzionamento nella gamma di 24 – 1766 MHz.

Si noti che il dongle SDR è dotato di un ingresso RF coassiale MCX da accoppiare con l'antenna a frusta MCX inclusa. Poiché molte sorgenti di segnale e antenne comuni utilizzano connettori coassiali SMA, può essere utile un accoppiatore MCX-SMA.

Passaggio 5: software SDR - Radio GNU

GNU Radio è un toolkit di sviluppo software gratuito e open source che fornisce blocchi di elaborazione del segnale per implementare radio software. Può essere utilizzato con hardware RF esterno prontamente disponibile per creare radio definite dal software. GNU Radio è ampiamente utilizzato in ambienti hobbistici, accademici e commerciali per supportare sia la ricerca sulle comunicazioni wireless che i sistemi radio reali.

Ci sono molte varianti e implementazioni di GNU Radio. GQRX è una bella variante per utenti OSX e Linux.

Passaggio 6: SDR mobile

SDR Touch può trasformare il tuo telefono cellulare o tablet in uno scanner radio definito dal software conveniente e portatile. Ascolta le stazioni radio FM in diretta, i bollettini meteorologici, la polizia, i vigili del fuoco e le stazioni di emergenza, il traffico dei taxi, le comunicazioni aeree, l'audio delle trasmissioni TV analogiche, i radioamatori HAM, le trasmissioni digitali e molto altro.

È necessario un cavo o un adattatore USB on-the-go (OTG) per collegare il dongle USB SDR a un dispositivo mobile. Potrebbe essere necessario un cavo OTG con una porta di alimentazione aggiuntiva (ausiliaria) per alimentare il dongle. Una porta di alimentazione aggiuntiva può essere una buona idea a prescindere, poiché un'app come SDR Touch è soggetta a scaricare rapidamente le batterie dei dispositivi mobili.

Passaggio 7: kit trasmettitore microfono

Questo kit di saldatura è un semplice trasmettitore audio a modulazione di frequenza (FM) a tre transistor. Funziona nella gamma di frequenza di 80MHz-108MHz assegnata per le trasmissioni radio FM. La tensione di lavoro del trasmettitore è 1,5 V-9 V e trasmetterà a oltre 100 metri a seconda dell'alimentazione fornita, della configurazione dell'antenna, della sintonizzazione e dei fattori elettromagnetici ambientali.

Contenuto del kit:

• PCB
• ONE 500KOhm Trimmer Pot
• DUE transistor NPN 9018
• UN transistor NPN 9014
• UN induttore da 4,5 giri (4T5)
• DUE induttanze da 5,5 giri (5T5)
• UN Microfono Electret
• UN resistore da 1 M (marrone nero verde)
• DUE resistori da 22K (rosso rosso arancio)
• QUATTRO resistori da 33 ohm (arancione arancione nero)
• TRE resistori 2.2K (2K2) (RossoRosso)
• UN cappuccio elettrolitico 33uF
• QUATTRO condensatori ceramici 30pF “30”
• QUATTRO condensatori ceramici da 100 nF “104”
• UN CONDENSATORE IN CERAMICA 10nF “103”
• DUE condensatori ceramici 680pF “681”
• DUE condensatori ceramici 10pF “10”
• Cavo dell'antenna
• Clip per batteria da 9 V
• Pin di intestazione (interruzione a 2 e 3 pin)

Si noti che i tre transistor, il microfono e l'unico condensatore elettrolitico devono essere orientati come mostrato sulla serigrafia del PCB. Gli induttori e i condensatori ceramici non sono polarizzati. Sebbene i valori e i tipi non siano intercambiabili, ognuno può essere inserito in entrambi gli orientamenti.

Se non conosci la saldatura: ci sono molte ottime guide e video online sulla saldatura. Ecco un 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.

Passaggio 8: progettazione del kit del trasmettitore del microfono

Un segnale audio in ingresso può essere raccolto dal microfono a elettrete integrato o fornito da un'altra sorgente elettrica nei pin dell'intestazione di ingresso. I cavi del microfono possono essere estesi utilizzando cavi o cavi tagliati da altri componenti per consentire il collegamento al PCB. Il cavo del microfono collegato all'alloggiamento esterno del microfono è il cavo negativo come mostrato nell'immagine.

Al transistor Q1, la modulazione di frequenza si ottiene quando una frequenza dell'oscillatore portante viene modificata dal segnale audio. Il potenziometro del trimmer può essere utilizzato per regolare l'attenuazione in ingresso del segnale audio. Il segnale audio è accoppiato alla base del transistor Q1 tramite C2.

Il transistor Q2 (insieme a R7, R8, C4, C5, L1, C8 e C7) fornisce l'oscillatore ad alta frequenza. C8 è il condensatore di retroazione. C7 è il condensatore di blocco CC. C5 e L1 forniscono il serbatoio risonante per l'oscillatore. La modifica dei valori di C5 e/o L1 cambierà la frequenza di trasmissione. Dopo il montaggio iniziale, la frequenza di trasmissione predefinita sarà di circa 83 MHz. Diffondendo delicatamente le spire della bobina L1 un po' cambierà il valore dell'induttore L1 e sposterà la frequenza di trasmissione di conseguenza. Mantenere la frequenza intorno a 88 MHz-108 MHz consentirà di ricevere il segnale utilizzando qualsiasi radio FM, incluso il ricevitore SDR.

Il transistor Q3 (insieme a R9, R10, L2, C10 e C1) forma un circuito amplificatore di potenza ad alta frequenza. Il segnale modulato è accoppiato al circuito di amplificazione tramite il condensatore C6. C10 e L2 formano un serbatoio di sintonia di amplificazione. La massima potenza di uscita si ottiene quando l'anello di amplificazione di C10 e L2 è sintonizzato sulla stessa frequenza dell'anello dell'oscillatore portante di C5 e L1.

Infine, C12 e L3 forniscono l'antenna turing in cui il segnale amplificato viene guidato in un'antenna a filo per la trasmissione come onde elettromagnetiche a radiofrequenza.

Passaggio 9: kit ricevitore a modulazione di frequenza (FM)

Questo kit ricevitore FM è basato sul chip HEX3653, che è un demodulatore FM altamente integrato.

Il kit comprende:

• PCB
• U1 HEX3653 Chip SMD 16pin
• Q1 SS8050 Transistor NPN
• L1 Induttore 100uH
• Y1 32,768 KHz Cristallo
• Resistenze R1, R2, R3, R4 10KOhm
• Condensatori elettrolitici C1, C2 100uF
• Condensatori ceramici C3, C5 (104) 0.1uF
• Condensatore ceramico C4 (33) 33pF
• Diodi D1, D2 1N4148
• LED giallo
• Jack telefonico audio da 3,5 mm
• Basetta a quattro pin con ponticello
• Cinque pulsanti momentanei
• Portabatteria doppio AA

Il chip del ricevitore HEX3653 opera sulla gamma di frequenza 76MHz-108MHz, assegnata alla radio di trasmissione FM.

Il kit comprende cinque pulsanti:

• Sintonizzazione della frequenza (SEEK +, SEEK-)
• Controllo del volume (VOL +, VOL-)
• Potenza (PW)

Il circuito ha una tensione di lavoro di 1,8-3,6 V, che è facilmente fornita da due celle da 1,5 V.

Passaggio 10: progettazione del kit ricevitore FM HEX3653

Sono disponibili due opzioni per l'ingresso dell'antenna.

Un filo può essere collegato al pad "A" sul PCB o la schermatura del filo delle cuffie può fungere da antenna.

L'intestazione a quattro pin funge da interruttore dell'antenna (etichettato ASW). Il posizionamento del ponticello di cortocircuito su ASW seleziona tra i due ingressi dell'antenna. Il cortocircuito dei pin 1 e 2 instrada il segnale "A" dell'antenna esterna al pin quattro del chip HEX3653. In alternativa, cortocircuitare i pin 2 e 3 indirizza il pin di schermatura del jack delle cuffie al pin quattro del chip HEX3653.

Il pin quattro del chip HEX3653 è l'ingresso a radiofrequenza (RF) al chip del ricevitore. Il segnale RF selezionato passa prima attraverso L1 e C4 che fungono da filtro. Quindi vengono utilizzati due diodi di ritaglio per limitare la tensione di ingresso eccessiva.

L'intestazione a cinque pin (etichettata B) consente di integrare il modulo ricevitore in un altro sistema. Sono presenti due pin per l'ingresso dell'alimentazione (+V, massa) e tre per l'uscita audio (destra, sinistra, massa).

Passaggio 11: assemblaggio del kit ricevitore FM HEX3653

I tre condensatori ceramici e il cristallo non sono polarizzati e possono essere inseriti con qualsiasi orientamento. Non sono intercambiabili, ma possono essere ruotati ciascuno nel proprio orientamento. Tutti gli altri componenti devono essere montati secondo l'orientamento indicato sulla serigrafia del PCB. Come al solito, è meglio iniziare con il chip SMD, quindi passare ai componenti più piccoli/più corti lavorando dal centro del PCB verso i bordi. Attacca le intestazioni, il jack audio e il supporto della batteria per ultimi.

Passaggio 12: CCStick

Il CCStick è un modulo ricetrasmettitore radio sub-GHz CC1101 di Texas Instruments accoppiato a un Arduino ProMicro. Due kit CCStick sono inclusi in HackerBox #0034 da utilizzare come due terminali di un collegamento di comunicazione o in qualche altra configurazione di comunicazione.

Texas Instruments CC1101 (scheda tecnica) è un ricetrasmettitore sub-GHz a basso costo progettato per applicazioni wireless a bassissima potenza. Il circuito è principalmente destinato alle bande di frequenza Industrial, Scientific e Medical (ISM) e Short Range Device (SRD) a 315, 433, 868 e 915 MHz, ma può essere facilmente programmato per il funzionamento ad altre frequenze nel 300- Bande 348 MHz, 387-464 MHz e 779-928 MHz. Il ricetrasmettitore RF è integrato con un modem in banda base altamente configurabile. Il modem supporta vari formati di modulazione e ha una velocità dati configurabile fino a 600 kbps.

Passaggio 13: Arduino ProMicro 3.3V 8MHz

Arduino ProMicro è basato sul microcontrollore ATmega32U4 che ha un'interfaccia USB integrata. Ciò significa che non esiste FTDI, PL2303, CH340 o qualsiasi altro chip che funge da intermediario tra il computer e il microcontrollore Arduino.

Suggeriamo prima di provare il Pro Micro senza saldare i pin in posizione. È possibile eseguire la configurazione e il test di base senza utilizzare i pin dell'intestazione. Inoltre, ritardare la saldatura sul modulo fornisce una variabile in meno di cui eseguire il debug in caso di complicazioni.

Se non hai l'IDE Arduino installato sul tuo computer, inizia scaricando il modulo IDE arduino.cc. AVVERTENZA: assicurarsi di selezionare la versione a 3,3 V in Strumenti > Processore prima di programmare Pro Micro. Avere questo set per 5V funzionerà una volta e poi sembrerà che il dispositivo non si connetta mai al tuo PC finché non segui le istruzioni "Ripristina su Bootloader" nella guida discussa di seguito, il che può essere un po' complicato.

Sparkfun ha un'ottima guida Pro Micro Hookup. La Guida ai collegamenti ha una panoramica dettagliata della scheda Pro Micro e quindi una sezione per "Installazione: Windows" e una sezione per "Installazione: Mac e Linux". Segui le istruzioni nella versione appropriata di queste istruzioni di installazione per configurare il tuo IDE Arduino per supportare Pro Micro. Di solito iniziamo a lavorare con una scheda Arduino caricando e/o modificando lo sketch Blink standard. Tuttavia, il Pro Micro non include il solito LED sul pin 13. Fortunatamente, possiamo controllare i LED RX/TX e Sparkfun ha fornito un piccolo schizzo per dimostrare come. Questo è nella sezione della Guida ai collegamenti intitolata "Esempio 1: Blinkies!" Verifica di poter compilare e scaricare questo Blinkies! esempio prima di andare avanti.

Passaggio 14: progettazione e funzionamento del CCStick

Il modulo CC1101 e l'Arduino ProMicro sono inseriti sul lato serigrafato del PCB CCStick. In altre parole, i due moduli più piccoli si trovano sul lato del PCB rosso con vernice bianca e i pin sporgono dal lato senza vernice bianca. La vernice bianca è chiamata serigrafia PCB.

Le tracce nel PCB rosso collegano il modulo CC1101 e Arduino ProMicro in questo modo:

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)

Un rapido avvio per il CC1101 consiste nell'utilizzare la libreria di Elechouse. Scarica la libreria facendo clic sul link "ottieni codice" in quella pagina.

Crea una cartella per CC1101 nella cartella Librerie Arduino. Inserisci i due file ELECHOUSE_CC1101 (.cpp e.h) in quella cartella. Crea anche una cartella degli esempi all'interno di quella cartella e inserisci le tre cartelle demo/esempio.

Aggiorna le definizioni dei pin nel file ELECHOUSE_CC1101.h in questo modo:

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

Quindi posizionare il file di esempio CC1101_RX su un CCStick e il file di esempio CC1101_TX sul secondo CCStick.

Ci sono una serie di altre risorse e progetti interessanti per il ricetrasmettitore CC1101, incluso il seguente esempio:

TomXue Arduino CC1101 Libreria ArduinoSmartRF StudioElectrodragon CC1101 ProjectCUL ProjectCCManager ProjectDIY nanoCULAnother CC1101 Configurazione del microcontrollore

NOTA SULL'UTILIZZO DELLE INTERRUZIONI:

Per provare lo schizzo di esempio di Elechouse CC1101_RXinterruprt, collegare due pin dell'Arduino ProMicro sul lato inferiore del PCB CCStick. Questi sono i pin 7 e 19 (A1) che collegano il segnale GDO0 del ricetrasmettitore al pin 7 del microcontrollore, che è uno dei pin di interrupt esterni. Successivamente, aggiorna una delle linee di definizione dei pin discusse sopra in "#define GDO0 7 //and 19" poiché GDO0 è ora ponticellato dal pin 19 al pin 7. Successivamente, nel file CC1101_RXinterruprt, trova la funzione di chiamata della linea attachInterrupt() e modificare il primo parametro (numero di interrupt) da "0" a "4". Ciò avviene perché il pin 7 del ProMicro è associato all'interruzione n. 4.

Passaggio 15: HACK IL PIANETA

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