HackerBox 0038: TeknoDactyl: 17 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

HackerBox Hackers estão explorando o reconhecimento eletrônico de impressão digital e brinquedos giratórios mecânicos com microcontrolador de montagem em superfície e circuitos de LED. Este Instructable contém informações para começar a usar o HackerBox # 0038, que pode ser adquirido aqui enquanto durarem os estoques. Além disso, se você gostaria de receber um HackerBox como este diretamente em sua caixa de correio a cada mês, inscreva-se em HackerBoxes.com e junte-se à revolução!

Tópicos e objetivos de aprendizagem para HackerBox 0038:

• Explore o reconhecimento eletrônico de impressão digital
• Configure e programe o microcontrolador Arduino Nano
• Interface de módulos de sensor de impressão digital para microcontroladores
• Integre sensores de impressão digital em sistemas embarcados
• Pratique técnicas de soldagem de montagem em superfície
• Monte um projeto de spinner de fidget LED de acrílico
• Configure e programe o microcontrolador Digispark
• Experiência com cargas úteis de injeção de pressionamento de tecla USB

HackerBoxes é o serviço de caixa de assinatura mensal para eletrônicos DIY e tecnologia de computador. Somos amadores, criadores e experimentadores. Somos os sonhadores dos sonhos.

HACK THE PLANET

Etapa 1: HackerBox 0038: conteúdo da caixa

• Módulo de sensor de impressão digital
• Arduino Nano 5V 16MHz microUSB
• Kit de solda LED Fidget Spinner
• CR1220 Coin Cells for Spinner Kit
• Módulo de microcontrolador USB Digispark
• Pinças ESD
• Desoldering Braid
• Dois deslocadores de nível de tensão de quatro vias
• Cabo de extensão USB
• Decalque de falsificação exclusivo do HackerBox
• Decalque exclusivo para hackers "Quad Cut Up"
• Remendo exclusivo para ferro de passar na cadeira

Algumas outras coisas que serão úteis:

• Ferro de soldar, solda e ferramentas básicas de solda
• Fluxo de solda (exemplo)
• Lupa iluminada (exemplo)
• Computador para executar ferramentas de software
• Dedos para fidget spinning
• Dedos para experimentos de impressão digital

Mais importante ainda, você precisará de um senso de aventura, espírito hacker, paciência e curiosidade. Construir e experimentar com eletrônica, embora muito gratificante, pode ser complicado, desafiador e até mesmo frustrante às vezes. O objetivo é o progresso, não a perfeição. Quando você persiste e aproveita a aventura, uma grande satisfação pode ser derivada deste hobby. Dê cada passo lentamente, preste atenção aos detalhes e não tenha medo de pedir ajuda.

Há uma grande quantidade de informações para membros atuais e potenciais nas Perguntas frequentes dos HackerBoxes. Quase todos os e-mails de suporte não técnico que recebemos já foram respondidos lá, então realmente agradeço por dedicar alguns minutos para ler o FAQ.

Etapa 2: reconhecimento eletrônico de impressão digital

Scanners de impressão digital são sistemas de segurança biométrica para analisar cristas de fricção da ponta de um dedo humano, também conhecido como impressão digital (datilógrafo). Esses scanners são usados na aplicação da lei, segurança de identidade, controle de acesso, computadores e telefones celulares.

Todo mundo tem marcas nos dedos. Eles não podem ser removidos ou alterados. Essas marcas têm um padrão denominado impressão digital. Cada impressão digital é especial e diferente de qualquer outra no mundo. Como existem inúmeras combinações, as impressões digitais se tornaram um meio ideal de identificação.

Um sistema de scanner de impressão digital tem duas tarefas básicas. Primeiro, ele captura uma imagem do dedo. Em seguida, ele determina se o padrão de cristas e vales nesta imagem corresponde ao padrão de cristas e vales em imagens pré-digitalizadas. Apenas características específicas, que são únicas para cada impressão digital, são filtradas e salvas como uma chave biométrica criptografada ou representação matemática. Nenhuma imagem de uma impressão digital é salva, apenas uma série de números (um código binário), que é usado para verificação. O algoritmo não pode ser revertido para converter as informações codificadas de volta em uma imagem de impressão digital. Isso torna extremamente improvável a extração ou duplicação de impressões digitais utilizáveis das informações de imagem codificadas.

(Wikipedia)

Etapa 3: plataforma de microcontrolador Arduino Nano

Um Arduino Nano, ou placa de microcontrolador semelhante, é uma ótima escolha para interface com módulos de scanner de impressão digital. A placa Arduino Nano incluída vem com pinos de cabeçalho, mas eles não são soldados ao módulo. Deixe os pinos de fora por enquanto. Execute esses testes iniciais do módulo Arduino Nano ANTES de soldar os pinos do cabeçote no Arduino Nano. Tudo o que é necessário para as próximas etapas é um cabo microUSB e o Arduino Nano assim que ele sai da bolsa.

O Arduino Nano é uma placa Arduino miniaturizada de montagem em superfície, compatível com a placa de ensaio e com USB integrado. É incrivelmente completo e fácil de hackear.

Recursos:

• Microcontrolador: Atmel ATmega328P
• Tensão: 5V
• Pinos de E / S digitais: 14 (6 PWM)
• Pinos de entrada analógica: 8
• Corrente DC por pino de E / S: 40 mA
• Memória Flash: 32 KB (2 KB para bootloader)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• Velocidade do relógio: 16 MHz
• Dimensões: 17 mm x 43 mm

Esta variante específica do Arduino Nano é o design preto do Robotdyn. A interface é feita por uma porta MicroUSB integrada que é compatível com os mesmos cabos MicroUSB usados em muitos telefones celulares e tablets.

Arduino Nanos apresenta um chip de ponte USB / Serial integrado. Nesta variante em particular, o chip ponte é o CH340G. Observe que existem vários outros tipos de chips de ponte USB / Serial usados nos vários tipos de placas Arduino. Esses chips permitem que a porta USB do seu computador se comunique com a interface serial no chip do processador do Arduino.

O sistema operacional de um computador requer um driver de dispositivo para se comunicar com o chip USB / serial. O driver permite que o IDE se comunique com a placa Arduino. O driver de dispositivo específico necessário depende da versão do sistema operacional e também do tipo de chip USB / Serial. Para os chips CH340 USB / Serial, existem drivers disponíveis para muitos sistemas operacionais (UNIX, Mac OS X ou Windows). O fabricante do CH340 fornece esses drivers aqui.

Quando você conecta o Arduino Nano pela primeira vez a uma porta USB do seu computador, a luz verde de alimentação deve acender e logo após o LED azul deve começar a piscar lentamente. Isso acontece porque o Nano vem pré-carregado com o programa BLINK, que está rodando no novo Arduino Nano.

Etapa 4: Arduino Integrated Development Environment (IDE)

Se você ainda não instalou o IDE do Arduino, pode baixá-lo em Arduino.cc

Se você deseja informações introdutórias adicionais para trabalhar no ecossistema Arduino, sugerimos verificar o guia do HackerBoxes Starter Workshop.

Conecte o Nano ao cabo MicroUSB e a outra extremidade do cabo a uma porta USB no computador, inicie o software Arduino IDE, selecione a porta USB apropriada no IDE em ferramentas> porta (provavelmente um nome com "wchusb" nele) Selecione também "Arduino Nano" no IDE em ferramentas> placa.

Finalmente, carregue um pedaço de código de exemplo:

Arquivo-> Exemplos-> Básico-> Blink

Na verdade, este é o código que foi pré-carregado no Nano e deve estar em execução agora para piscar lentamente o LED azul. Da mesma forma, se carregarmos este código de exemplo, nada mudará. Em vez disso, vamos modificar um pouco o código.

Olhando de perto, você pode ver que o programa liga o LED, espera 1000 milissegundos (um segundo), desliga o LED, espera mais um segundo e então faz tudo de novo - para sempre.

Modifique o código alterando ambas as instruções "delay (1000)" para "delay (100)". Essa modificação fará com que o LED pisque dez vezes mais rápido, certo?

Vamos carregar o código modificado no Nano clicando no botão UPLOAD (o ícone de seta) logo acima do código modificado. Veja abaixo o código para as informações de status: "compilando" e depois "enviando". Eventualmente, o IDE deve indicar "Upload concluído" e seu LED deve piscar mais rápido.

Se sim, parabéns! Você acabou de hackear seu primeiro código embutido.

Depois que sua versão de piscar rápido estiver carregada e em execução, por que não ver se você pode alterar o código novamente para fazer o LED piscar rápido duas vezes e esperar alguns segundos antes de repetir? De uma chance! Que tal alguns outros padrões? Depois de conseguir visualizar um resultado desejado, codificá-lo e observá-lo para funcionar conforme planejado, você deu um enorme passo para se tornar um hacker de hardware competente.

Etapa 5: soldando os pinos do cabeçalho Arduino Nano

Agora que seu computador de desenvolvimento foi configurado para carregar código no Arduino Nano e o Nano foi testado, desconecte o cabo USB do Nano e prepare-se para soldar os pinos do cabeçalho. Se for sua primeira vez no clube da luta, você precisa soldar.

Existem muitos guias e vídeos excelentes online sobre soldagem (por exemplo). Se você acha que precisa de assistência adicional, tente encontrar um grupo de fabricantes local ou espaço de hacker em sua área. Além disso, os rádios amadores são sempre excelentes fontes de experiência em eletrônica.

Solde os dois cabeçalhos de uma única linha (quinze pinos cada) no módulo Arduino Nano. O conector de seis pinos ICSP (programação serial no circuito) não será usado neste projeto, portanto, deixe esses pinos desligados. Quando a soldagem estiver concluída, verifique cuidadosamente as pontes de solda e / ou juntas de solda fria. Finalmente, conecte o Arduino Nano de volta ao cabo USB e verifique se tudo ainda está funcionando corretamente.

Etapa 6: módulo sensor de impressão digital

O módulo sensor de impressão digital possui uma interface serial tornando-o super fácil de adicionar aos seus projetos. O módulo possui memória FLASH integrada para armazenar quaisquer impressões digitais que seja treinado para reconhecer, um processo conhecido como inscrição. Basta conectar quatro fios ao seu microcontrolador, conforme mostrado aqui. Observe que o VCC é 3,3 V (não 5 V).

Adafruit publicou uma biblioteca Arduino muito boa para sensores de impressão digital. A biblioteca inclui alguns esboços úteis. Por exemplo, "register.ino" demonstra como registrar (treinar) impressões digitais no módulo. Após o treinamento, "fingerprint.ino" demonstra como escanear uma impressão digital e compará-la com os dados treinados. A documentação da Adafruit para a biblioteca pode ser encontrada aqui. Você pode obter leitores de impressão digital adicionais lá ou verificar alguns módulos de penas.

INTEGRAÇÃO

Sensores de impressão digital podem ser adicionados a vários projetos, incluindo sistemas de segurança, fechaduras de portas, sistemas de atendimento de ponto e assim por diante. Por exemplo, faz uma atualização incrível para projetos do Locksport HackerBox.

Este vídeo mostra um sistema de exemplo trabalhando com um sensor de impressão digital.

Etapa 7: Kit Fidget Spinner LED

O kit de LED giratório usa dois controladores Microchip PIC e 24 LEDs para exibir vários padrões coloridos. Os padrões são visíveis usando uma técnica de Persistência de Visão (POV). Os padrões podem ser alterados pressionando o botão.

Antes de começar, verifique todas as peças listadas acima. Provavelmente há alguns resistores, capacitores, LEDs, parafusos e peças de acrílico extras no kit, então não se deixe confundir. Mesmo que o seu kit inclua uma folha de instruções, as instruções aqui devem ser muito mais fáceis de seguir.

Etapa 8: Kit Fidget Spinner LED - Esquemático e PCB

Nossa primeira pergunta ao examinar este esquema deve ser: Como exatamente você aciona 24 LEDs com apenas dez linhas de E / S? Magia? Sim, a magia do Charlieplexing.

NOTA DE ORIENTAÇÃO DE COMPONENTES. Reveja atentamente o diagrama das marcações de polaridade do PCB. Os dois microcontroladores devem ser girados na orientação correta. Além disso, os LEDs são polarizados e precisam ser orientados corretamente. Em contrato, os resistores e capacitores podem ser soldados em qualquer direção. O botão só se encaixa em uma maneira.

Etapa 9: Fidget Spinner - Começando com solda SMT

O kit de spinner de fidget PCB é uma tecnologia de montagem em superfície (SMT), que normalmente é bastante desafiadora para soldar. No entanto, o layout do PCB e a seleção de componentes tornam este kit SMT relativamente fácil de soldar. Se você nunca trabalhou com solda SMT, há alguns vídeos de demonstração muito bons online (por exemplo).

COMECE A SOLDAR: O botão e seu resistor de 10K ("103") são provavelmente o lugar mais fácil para começar, pois há muito espaço ao redor deles. Leve o seu tempo e soldar esses dois componentes no lugar.

Lembre-se de que, mesmo que sua soldagem não seja totalmente bem-sucedida, a jornada para fora de sua zona de conforto atual é a melhor prática. Além disso, o kit montado ainda funcionará como um spinner inspirado na eletrônica de aparência legal, mesmo se os LEDs não estiverem perfeitamente funcionais.

Etapa 10: Fidget Spinner - Solda do microcontrolador

Solde os dois microcontroladores (observe a marcação de orientação). Siga com os dois capacitores de 0,1 uF que estão próximos aos microcontroladores. Os capacitores não são polarizados e podem ser orientados de qualquer maneira.

Etapa 11: Fidget Spinner - Solda LED

Existem duas filas de LEDs no PCB e duas faixas de componentes de LED. Cada faixa tem uma cor diferente (vermelho e verde), portanto, mantenha os LEDs de cada faixa juntos na mesma linha do PCB. Não importa qual linha é verde e qual é vermelha, mas os mesmos LEDs coloridos precisam estar todos juntos na mesma linha.

Há uma marcação "-" em cada pad PCB para os LEDs. Essas marcações alternam os lados conforme você avança ao longo da fileira de blocos, o que significa que a orientação dos LEDs na fileira alternará para frente e para trás. As marcações verdes em um lado de cada LED devem ser orientadas para o "-" para esse painel de LED.

Etapa 12: Fidget Spinner - Concluir a solda

Solde os seis resistores de 200 Ohm ("201"). Eles não são polarizados e podem ser posicionados em qualquer direção.

Solde os três clipes da bateria de célula tipo moeda inserindo-os na parte inferior do PCB e, em seguida, soldando nos dois orifícios da parte superior da placa.

Insira três células tipo moeda e pressione o botão para testar os LEDs. Você não será capaz de ver os padrões de POV enquanto a PCB estiver parada, mas notará brilhos diferentes entre os dois bancos de LEDs à medida que alternar entre os modos de exibição. Observe que os pressionamentos curtos e longos têm efeitos diferentes.

Etapa 13: Fidget Spinner - Prepare a caixa de acrílico

Remova o papel protetor das peças de acrílico.

Disponha as cinco peças de acrílico e o PCB conforme numerado na imagem. Isso representa a ordem da pilha final.

Observe os três pequenos círculos em cada peça. Vire todas as peças até que todos os pequenos círculos estejam orientados na mesma direção.

Comece com a camada 2, que é aquela com círculos do tamanho de uma célula de moeda em cada um dos três braços.

Coloque o rolamento no centro da camada 2 e force-o no orifício grande. Isso vai exigir muita força. Tente não quebrar o acrílico ao fazer isso. Dito isso, uma única pequena rachadura ao redor do orifício de montagem do rolamento pode se formar. Isso é perfeitamente aceitável.

Etapa 14: Fidget Spinner - Montagem Mecânica

Empilhe as camadas - 1 a 5.

Observe que as peças 4 e 5 estão, na verdade, na mesma camada.

Insira três dos acopladores de latão roscados.

Coloque a camada 6 na pilha.

Observe que as camadas 1 e 6 têm orifícios menores para reter os acopladores de latão no lugar.

Use os seis parafusos curtos para fixar as camadas 1 e 6 aos acopladores de latão.

Etapa 15: Fidget Spinner - Hub central

Remova o papel protetor de três dos ciclos de acrílico - dois grandes e um pequeno.

Passe um parafuso longo em um dos círculos grandes de acrílico; empilhe o pequeno círculo de acrílico no parafuso; e gire um acoplador de latão roscado no parafuso para fazer uma pilha, conforme mostrado na imagem.

Insira a pilha pelo hub central.

Capture a pilha no cubo fixando o círculo de acrílico grande restante no lado aberto usando um parafuso longo.

C'est fin! Laissez les bon fidget rouler.

Etapa 16: Digispark e USB Rubber Ducky

Digispark é um projeto de código aberto originalmente financiado pelo Kickstarter. É uma placa compatível com Arduino superminiatura baseada em ATtiny usando o Atmel ATtiny85. O ATtiny85 é um microcontrolador de 8 pinos primo próximo do chip Arduino típico, o ATMega328P. O ATtiny85 tem cerca de um quarto da memória e apenas seis pinos de E / S. No entanto, ele pode ser programado a partir do IDE do Arduino e ainda pode executar o código do Arduino sem problemas.

O USB Rubber Ducky é uma ferramenta favorita do hacker. É um dispositivo de injeção de teclas disfarçado como uma unidade flash genérica. Os computadores o reconhecem como um teclado normal e aceitam automaticamente suas cargas de pressionamento de tecla pré-programadas em mais de 1000 palavras por minuto. Siga o link para saber tudo sobre Rubber Duckies da Hak5 onde você também pode comprar o negócio real. Enquanto isso, este tutorial em vídeo mostra como usar um Digispark como um patinho de borracha. Outro vídeo tutorial mostra como converter Rubber Ducky Scripts para rodar no Digispark.

Etapa 17: HackLife

Esperamos que você tenha gostado da viagem deste mês para a eletrônica DIY. Entre em contato e compartilhe seu sucesso nos comentários abaixo ou no Grupo HackerBoxes no Facebook. Certamente, deixe-nos saber se você tiver alguma dúvida ou precisar de ajuda com alguma coisa.

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