HackerBox 0034: SubGHz: 15 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Este mês, os hackers do HackerBox estão explorando o Rádio Definido por Software (SDR) e as comunicações de rádio em frequências abaixo de 1 GHz. Este Instructable contém informações para começar a usar o HackerBox # 0034, 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 0034:

• Configuração e uso de receptores de rádio SDR
• Operações de SDR móveis
• Montagem do transceptor CCStick Sub-GHz
• Programando o CCStick usando Arduino ProMicros
• Montagem de transmissores e receptores de áudio FM

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 0034: conteúdo da caixa

• Receptor de rádio USB definido por software (SDR)
• Antena MCX para receptor SDR
• Duas placas de circuito impresso CCStick
• Dois Transceptores CC1101 com Antenas
• Dois Arduino ProMicros 3,3 V 8 MHz
• Kit transmissor de áudio FM
• Kit receptor de áudio FM
• Cabo MicroUSB
• Pin exclusivo de oscilador de rádio "Hertz"

Algumas outras coisas que serão úteis:

• Ferro de soldar, solda e ferramentas básicas de solda
• Computador para executar ferramentas de software

Mais importante ainda, você precisará de um senso de aventura, espírito faça-você-mesmo e curiosidade de hacker. Eletrônicos hardcore DIY não são uma busca trivial, e as HackerBoxes não são diluídas. O objetivo é o progresso, não a perfeição. Quando você persiste e aproveita a aventura, uma grande satisfação pode ser derivada do aprendizado de novas tecnologias e, felizmente, de fazer alguns projetos funcionarem. Sugerimos que você dê cada passo devagar, atento 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.

Etapa 2: Bem-vindo ao rádio sub-GHz

Música cue: Radio KAOS

A tecnologia sub-GHz é a escolha ideal para aplicações sem fio que requerem longo alcance e baixo consumo de energia. As transmissões de banda estreita podem transmitir dados para hubs distantes, muitas vezes a vários quilômetros de distância, sem saltar de um nó para outro. Essa capacidade de transmissão de longo alcance reduz a necessidade de várias estações base ou repetidoras caras. Os protocolos proprietários sub-GHz permitem que os desenvolvedores otimizem sua solução sem fio de acordo com suas necessidades específicas, em vez de obedecer a um padrão que pode colocar restrições adicionais na implementação da rede. Embora muitas redes sub-GHz existentes usem protocolos proprietários, a indústria está lentamente adicionando sistemas interoperáveis baseados em padrões. Por exemplo, o padrão IEEE 802.15.4g está ganhando popularidade em todo o mundo e está sendo adotado por várias alianças da indústria, como Wi-SUN e ZigBee.

Algumas frequências interessantes para explorar incluem: 88-108 MHz FM BroadcastNOAA Weather RadioAir Traffic Control315 MHz Keyless Entry Fob (a maioria dos carros americanos) 2m Ham Calling (SSB: 144.200 MHz, FM: 146,52 MHz) 433 MHz ISM / IoT902-928 MHZ ISM / IoT

Vários esquemas de modulação são usados para diferentes tipos de comunicações de rádio nessas frequências. Dedique alguns minutos para se familiarizar com o básico.

Etapa 3: Receptor de Rádio Definido por Software (SDR)

Os componentes de rádio tradicionais (como moduladores, demoduladores e sintonizadores) são implementados usando uma coleção de dispositivos de hardware. O advento da computação moderna e dos conversores analógico-digital (ADCs) permite que a maioria desses componentes tradicionalmente baseados em hardware sejam implementados em software. Daí o termo rádio definido por software (SDR). O SDR baseado em computador permite a implementação de receptores de rádio de banda larga baratos.

O RTL-SDR é um dongle USB que pode ser usado como um receptor de rádio baseado em computador para receber sinais de rádio ao vivo. Uma ampla gama de informações está disponível online para experimentar a tecnologia RTL-SDR, incluindo um guia de início rápido.

Etapa 4: Hardware Dongle USB RTL-SDR

O RTL2832U é um demodulador DVB-T COFDM de alto desempenho que oferece suporte a uma interface USB 2.0. O RTL2832U suporta o modo 2K ou 8K com largura de banda de 6, 7 e 8 MHz. Os parâmetros de modulação, por exemplo, taxa de código e intervalo de guarda, são detectados automaticamente. O RTL2832U suporta sintonizadores em IF (frequência intermediária, 36,125 MHz), baixo IF (4,57 MHz) ou saída Zero-IF usando um cristal de 28,8 MHz e inclui suporte de rádio FM / DAB / DAB +. Incorporado com um ADC (conversor analógico-digital) avançado, o RTL2832U apresenta alta estabilidade na recepção portátil. O sintonizador digital R820T2 suporta operação na faixa de 24 - 1766 MHz.

Observe que o dongle SDR possui uma entrada RF coaxial MCX para acoplar com a antena chicote MCX incluída. Como muitas fontes de sinal e antenas comuns usam conectores coaxiais SMA, um Acoplador MCX-SMA pode ser útil.

Etapa 5: Software SDR - Rádio GNU

GNU Radio é um kit de ferramentas de desenvolvimento de software gratuito e de código aberto que fornece blocos de processamento de sinal para implementar rádios de software. Ele pode ser usado com hardware de RF externo prontamente disponível para criar rádios definidos por software. GNU Radio é amplamente utilizado em ambientes hobbyist, acadêmicos e comerciais para apoiar pesquisas de comunicação sem fio e sistemas de rádio do mundo real.

Existem muitos sabores e implementações do GNU Radio. GQRX é uma boa variante para usuários de OSX e Linux.

Etapa 6: SDR móvel

O SDR Touch pode transformar seu celular ou tablet em um leitor de rádio definido por software acessível e portátil. Ouça ao vivo estações de rádio FM, boletins meteorológicos, polícia, bombeiros e estações de emergência, tráfego de táxis, comunicações de aviões, áudio de transmissões de TV analógica, rádios HAM amadores, transmissões digitais e muito mais.

É necessário um cabo ou adaptador USB on-the-go (OTG) para conectar o dongle USB SDR a um dispositivo móvel. Um cabo OTG com uma porta de alimentação extra (auxiliar) pode ser necessário para alimentar o dongle. Uma porta de alimentação extra pode ser uma boa ideia de qualquer maneira, já que um aplicativo como o SDR Touch tende a esgotar rapidamente as baterias de dispositivos móveis.

Etapa 7: Kit transmissor de microfone

Este kit de solda é um transmissor de áudio modulador de frequência (FM) simples com três transistores. Ele opera na faixa de frequência de 80 MHz a 108 MHz alocada para transmissão de rádio FM. A tensão de trabalho do transmissor é de 1,5 V-9 V e transmitirá por mais de 100 metros, dependendo da alimentação fornecida, configuração da antena, sintonia e fatores eletromagnéticos ambientais.

Conteúdo do kit:

• PCB
• ONE 500 KOhm Trimmer Pot
• DOIS Transistores NPN 9018
• ONE NPN 9014 Transistor
• ONE 4,5 voltas indutor (4T5)
• DOIS indutores de 5,5 voltas (5T5)
• UM Microfone de Eletreto
• ONE 1M Resistor (BrownBlackGreen)
• DOIS resistores de 22K (RedRedOrange)
• QUATRO resistores de 33 ohm (OrangeOrangeBlack)
• TRÊS resistores 2.2K (2K2) (RedRedRed)
• ONE 33uF Tampa Eletrolítica
• QUATRO Capacitores de Cerâmica 30pF “30”
• QUATRO Capacitores de Cerâmica 100nF “104”
• UM Capacitor de cerâmica 10nF "103"
• Capacitor de cerâmica DOIS 680pF "681"
• DOIS Capacitores de cerâmica 10pF “10”
• Fio de Antena
• Clipe de bateria 9V
• Pinos de cabeçalho (quebrar para 2 e 3 pinos)

Observe que os três transistores, o microfone e um capacitor eletrolítico devem ser orientados conforme mostrado na tela do PCB. Os indutores e capacitores de cerâmica não são polarizados. Embora os valores e tipos não sejam intercambiáveis, cada um pode ser inserido em qualquer orientação.

Se você é novo em soldagem: Existem muitos guias e vídeos excelentes online sobre soldagem. Aqui está um 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.

Etapa 8: Design do kit transmissor de microfone

Um sinal de áudio de entrada pode ser coletado pelo microfone de eletreto integrado ou fornecido de outra fonte elétrica nos pinos do cabeçalho de entrada. Os condutores do microfone podem ser estendidos usando fios ou condutores aparados de outros componentes para permitir a conexão ao PCB. O fio do microfone conectado ao invólucro externo do microfone é o fio negativo, conforme mostrado na imagem.

No transistor Q1, a modulação de frequência é alcançada quando uma frequência do oscilador da portadora é modificada pelo sinal de áudio. O potenciômetro trimmer pode ser usado para ajustar a atenuação de entrada do sinal de áudio. O sinal de áudio é acoplado à base do transistor Q1 via C2.

O transistor Q2 (junto com R7, R8, C4, C5, L1, C8 e C7) fornece o oscilador de alta frequência. C8 é o capacitor de feedback. C7 é o capacitor de bloqueio DC. C5 e L1 fornecem o tanque ressonante para o oscilador. Mudar os valores de C5 e / ou L1 mudará a frequência de transmissão. Após a montagem inicial, a frequência de transmissão padrão será de cerca de 83MHz. Espalhar suavemente as voltas da bobina L1 um pouquinho mudará o valor do indutor L1 e mudará a frequência de transmissão de acordo. Manter a frequência em torno de 88MHz-108MHz permitirá que o sinal seja recebido usando qualquer rádio FM, incluindo o receptor SDR.

O transistor Q3 (junto com R9, R10, L2, C10 e C1) forma um circuito amplificador de potência de alta frequência. O sinal modulado é acoplado ao circuito de amplificação por meio do capacitor C6. C10 e L2 formam um tanque de sintonia de amplificação. A potência máxima de saída é alcançada quando o loop de amplificação de C10 e L2 são sintonizados na mesma frequência que o loop do oscilador da portadora de C5 e L1.

Finalmente, C12 e L3 fornecem turing de antena onde o sinal amplificado é conduzido em uma antena de fio para transmissão como ondas eletromagnéticas de radiofrequência.

Etapa 9: Kit receptor de modulação de frequência (FM)

Este kit receptor FM é baseado no chip HEX3653, que é um Demodulador FM altamente integrado.

O kit inclui:

• PCB
• U1 HEX3653 Chip SMD 16 pinos
• Q1 SS8050 NPN Transistor
• Indutor L1 100uH
• Cristal Y1 32.768KHz
• R1, R2, R3, R4 Resistores 10KOhm
• C1, C2 Capacitores eletrolíticos 100uF
• Capacitores de cerâmica C3, C5 (104) 0,1uF
• Capacitor de cerâmica C4 (33) 33pF
• D1, D2 1N4148 Diodos
• LED amarelo
• Conector para telefone de áudio de 3,5 mm
• Cabeçalho de quatro pinos com jumper
• Cinco botões momentâneos
• Suporte de bateria AA dupla

O chip receptor HEX3653 opera na faixa de frequência de 76 MHz a 108 MHz, que é alocada para transmissão de rádio FM.

O kit inclui cinco botões:

• Sintonia de frequência (SEEK +, SEEK-)
• Controle de volume (VOL +, VOL-)
• Potência (PW)

O circuito tem uma tensão de trabalho de 1,8-3,6 V, que é facilmente fornecida por duas células de 1,5 V.

Etapa 10: Projeto do kit receptor HEX3653 FM

Existem duas opções para uma entrada de antena.

Um fio pode ser conectado ao bloco "A" no PCB ou a blindagem do fio do fone de ouvido pode servir como antena.

O conector de quatro pinos serve como uma chave de antena (identificada como ASW). A colocação do jumper de curto no ASW seleciona entre as duas entradas de antena. Os pinos de curto 1 e 2 direcionam o sinal "A" da antena externa para o pino quatro do chip HEX3653. Alternativamente, encurtar os pinos 2 e 3 direciona o pino de blindagem do conector do fone de ouvido para o pino quatro do chip HEX3653.

O pino quatro do chip HEX3653 é a entrada de radiofrequência (RF) para o chip receptor. O sinal de RF selecionado passa primeiro por L1 e C4, que atuam como um filtro. Em seguida, dois diodos de corte são usados para limitar a tensão de entrada excessiva.

O cabeçalho de cinco pinos (identificado como B) permite que o módulo receptor seja integrado a outro sistema. Existem dois pinos para entrada da fonte de alimentação (+ V, terra) e três para saída de áudio (direito, esquerdo, terra).

Etapa 11: Montagem do kit receptor FM HEX3653

Os três capacitores de cerâmica e o cristal não são polarizados e podem ser inseridos em qualquer orientação. Eles não são intercambiáveis, mas podem ser girados cada um em sua orientação. Todos os outros componentes devem ser montados de acordo com a orientação indicada na tela do PCB. Como de costume, é melhor começar com o chip SMD e, em seguida, passar para os componentes menores / mais curtos trabalhando do centro do PCB em direção às bordas. Conecte os conectores, o conector de áudio e o suporte da bateria por último.

Etapa 12: CCStick

O CCStick é um módulo transceptor de rádio sub-GHz Texas Instruments CC1101 acoplado a um Arduino ProMicro. Dois kits CCStick estão incluídos no HackerBox # 0034 para uso como dois terminais de um link de comunicação ou em alguma outra configuração de comunicação.

O Texas Instruments CC1101 (folha de dados) é um transceptor sub-GHz de baixo custo projetado para aplicações sem fio de baixa potência. O circuito é destinado principalmente para as bandas de frequência Industrial, Científica e Médica (ISM) e Dispositivo de Curto Alcance (SRD) em 315, 433, 868 e 915 MHz, mas pode ser facilmente programado para operação em outras frequências no 300- Bandas de 348 MHz, 387-464 MHz e 779-928 MHz. O transceptor RF é integrado a um modem de banda base altamente configurável. O modem suporta vários formatos de modulação e tem uma taxa de dados configurável de até 600 kbps.

Etapa 13: Arduino ProMicro 3,3 V 8 MHz

O Arduino ProMicro é baseado no microcontrolador ATmega32U4 que possui uma interface USB embutida. Isso significa que não há FTDI, PL2303, CH340 ou qualquer outro chip atuando como intermediário entre o seu computador e o microcontrolador Arduino.

Sugerimos primeiro testar o Pro Micro sem soldar os pinos no lugar. Você pode realizar a configuração básica e o teste sem usar os pinos de cabeçalho. Além disso, atrasar a soldagem no módulo dá uma variável a menos para depurar, caso você tenha alguma complicação.

Se você não tiver o IDE do Arduino instalado em seu computador, comece baixando o IDE do formulário arduino.cc. AVISO: Certifique-se de selecionar a versão 3.3V em ferramentas> processador antes de programar o Pro Micro. Tendo este configurado para 5V funcionará uma vez e então o dispositivo parecerá nunca se conectar ao seu PC até que você siga as instruções "Reiniciar para Bootloader" no guia discutido abaixo, o que pode ser um pouco complicado.

Sparkfun tem um ótimo Guia Pro Micro Hookup. O Guia de conexão tem uma visão geral detalhada da placa Pro Micro e, em seguida, uma seção para "Instalando: Windows" e uma seção para "Instalando: Mac e Linux". Siga as instruções na versão apropriada dessas instruções de instalação para configurar seu Arduino IDE para suportar o Pro Micro. Normalmente começamos a trabalhar com uma placa Arduino carregando e / ou modificando o esboço Blink padrão. No entanto, o Pro Micro não inclui o LED normal no pino 13. Felizmente, podemos controlar os LEDs RX / TX e o Sparkfun forneceu um pequeno esboço para demonstrar como. Isso está na seção do Guia de Conexão intitulada, "Exemplo 1: Blinkies!" Verifique se você pode compilar e baixar este Blinkies! exemplo antes de prosseguir.

Etapa 14: Projeto e operação do CCStick

O módulo CC1101 e o Arduino ProMicro são inseridos no lado da serigrafia do PCB CCStick. Em outras palavras, os dois módulos menores estão na lateral do PCB vermelho que tem tinta branca e os pinos se projetam do lado que não tem tinta branca. A tinta branca é chamada de serigrafia PCB.

Os traços no PCB vermelho conectam o Módulo CC1101 e o Arduino ProMicro assim:

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)

Um início rápido para o CC1101 é usar a biblioteca da Elechouse. Baixe a biblioteca clicando no link "obter código" nessa página.

Crie uma pasta para CC1101 em sua pasta Bibliotecas do Arduino. Coloque os dois arquivos ELECHOUSE_CC1101 (.cpp e.h) nessa pasta. Crie também uma pasta de exemplos dentro dessa pasta e coloque as três pastas de demonstração / exemplo lá.

Atualize as definições de pinos no arquivo ELECHOUSE_CC1101.h assim:

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

Em seguida, coloque o arquivo de exemplo CC1101_RX em um CCStick e o arquivo de exemplo CC1101_TX no segundo CCStick.

Existem vários outros recursos e projetos interessantes para o transceptor CC1101, incluindo o seguinte exemplo:

TomXue Arduino CC1101 Arduino LibrarySmartRF StudioElectrodragon CC1101 ProjectCUL ProjectCCManager ProjectDIY nanoCULAnother CC1101 Microcontroller Setup

NOTA SOBRE O USO DE INTERRUPÇÕES:

Para obter uma amostra do esboço de exemplo Elechouse CC1101_RXinterruprt, conecte dois pinos do Arduino ProMicro na parte inferior do CCStick PCB. Estes são os pinos 7 e 19 (A1) que conectam o sinal do transceptor GDO0 ao pino 7 do microcontrolador, que é um dos pinos de interrupção externa. Em seguida, atualize uma das linhas de definição de pino discutidas acima para "#define GDO0 7 // e 19", uma vez que GDO0 agora é jumpeado do pino 19 para o pino 7. Em seguida, no arquivo CC1101_RXinterruprt, encontre a função de chamada de linha attachInterrupt () e mude o primeiro parâmetro (número de interrupção) de "0" para "4". Isso é feito porque o pino 7 do ProMicro está associado à interrupção # 4.

Etapa 15: HACK THE PLANET

Se você gostou deste Instructable e gostaria de ter uma caixa térmica com projetos de tecnologia de computador e eletrônicos hackeáveis em sua caixa de correio a cada mês, junte-se à revolução navegando em HackerBoxes.com e inscrevendo-se para receber nossa caixa surpresa mensal.

Entre em contato e compartilhe seu sucesso nos comentários abaixo ou na página do HackerBoxes no Facebook. Certamente, deixe-nos saber se você tiver alguma dúvida ou precisar de ajuda com alguma coisa. Obrigado por fazer parte do HackerBoxes!