HackerBox 0034: SubGHz: 15 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:12

החודש, האקרים של האקרים בוקסים בוחנים רדיו מוגדר תוכנה (SDR) ותקשורת רדיו בתדרים מתחת ל- 1GHz. מדריך זה מכיל מידע לתחילת העבודה עם HackerBox #0034, אותו ניתן לרכוש כאן עד גמר המלאי. כמו כן, אם תרצה לקבל HackerBox כזה ישירות בתיבת הדואר שלך בכל חודש, אנא הירשם ב- HackerBoxes.com והצטרף למהפכה!

נושאים ויעדי למידה עבור HackerBox 0034:

• תצורה ושימוש במקלטי רדיו SDR
• פעולות SDR ניידות
• הרכבת מקלט המשנה תת-GHz CCStick
• תכנות ה- CCStick באמצעות Arduino ProMicros
• הרכבת משדרי ומקלט FM

HackerBoxes הוא שירות תיבות המנויים החודשי לאלקטרוניקה DIY וטכנולוגיית מחשבים. אנחנו חובבים, יוצרים ונסיינים. אנחנו חולמי החלומות. פריץ לכוכב הלכת!

שלב 1: האקרבוקס 0034: תכולת הקופסה

• מקלט רדיו מוגדר תוכנה USB (SDR)
• אנטנת MCX למקלט SDR
• שני לוחות מעגל מודפסים CCStick
• שני משדרי CC1101 עם אנטנות
• שני Arduino ProMicros 3.3V 8MHz
• ערכת משדר אודיו FM
• ערכת מקלט אודיו FM
• כבל MicroUSB
• סיכת מתנד רדיו בלעדית "הרץ"

עוד כמה דברים שיהיו מועילים:

• מלחם, הלחמה וכלי הלחמה בסיסיים
• מחשב להפעלת כלי תוכנה

והכי חשוב, תצטרך תחושה של הרפתקאות, רוח DIY וסקרנות האקרים. אלקטרוניקה הארדקור DIY היא לא עיסוק טריוויאלי, ו- HackerBoxes אינם מושקים. המטרה היא התקדמות, לא שלמות. כאשר אתה מתמיד ונהנה מההרפתקה, ניתן להפיק סיפוק רב מלימוד טכנולוגיה חדשה ובתקווה לגרום לפרויקטים מסוימים לפעול. אנו מציעים לבצע כל צעד לאט, להתייחס לפרטים, ואל תפחד לבקש עזרה.

יש המון מידע לחברים הנוכחיים והפוטנציאליים בשאלות הנפוצות של HackerBoxes.

שלב 2: ברוכים הבאים לרדיו תת-GHz

מוזיקת רמז: רדיו KAOS

טכנולוגיית תת-GHz היא בחירה אידיאלית ליישומים אלחוטיים הדורשים טווח ארוך וצריכת חשמל נמוכה. שידורי פס צר יכולים להעביר נתונים לרכזות רחוקות, לעתים קרובות כמה קילומטרים משם, מבלי לקפוץ מצומת לצומת. יכולת השידור לטווח ארוך מפחיתה את הצורך בתחנות בסיס רבות או חוזרות. פרוטוקולי קניית תת-GHz מאפשרים למפתחים לייעל את הפתרון האלחוטי שלהם לצרכים הספציפיים שלהם במקום להתאים לתקן שעלול לשים אילוצים נוספים על יישום הרשת. בעוד שרשתות קיימות רבות של תת-גיגה-הרץ משתמשות בפרוטוקולים קנייניים, התעשייה מוסיפה לאט לאט מערכות מבוססות-סטנדרטים הדדיות. לדוגמה, תקן IEEE 802.15.4g צובר פופולריות ברחבי העולם והוא מאומץ על ידי בריתות שונות בתעשייה כגון Wi-SUN ו- ZigBee.

כמה תדרים מעניינים לחקור כוללים: שידור FM של 88-108 מגה-הרץ תחנת מזג אוויר רדיו אוויר אוויר בקרת תנועה של 315 מגה-הרץ (רוב המכוניות האמריקאיות) שיחות 2 מ 'שיחות (SSB: 144.200 מגהרץ, FM: 146.52 מגהרץ) 433 מגהרץ ISM/IoT902-928 MHZ ISM/ IoT

תוכניות אפנון שונות משמשות לתקשורת רדיו מסוגים שונים בתדרים אלה. קח כמה דקות להכיר את היסודות.

שלב 3: מקלט רדיו מוגדר תוכנה (SDR)

רכיבי רדיו מסורתיים (כגון מאפננים, דמודולטורים ומכוננים) מיושמים באמצעות אוסף התקני חומרה. הופעת המחשוב המודרני וממירים אנלוגיים לדיגיטליים (ADC) מאפשרים ליישם את רוב הרכיבים המסורתיים המבוססים על חומרה אלה בתוכנה. מכאן שהמונח תוכנה מוגדרת רדיו (SDR). SDR מבוסס מחשב מאפשר יישום מקלט רדיו פס רחב וזול.

ה- RTL-SDR הוא דונגל USB שיכול לשמש כמקלט רדיו מבוסס מחשב לקבלת אותות רדיו חיים. מגוון רחב של מידע זמין באינטרנט להתנסות בטכנולוגיית RTL-SDR כולל מדריך התחלה מהירה.

שלב 4: חומרת דונגל USB מסוג RTL-SDR

ה- RTL2832U הוא מפענח DVB-T COFDM בעל ביצועים גבוהים התומך בממשק USB 2.0. RTL2832U תומך במצב 2K או 8K עם רוחב פס של 6, 7 ו- 8MHz. פרמטרי אפנון, למשל, קצב קוד ומרווח שמירה, מזוהים באופן אוטומטי. RTL2832U תומך במקלטים בתדר IF (תדר בינוני, 36.125MHz), נמוך IF (4.57MHz) או אפס-אפ באמצעות קריסטל 28.8MHz, וכולל תמיכה ברדיו FM/DAB/DAB+ רדיו. RTL2832U משולב עם ADC מתקדם (ממיר אנלוגי לדיגיטלי) וכולל יציבות גבוהה בקליטה ניידת. מקלט דיגיטלי R820T2 תומך בהפעלה בטווח של 24 - 1766 מגה -הרץ.

שים לב שהדונגל SDR כולל כניסת RF קואקסיאלית MCX לזוג עם אנטנת השוט MCX הכלולה. מכיוון שמקורות אותות ואנטנות נפוצים רבים משתמשים במחברים קואקסיאליים מסוג SMA, מחבר MCX-SMA עשוי להיות שימושי.

שלב 5: תוכנת SDR - רדיו GNU

רדיו GNU הוא ערכת כלים לפיתוח תוכנה בחינם וקוד פתוח המספקת בלוקים לעיבוד אותות ליישום מכשירי רדיו תוכנה. ניתן להשתמש בו עם חומרת RF חיצונית זמינה ליצירת מכשירי רדיו המוגדרים על ידי תוכנה. רדיו GNU נמצא בשימוש נרחב בסביבות תחביבים, אקדמיים ומסחריים לתמיכה הן במחקר תקשורת אלחוטית והן במערכות רדיו בעולם האמיתי.

ישנם טעמים ויישומים רבים של רדיו GNU. GQRX היא גרסה נחמדה עבור משתמשי OSX ו- Linux.

שלב 6: SDR לנייד

SDR Touch יכול להפוך את הטלפון הסלולרי או הטאבלט שלכם לסורק רדיו המוגדר בתוכנה נגישה. האזן לשידור חי בתחנות רדיו FM, דיווחי מזג אוויר, משטרה, כיבוי אש ותחנות חירום, תנועת מוניות, תקשורת במטוסים, שמע של שידורי טלוויזיה אנלוגיים, חובבי רדיו HAM, שידורים דיגיטליים ועוד.

יש צורך בכבל או במתאם USB תוך כדי תנועה (OTG) כדי לחבר את הפונגל USB SDR להתקן נייד. ייתכן שיידרש כבל OTG עם יציאת חשמל נוספת (עזר) להפעלת הדונגל. יציאת חשמל נוספת עשויה להיות רעיון טוב ללא קשר, מכיוון שאפליקציה כמו SDR Touch נוטה לרוקן במהירות את הסוללות של התקנים ניידים.

שלב 7: ערכת משדר מיקרופונים

ערכת הלחמה זו היא משדר אודיו בעל אופי תדר תלת-טרנזיסטורי פשוט (FM). הוא פועל בטווח התדרים של 80MHz-108MHz המוקצה לרדיו שידור FM. מתח העבודה של המשדר הוא 1.5V-9V והוא ישדר מעל 100 מטרים בהתאם לכוח המסופק, לתצורת האנטנה, לכוונון ולגורמים אלקטרומגנטיים סביבתיים.

תכולת הערכה:

• PCB
• סיר גוזם אחד 500 קאוהם
• שני טרנזיסטורים NPN 9018
• טרנזיסטור אחד NPN 9014
• משרן ONE 4.5 סיבובים (4T5)
• שני משרני 5.5 סיבובים (5T5)
• מיקרופון ONE Electret
• הנגד אחד 1M (חום שחור ירוק)
• שני נגדים 22K (אדום אדום)
• ארבעה נגדי 33 אוהם (כתום כתום שחור)
• שלושה נגדים של 2.2K (2K2) (RedRedRed)
• מכסה אלקטרוליטי ONE 33uF
• ארבעה קבלים קרמיים 30pF “30”
• ארבעה קבלים קרמיים של 100nF "104"
• קבל קרמיקה 10nF ONE "103"
• שני קבלים קרמיים 680pF “681”
• שני קבלים קרמיים 10pF "10"
• חוט אנטנה
• קליפ לסוללה 9V
• סיכות כותרת (שבירה ל -2 ו -3 סיכות)

שים לב כי שלושת הטרנזיסטורים, המיקרופון והקבל האלקטרוליטי האחד חייבים להיות מכוונים כפי שמוצג על מסך המשי PCB. המשרנים והקבלים הקרמיים אינם מקוטבים. אמנם הערכים והסוגים אינם ניתנים להחלפה, אך ניתן להכניס כל אחד מהם לכל כיוון.

אם אתה חדש בהלחמה: ישנם הרבה מדריכים וסרטוני וידאו מעולים בנושא הלחמה. להלן דוגמא אחת. אם אתה מרגיש שאתה זקוק לעזרה נוספת, נסה למצוא קבוצת יצרנים מקומית או שטח האקרים באזור שלך. כמו כן, מועדוני רדיו חובבים הם תמיד מקורות מצוינים לחוויית אלקטרוניקה.

שלב 8: עיצוב ערכת משדר המיקרופונים

ניתן לאסוף אות קלט על ידי מיקרופון האלקטרט המשולב או לספק ממקור חשמלי אחר לתוך סיכות הכותרת של הכניסה. ניתן להרחיב את מוליכי המיקרופון באמצעות חוטים או חוטים מקוצרים מרכיבים אחרים בכדי לאפשר חיבור ל- PCB. כבל המיקרופון המחובר לבית החיצוני של המיקרופון הוא הכבל השלילי כפי שמוצג בתמונה.

בטרנזיסטור Q1, אפנון התדרים מושגת כאשר תדר מתנד המוביל משתנה על ידי אות השמע. ניתן להשתמש בפוטנציומטר הגוזם כדי להתאים את הנחתת הכניסה של אות השמע. אות השמע מצורף לבסיס הטרנזיסטור Q1 באמצעות C2.

הטרנזיסטור Q2 (יחד עם R7, R8, C4, C5, L1, C8 ו- C7) מספק את המתנד בתדר גבוה. C8 הוא קבל המשוב. C7 הוא הקבל חוסם DC. C5 ו- L1 מספקים את מיכל התהודה עבור המתנד. שינוי הערכים של C5 ו/או L1 ישנה את תדר השידור. לאחר ההרכבה הראשונית, תדר ברירת המחדל של שידור יהיה כ 83MHz. פיזור עדין של סיבובי הסליל L1 טיפה ישנה את ערך המשרן L1 וישנה את תדר השידור בהתאם. שמירה על התדר סביב 88MHz-108MHz תאפשר קבלת האות באמצעות כל רדיו FM, כולל מקלט SDR.

הטרנזיסטור Q3 (יחד עם R9, R10, L2, C10 ו- C1) יוצר מעגל מגבר כוח בתדר גבוה. האות המאופנן מצורף למעגל ההגברה דרך הקבל C6. C10 ו- L2 יוצרים מיכל כוונון הגברה. הספק יציאה מרבי מושג כאשר לולאת ההגברה של C10 ו- L2 מכווננת לאותו תדר כמו לולאת המתנד של C5 ו- L1.

לבסוף, C12 ו- L3 מספקים טיול אנטנות שבו האות המוגבר מונע לתוך אנטנת חוט לשידור כגלים אלקטרומגנטיים בתדר רדיו.

שלב 9: ערכת מקלט תדר (FM)

ערכת מקלט FM זו מבוססת על שבב HEX3653, שהוא מפענח FM משולב מאוד.

הערכה כוללת:

• PCB
• שבב U1 HEX3653 SMD 16 פינים
• Q1 SS8050 NPN טרנזיסטור
• משרן L1 100uH
• Y1 קריסטל 32.768KHz
• נגדי R1, R2, R3, R4 10KOhm
• קבלים אלקטרוליטיים C1, C2 100uF
• קבלים קרמיים C3, C5 (104) 0.1uF
• קבלים קרמיים C4 (33) 33pF
• דיודות D1, D2 1N4148
• LED צהוב
• שקע טלפון שמע 3.5 מ"מ
• כותרת בעלת ארבע פינים עם מגשר
• חמישה לחצנים רגעיים
• מחזיק סוללות AA כפול

שבב המקלט HEX3653 פועל בטווח התדרים 76MHz-108MHz, המוקצה לרדיו שידור FM.

הערכה כוללת חמישה לחצנים:

• כוונון תדרים (SEEK +, SEEK-)
• בקרת עוצמת קול (VOL +, VOL-)
• כוח (PW)

למעגל מתח עבודה של 1.8-3.6V, המסופק בקלות על ידי שני תאים 1.5V.

שלב 10: עיצוב ערכת מקלט FM HEX3653

ישנן שתי אפשרויות לכניסת אנטנה.

ניתן לחבר חוט לרפידת ה- "A" על הלוח או שהמיגון של חוט האוזניות יכול לשמש כאנטנה.

הכותרת בעלת ארבע פינים משמשת כמתג אנטנות (מסומן ASW). מיקום המגשר הקצר ב- ASW בוחר בין שתי כניסות האנטנה. סיכות קיצור 1 ו -2 מנותבות את אות "A" של האנטנה החיצונית לסיכה ארבע של שבב HEX3653. לחלופין, קיצור סיכות 2 ו -3 מנתב את סיכת המגן של שקע האוזניות לסיכה ארבעה של שבב HEX3653.

סיכה ארבע של שבב HEX3653 היא קלט תדר הרדיו (RF) לשבב המקלט. אות ה- RF שנבחר עובר תחילה דרך L1 ו- C4 המשמשים מסנן. לאחר מכן משתמשים בשתי דיודות חיתוך להגבלת מתח כניסה מופרז.

הכותרת של חמישה פינים (שכותרתה B) מאפשרת לשלב את מודול המקלט במערכת אחרת. ישנם שני פינים עבור כניסת אספקת חשמל (+V, הקרקע) ושלושה עבור פלט שמע (ימין, שמאל, קרקע).

שלב 11: הרכבת ערכת מקלט FM HEX3653

שלושת הקבלים הקרמיים והגביש אינם מקוטבים וניתן להכניס אותם לכל כיוון. הם אינם ניתנים להחלפה, אך כל אחד מהם עשוי להסתובב בכיוון שלו. כל הרכיבים האחרים חייבים להיות מותקנים על פי הכיוון המצוין על מסך המשי PCB. כרגיל, עדיף להתחיל עם שבב ה- SMD, ולאחר מכן לעבור לרכיבים הקטנים/הקצרים ביותר העובדים ממרכז הלוח אל הקצוות. חבר את הכותרות, שקע השמע ומחזיק הסוללה לאחרונה.

שלב 12: CCStick

ה- CCStick הוא מודול משדר רדיו תת-GHz של טקסס אינסטרומנטס CC1101 מצורף ל- Arduino ProMicro. שתי ערכות CCStick כלולות ב- HackerBox #0034 לשימוש כשתי נקודות קצה של קישור תקשורת או בתצורת תקשורת אחרת.

ה- Texas Instruments CC1101 (גליון נתונים) הוא משדר תת-GHz בעלות נמוכה המיועד ליישומים אלחוטיים בעלי הספק נמוך מאוד. המעגל מיועד בעיקר לרצועות התדרים התעשייתיות, המדעיות והרפואיות (ISM) והתקני הטווח הקצר (SRD) במהירות 315, 433, 868 ו -915 מגה-הרץ, אך ניתן לתכנת אותו להפעלה בתדרים אחרים ב -300- 348 MHz, 387-464 MHz ו- 779-928 MHz להקות. משדר ה- RF משולב עם מודם פס -בסיס הניתן להגדרה. המודם תומך בפורמטי אפנון שונים ויש לו קצב נתונים שניתן להגדיר עד 600 kbps.

שלב 13: Arduino ProMicro 3.3V 8MHz

ה- Arduino ProMicro מבוסס על המיקרו -בקר ATmega32U4 בעל ממשק USB מובנה. המשמעות היא שאין FTDI, PL2303, CH340, או כל שבב אחר המשמש מתווך בין המחשב שלך לבין המיקרו -בקר Arduino.

אנו מציעים לבדוק קודם את ה- Pro Micro מבלי להלחם את הפינים למקומן. אתה יכול לבצע את התצורה הבסיסית ואת הבדיקות מבלי להשתמש בסיכות הכותרת. כמו כן, עיכוב הלחמה במודול נותן משתנה אחד פחות לאיתור באגים אם תיתקל בסיבוכים כלשהם.

אם אין לך את Arduino IDE מותקן במחשב שלך, התחל בהורדת טופס IDE arduino.cc. אזהרה: הקפד לבחור את גרסת 3.3V תחת כלים> מעבד לפני שתכנת את ה- Pro Micro. הגדרה זו של 5V תעבוד פעם אחת ואז נראה שהמכשיר לא יתחבר לעולם למחשב שלך עד שתעקוב אחר ההוראות "אפס לאתחול מטען" במדריך הנדון להלן, וזה יכול להיות קצת מסובך.

ל- Sparkfun יש מדריך חיבור מיקרו מצוין. מדריך החיבור כולל סקירה מפורטת של לוח ה- Pro Micro ולאחר מכן פרק עבור "התקנה: Windows" וקטע "התקנה: Mac ו- Linux". בצע את ההוראות בגרסה המתאימה של הוראות ההתקנה האלה כדי להגדיר את ה- Arduino IDE שלך שתומך ב- Pro Micro. בדרך כלל אנו מתחילים לעבוד עם לוח ארדואינו על ידי העמסה ו/או שינוי הסקיצה הסטנדרטית של בלינק. עם זאת, ה- Pro Micro אינו כולל את נורית ה- LED הרגילה על סיכה 13. למרבה המזל, אנו יכולים לשלוט על נוריות ה- RX/TX ו- Sparkfun סיפקה סקיצה קטנה ומסודרת להדגים כיצד. זה בחלק של מדריך החיבור שכותרתו, "דוגמה 1: מהבהבים!" ודא שאתה יכול לאסוף ולהוריד את הבזקים האלה! דוגמא לפני שממשיכים הלאה.

שלב 14: עיצוב ותפעול CCStick

מודול CC1101 ו- Arduino ProMicro מוכנסים לצד מסך המשי של הלוח המודפס CCStick. במילים אחרות, שני המודולים הקטנים יותר נמצאים בצד הלוח האדום שיש עליו צבע לבן והסיכות בולטות מהצד שאין עליו צבע לבן. הצבע הלבן נקרא מסך משי PCB.

עקבות הלוח האדום מחברים את מודול CC1101 ו- Arduino ProMicro כך:

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)

התחלה מהירה עבור CC1101 היא שימוש בספרייה מ- Elechouse. הורד את הספרייה על ידי לחיצה על הקישור "קבל קוד" בדף זה.

צור תיקייה עבור CC1101 בתיקיית ספריות Arduino שלך. מקם את שני הקבצים ELECHOUSE_CC1101 (.cpp ו-.h) בתיקייה זו. צור גם תיקיית דוגמאות בתוך התיקיה הזו והנח שם את שלוש תיקיות ההדגמה/דוגמה.

עדכן את הגדרות הפינים בקובץ ELECHOUSE_CC1101.h כך:

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

לאחר מכן הנח את קובץ הדוגמא CC1101_RX על CCStick אחד ואת קובץ הדוגמא CC1101_TX ב- CCStick השני.

ישנם מספר משאבים ופרויקטים מעניינים אחרים עבור משדר CC1101 כולל הדוגמה הבאה:

TomXue Arduino CC1101 ספריית ArduinoSmartRF Studio Electrodragon CC1101 ProjectCUL ProjectCCManager Project DIY nanoCUL התקנה נוספת של מיקרו -בקר CC1101

הערה אודות השימוש בפסיקות:

כדי לדגום את הסקיצה לדוגמה של Elechouse CC1101_RXinterruprt, חבר שני סיכות של ה- Arduino ProMicro בצד התחתון של הלוח המודרני של CCStick. אלה סיכות 7 ו -19 (A1) המחברת את אות ה- GDO0 של משדר הכבלים לסיכה 7 של המיקרו -בקר, שהוא אחד מפיני ההפרעה החיצוניים. לאחר מכן, עדכן את אחת משורות ההגדרה של הסיכה שנדונו למעלה ל- "#define GDO0 7 // ו- 19" מכיוון ש- GDO0 מקופץ כעת מהסיכה 19 לסיכה 7. לאחר מכן, בקובץ CC1101_RXinterruprt, מצא את הפונקציה שיחות קו attachInterrupt () ו שנה את הפרמטר הראשון (מספר הפסקה) מ- "0" ל- "4". זה נעשה מכיוון שסיכה 7 של ה- ProMicro קשורה להפסקה מספר 4.

שלב 15: פריצת כוכב הלכת

אם נהנית מהמדריך הזה ורוצה לקבל מארז מגניב של פרוייקטים אלקטרוניים וטכנולוגיות מחשבים הניתנים לפתיחה בכל חודש, אנא הצטרף למהפכה על ידי גלישה אל HackerBoxes.com והרשמה לקבלת תיבת ההפתעה החודשית שלנו.

הושיט יד ושתף את הצלחתך בתגובות למטה או בדף הפייסבוק של HackerBoxes. בהחלט יידע אותנו אם יש לך שאלות או שאתה זקוק לעזרה במשהו. תודה שהיית חלק מהאקרבוקס!