HackerBox 0038: TeknoDactyl: 17 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

HackerBox Hacker đang khám phá tính năng nhận dạng vân tay điện tử và đồ chơi con quay cơ học với vi điều khiển gắn trên bề mặt và mạch đèn LED. Có thể hướng dẫn này chứa thông tin để bắt đầu với HackerBox # 0038, bạn có thể mua thông tin này tại đây trong khi hết hàng. Ngoài ra, nếu bạn muốn nhận được một HackerBox như thế này ngay trong hộp thư của mình mỗi tháng, hãy đăng ký tại HackerBoxes.com và tham gia cuộc cách mạng!

Các chủ đề và mục tiêu học tập cho HackerBox 0038:

• Khám phá tính năng nhận dạng vân tay điện tử
• Định cấu hình và lập trình vi điều khiển Arduino Nano
• Giao diện mô-đun cảm biến vân tay với vi điều khiển
• Tích hợp cảm biến vân tay vào hệ thống nhúng
• Thực hành kỹ thuật hàn gắn trên bề mặt
• Lắp ráp dự án con quay fidget spinner bằng acrylic LED
• Định cấu hình và lập trình vi điều khiển Digispark
• Thử nghiệm với tải trọng chèn phím bấm USB

HackerBoxes là dịch vụ hộp đăng ký hàng tháng dành cho công nghệ máy tính và điện tử DIY. Chúng tôi là những người có sở thích, nhà sản xuất và thử nghiệm. Chúng ta là những kẻ mơ mộng.

HACK KẾ HOẠCH

Bước 1: HackerBox 0038: Nội dung hộp

• Mô-đun cảm biến vân tay
• Arduino Nano 5V 16MHz microUSB
• Bộ dụng cụ hàn LED Fidget Spinner
• CR1220 Coin Cells cho Spinner Kit
• Mô-đun vi điều khiển Digispark USB
• Nhíp ESD
• Bím tóc
• Hai bộ thay đổi mức điện áp bốn chiều
• Cáp mở rộng USB
• Decal giả mạo HackerBox độc quyền
• Decal hacker "Quad Cut Up" độc quyền
• Bản vá sắt trên ghế độc quyền

Một số điều khác sẽ hữu ích:

• Hàn sắt, thuốc hàn và các dụng cụ hàn cơ bản
• Chất hàn (ví dụ)
• Kính lúp sáng (ví dụ)
• Máy tính để chạy các công cụ phần mềm
• Ngón tay để quay thần tốc
• Ngón tay để thử nghiệm dấu vân tay

Quan trọng nhất, bạn sẽ cần một cảm giác phiêu lưu, tinh thần hacker, sự kiên nhẫn và sự tò mò. Việc xây dựng và thử nghiệm với thiết bị điện tử, mặc dù rất bổ ích, nhưng đôi khi có thể khó khăn, thử thách và thậm chí khiến bạn nản lòng. Mục tiêu là sự tiến bộ, không phải sự hoàn hảo. Khi bạn kiên trì và tận hưởng cuộc phiêu lưu, bạn có thể thỏa mãn rất nhiều từ sở thích này. Hãy thực hiện từng bước một cách chậm rãi, chú ý đến các chi tiết và đừng ngại yêu cầu sự giúp đỡ.

Có rất nhiều thông tin cho các thành viên hiện tại và tương lai trong Câu hỏi thường gặp về HackerBoxes. Hầu hết tất cả các email hỗ trợ không liên quan đến kỹ thuật mà chúng tôi nhận được đều đã được trả lời ở đó, vì vậy, thực sự đánh giá cao việc bạn dành vài phút để đọc Câu hỏi thường gặp.

Bước 2: Nhận dạng vân tay điện tử

Máy quét vân tay là hệ thống bảo mật sinh trắc học để phân tích các gờ ma sát từ đầu ngón tay người, còn được gọi là dấu vân tay (dactylograph). Những máy quét này được sử dụng trong thực thi pháp luật, bảo mật danh tính, kiểm soát truy cập, máy tính và điện thoại di động.

Mọi người đều có dấu trên ngón tay của họ. Chúng không thể bị xóa hoặc thay đổi. Những dấu này có một mẫu gọi là dấu vân tay. Mọi dấu vân tay đều đặc biệt và khác với bất kỳ dấu vân tay nào trên thế giới. Bởi vì có vô số sự kết hợp, dấu vân tay đã trở thành một phương tiện nhận dạng lý tưởng.

Một hệ thống máy quét dấu vân tay có hai công việc cơ bản. Đầu tiên, nó chụp một hình ảnh của ngón tay. Tiếp theo, nó xác định xem mô hình của đường gờ và thung lũng trong hình ảnh này có khớp với mô hình của đường gờ và thung lũng trong hình ảnh được quét trước hay không. Chỉ các đặc điểm cụ thể, duy nhất cho mọi dấu vân tay, mới được lọc và lưu dưới dạng khóa sinh trắc học được mã hóa hoặc biểu diễn toán học. Không có hình ảnh dấu vân tay nào được lưu lại, chỉ có một dãy số (mã nhị phân), được sử dụng để xác minh. Không thể đảo ngược thuật toán để chuyển đổi thông tin được mã hóa trở lại thành hình ảnh dấu vân tay. Điều này làm cho việc trích xuất hoặc nhân bản các dấu vân tay có thể sử dụng từ thông tin hình ảnh được mã hóa rất khó xảy ra.

(Wikipedia)

Bước 3: Nền tảng vi điều khiển Arduino Nano

Arduino Nano, hoặc bo mạch vi điều khiển tương tự, là một lựa chọn tuyệt vời để giao tiếp với các mô-đun máy quét dấu vân tay. Bo mạch Arduino Nano đi kèm có các chân cắm tiêu đề, nhưng chúng không được hàn vào mô-đun. Để các ghim tắt ngay bây giờ. Thực hiện các thử nghiệm ban đầu này đối với mô-đun Arduino Nano TRƯỚC KHI hàn các chân tiêu đề của Arduino Nano. Tất cả những gì cần thiết cho một vài bước tiếp theo là cáp microUSB và Arduino Nano ngay khi nó ra khỏi túi.

Arduino Nano là một bo mạch Arduino thu nhỏ, thân thiện với bề mặt, thân thiện với bảng mạch và có USB tích hợp. Nó có đầy đủ tính năng và dễ dàng để hack.

Đặc trưng:

• Bộ vi điều khiển: Atmel ATmega328P
• Điện áp: 5V
• Chân I / O kỹ thuật số: 14 (6 PWM)
• Chân đầu vào tương tự: 8
• Dòng điện DC trên mỗi chân I / O: 40 mA
• Bộ nhớ Flash: 32 KB (2KB cho bộ nạp khởi động)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• Tốc độ đồng hồ: 16 MHz
• Kích thước: 17mm x 43mm

Biến thể đặc biệt này của Arduino Nano là thiết kế Robotdyn màu đen. Giao diện bằng cổng MicroUSB trên bo mạch tương thích với cùng loại cáp MicroUSB được sử dụng với nhiều điện thoại di động và máy tính bảng.

Arduino Nanos có chip cầu nối USB / Serial tích hợp. Trên biến thể cụ thể này, chip cầu nối là CH340G. Lưu ý rằng có nhiều loại chip cầu nối USB / Serial khác được sử dụng trên các loại bảng Arduino khác nhau. Các chip này cho phép bạn sử dụng cổng USB của máy tính để giao tiếp với giao diện nối tiếp trên chip xử lý của Arduino.

Hệ điều hành của máy tính yêu cầu Trình điều khiển thiết bị để giao tiếp với chip USB / Serial. Trình điều khiển cho phép IDE giao tiếp với bảng Arduino. Trình điều khiển thiết bị cụ thể cần thiết phụ thuộc vào cả phiên bản hệ điều hành và loại chip USB / Serial. Đối với chip CH340 USB / Serial, có sẵn các trình điều khiển cho nhiều hệ điều hành (UNIX, Mac OS X hoặc Windows). Nhà sản xuất CH340 cung cấp các trình điều khiển đó ở đây.

Khi bạn lần đầu tiên cắm Arduino Nano vào cổng USB của máy tính, đèn nguồn màu xanh lá cây sẽ bật sáng và ngay sau đó đèn LED màu xanh lam sẽ bắt đầu nhấp nháy chậm. Điều này xảy ra vì Nano được tải sẵn chương trình BLINK, đang chạy trên Arduino Nano hoàn toàn mới.

Bước 4: Môi trường phát triển tích hợp Arduino (IDE)

Nếu bạn chưa cài đặt Arduino IDE, bạn có thể tải xuống từ Arduino.cc

Nếu bạn muốn có thêm thông tin giới thiệu để làm việc trong hệ sinh thái Arduino, chúng tôi khuyên bạn nên xem hướng dẫn cho Hội thảo dành cho người mới bắt đầu HackerBoxes.

Cắm Nano vào cáp MicroUSB và đầu còn lại của cáp vào cổng USB trên máy tính, khởi chạy phần mềm Arduino IDE, chọn cổng USB thích hợp trong IDE bên dưới công cụ> cổng (có thể là tên có "wchusb" trong đó). Cũng chọn "Arduino Nano" trong IDE dưới công cụ> bảng.

Cuối cùng, tải lên một đoạn mã ví dụ:

Tệp-> Ví dụ-> Khái niệm cơ bản-> Nhấp nháy

Đây thực sự là mã đã được tải trước vào Nano và sẽ chạy ngay bây giờ để từ từ nhấp nháy đèn LED màu xanh lam. Theo đó, nếu chúng ta tải mã ví dụ này, sẽ không có gì thay đổi. Thay vào đó, hãy sửa đổi mã một chút.

Nhìn kỹ hơn, bạn có thể thấy rằng chương trình bật đèn LED, đợi 1000 mili giây (một giây), tắt đèn LED, đợi thêm một giây và sau đó thực hiện lại tất cả - mãi mãi.

Sửa đổi mã bằng cách thay đổi cả hai câu lệnh "delay (1000)" thành "delay (100)". Sửa đổi này sẽ làm cho đèn LED nhấp nháy nhanh hơn gấp mười lần, phải không?

Hãy tải mã đã sửa đổi vào Nano bằng cách nhấp vào nút TẢI LÊN (biểu tượng mũi tên) ngay phía trên mã đã sửa đổi của bạn. Xem mã bên dưới để biết thông tin trạng thái: "biên dịch" và sau đó "tải lên". Cuối cùng, IDE sẽ cho biết "Tải lên hoàn tất" và đèn LED của bạn sẽ nhấp nháy nhanh hơn.

Nếu vậy, xin chúc mừng! Bạn vừa hack đoạn mã nhúng đầu tiên của mình.

Sau khi phiên bản nhấp nháy nhanh của bạn được tải và chạy, tại sao không xem bạn có thể thay đổi mã một lần nữa để làm cho đèn LED nhấp nháy nhanh hai lần rồi đợi vài giây trước khi lặp lại không? Hãy thử một lần! Làm thế nào về một số mẫu khác? Một khi bạn thành công trong việc hình dung một kết quả mong muốn, mã hóa nó và quan sát nó để hoạt động theo kế hoạch, bạn đã thực hiện một bước rất lớn để trở thành một hacker phần cứng có năng lực.

Bước 5: Hàn các chân tiêu đề Arduino Nano

Bây giờ máy tính phát triển của bạn đã được định cấu hình để tải mã vào Arduino Nano và Nano đã được kiểm tra, hãy ngắt kết nối cáp USB khỏi Nano và sẵn sàng hàn các chân tiêu đề. Nếu đây là lần đầu tiên bạn đến câu lạc bộ chiến đấu, bạn phải hàn.

Có rất nhiều hướng dẫn và video tuyệt vời trực tuyến về hàn (ví dụ). Nếu bạn cảm thấy rằng bạn cần hỗ trợ thêm, hãy cố gắng tìm một nhóm nhà sản xuất địa phương hoặc không gian hacker trong khu vực của bạn. Ngoài ra, các câu lạc bộ radio nghiệp dư luôn là nguồn cung cấp trải nghiệm điện tử tuyệt vời.

Hàn hai tiêu đề hàng đơn (mỗi đầu mười lăm chân) vào mô-đun Arduino Nano. Đầu nối ICSP sáu chân (lập trình nối tiếp trong mạch) sẽ không được sử dụng trong dự án này, vì vậy chỉ cần bỏ các chân đó đi. Khi quá trình hàn hoàn tất, hãy kiểm tra cẩn thận các cầu hàn và / hoặc các mối nối hàn nguội. Cuối cùng, kết nối Arduino Nano trở lại với cáp USB và xác minh rằng mọi thứ vẫn hoạt động bình thường.

Bước 6: Mô-đun cảm biến vân tay

Mô-đun cảm biến vân tay có giao diện nối tiếp giúp bạn dễ dàng thêm vào các dự án của mình. Mô-đun có bộ nhớ FLASH tích hợp để lưu trữ bất kỳ dấu vân tay nào mà nó được đào tạo để nhận dạng, một quá trình được gọi là đăng ký. Chỉ cần kết nối bốn dây với bộ vi điều khiển của bạn như được hiển thị ở đây. Lưu ý rằng VCC là 3.3V (không phải 5V).

Adafruit đã xuất bản một Thư viện Arduino rất đẹp cho cảm biến vân tay. Thư viện bao gồm một số bản phác thảo hữu ích. Ví dụ: "register.ino" trình bày cách đăng ký (đào tạo) dấu vân tay vào mô-đun. Sau khi đào tạo, "Finger.ino" trình bày cách quét một dấu vân tay và tìm kiếm nó dựa trên dữ liệu được đào tạo. Tài liệu của Adafruit cho thư viện có thể được tìm thấy tại đây. Bạn có thể nhận thêm đầu đọc dấu vân tay ở đó hoặc kiểm tra một số mô-đun lông vũ.

HỘI NHẬP

Cảm biến vân tay có thể được thêm vào các dự án khác nhau bao gồm hệ thống an ninh, khóa cửa, hệ thống chấm công, v.v. Ví dụ: nó tạo ra một bản nâng cấp tuyệt vời cho các dự án từ Locksport HackerBox.

Video này cho thấy một hệ thống ví dụ hoạt động với cảm biến vân tay.

Bước 7: Bộ đèn LED Fidget Spinner

Bộ đèn LED con quay sử dụng hai bộ điều khiển Microchip PIC và 24 đèn LED để hiển thị các mẫu nhiều màu sắc khác nhau. Các mẫu có thể nhìn thấy bằng cách sử dụng kỹ thuật Persistence of Vision (POV). Các mẫu có thể được thay đổi bằng cách nhấn nút.

Trước khi chúng tôi bắt đầu, hãy kiểm tra tất cả các phần được liệt kê ở trên. Có thể có thêm một số điện trở, tụ điện, đèn LED, ốc vít và miếng acrylic trong bộ sản phẩm, vì vậy đừng để điều đó làm bạn bối rối. Ngay cả khi bộ tài liệu của bạn bao gồm một tờ hướng dẫn, các hướng dẫn ở đây sẽ dễ làm theo hơn rất nhiều.

Bước 8: Bộ đèn LED Fidget Spinner - Sơ đồ và PCB

Câu hỏi đầu tiên của chúng tôi khi xem sơ đồ này phải là: Chính xác thì làm thế nào để bạn điều khiển 24 đèn LED chỉ với mười dòng I / O? Ảo thuật? Vâng, điều kỳ diệu của Charlieplexing.

LƯU Ý ĐỊNH HƯỚNG LINH KIỆN. Xem xét kỹ lưỡng sơ đồ đánh dấu phân cực PCB. Hai bộ vi điều khiển phải được xoay theo hướng chính xác. Ngoài ra, các đèn LED được phân cực và cần được định hướng chính xác. Trong hợp đồng, các điện trở và tụ điện có thể được hàn theo bất kỳ hướng nào. Nút chỉ phù hợp trên một chiều.

Bước 9: Fidget Spinner - Bắt đầu với SMT hàn

PCB kit fidget spinner là công nghệ gắn kết bề mặt (SMT), thường khá khó hàn. Tuy nhiên, cách bố trí PCB và lựa chọn thành phần làm cho bộ SMT này tương đối dễ hàn. Nếu bạn chưa bao giờ làm việc với hàn SMT, có một số video demo thực sự rất hay trên mạng (ví dụ).

BẮT ĐẦU SOLDERING: Nút và điện trở 10K ("103") của nó có lẽ là nơi dễ bắt đầu nhất vì có rất nhiều khoảng trống xung quanh chúng. Hãy dành thời gian của bạn và hàn cả hai thành phần này vào vị trí.

Hãy nhớ rằng ngay cả khi quá trình hàn của bạn không hoàn toàn thành công, cuộc hành trình ra ngoài vùng thoải mái hiện tại của bạn là cách tốt nhất. Ngoài ra, bộ lắp ráp sẽ vẫn hoạt động như một con quay tuyệt đẹp lấy cảm hứng từ thiết bị điện tử ngay cả khi đèn LED không hoạt động hoàn hảo.

Bước 10: Fidget Spinner - Hàn vi điều khiển

Hàn hai bộ vi điều khiển (lưu ý đánh dấu định hướng). Tiếp theo là hai tụ điện 0,1uF ngay bên cạnh bộ vi điều khiển. Các tụ điện không phân cực và có thể được định hướng theo cả hai cách.

Bước 11: Fidget Spinner - LED hàn

Có hai hàng đèn LED trên PCB và hai dải đèn LED. Mỗi dải là một màu khác nhau (đỏ và xanh lá cây), vì vậy hãy giữ các đèn LED từ mỗi dải lại với nhau trong cùng một hàng trên PCB. Không quan trọng hàng nào là màu xanh lá cây và hàng nào là màu đỏ, nhưng các đèn LED cùng màu cần phải ở cùng nhau trong cùng một hàng.

Có một dấu "-" trên mỗi tấm PCB cho các đèn LED. Các dấu này xen kẽ các bên khi bạn đi dọc theo hàng miếng đệm, có nghĩa là hướng của các đèn LED trong hàng sẽ chuyển đổi qua lại. Các dấu màu xanh lá cây ở một bên của mỗi đèn LED phải hướng về phía "-" tạo cho đệm đèn LED đó.

Bước 12: Fidget Spinner - Hoàn tất quá trình hàn

Hàn sáu điện trở 200 Ohm ("201"). Chúng không phân cực và có thể được định vị theo một trong hai hướng.

Hàn các kẹp pin ba đồng xu bằng cách chèn chúng vào đáy của PCB và sau đó hàn vào hai lỗ từ trên cùng của bảng.

Chèn ba ô đồng xu và nhấn nút để kiểm tra các đèn LED. Bạn sẽ không thể nhìn thấy các mẫu POV trong khi PCB đứng yên nhưng bạn sẽ nhận thấy độ sáng khác nhau giữa hai dải đèn LED khi bạn chuyển qua các chế độ hiển thị. Lưu ý rằng các lần nhấn ngắn và nhấn dài có tác dụng khác nhau.

Bước 13: Fidget Spinner - Chuẩn bị nhà ở Acrylic

Lấy giấy bảo vệ ra khỏi miếng acrylic.

Đặt năm miếng acrylic và PCB được đánh số trong hình. Điều này thể hiện thứ tự của ngăn xếp cuối cùng.

Chú ý ba vòng tròn nhỏ trong mỗi mảnh. Lật bất kỳ miếng nào cho đến khi tất cả các hình tròn nhỏ đều hướng theo cùng một hướng.

Bắt đầu với lớp 2, là lớp có các vòng tròn kích thước bằng ô đồng xu ở mỗi trong ba cánh tay.

Đặt ổ trục vào giữa lớp 2 và ép vào lỗ lớn. Điều này sẽ cần rất nhiều lực. Cố gắng không làm nứt acrylic trong khi làm việc này. Điều đó nói rằng, một vết nứt nhỏ xung quanh lỗ lắp ổ trục có thể hình thành. Điều này hoàn toàn có thể chấp nhận được.

Bước 14: Fidget Spinner - Lắp ráp cơ khí

Xếp chồng lên các lớp - 1 đến 5.

Chú ý rằng phần 4 và 5 thực sự nằm trên cùng một lớp.

Chèn ba trong số các bộ ghép nối bằng đồng ren.

Đặt lớp 6 lên chồng.

Lưu ý rằng lớp 1 và lớp 6 có các lỗ nhỏ hơn để giữ các bộ ghép nối bằng đồng tại chỗ.

Sử dụng sáu vít ngắn để gắn các lớp 1 và 6 vào các bộ ghép bằng đồng.

Bước 15: Fidget Spinner - Trung tâm

Lấy giấy bảo vệ ra khỏi ba trong số các chu trình acrylic - hai chu trình lớn và một chu trình nhỏ.

Đặt một con vít dài qua một trong những vòng tròn acrylic lớn; xếp hình tròn acrylic nhỏ lên vít; và vặn một bộ ghép nối bằng đồng có ren vào vít để tạo thành một ngăn xếp như trong hình.

Chèn ngăn xếp qua trung tâm trung tâm.

Chụp ngăn xếp vào trung tâm bằng cách dán hình tròn acrylic lớn còn lại vào mặt mở bằng vít dài.

C'est vây! Laissez les bon fidget rouler.

Bước 16: Digispark và USB Rubber Ducky

Digispark là một dự án mã nguồn mở được tài trợ ban đầu thông qua Kickstarter. Đó là một bảng tương thích Arduino dựa trên ATtiny siêu thu nhỏ sử dụng Atmel ATtiny85. ATtiny85 là một vi điều khiển 8 chân, là anh em họ hàng gần gũi của chip Arduino điển hình, ATMega328P. ATtiny85 có khoảng một phần tư bộ nhớ và chỉ có sáu chân I / O. Tuy nhiên, nó có thể được lập trình từ Arduino IDE và nó vẫn có thể chạy mã Arduino mà không gặp khó khăn.

USB Rubber Ducky là một công cụ yêu thích của hacker. Nó là một thiết bị tiêm tổ hợp phím được ngụy trang dưới dạng một ổ đĩa flash thông thường. Máy tính nhận ra nó như một bàn phím thông thường và tự động chấp nhận trọng tải gõ phím được lập trình sẵn của nó với tốc độ hơn 1000 từ mỗi phút. Theo liên kết để tìm hiểu tất cả về Rubber Duckies từ Hak5, nơi bạn cũng có thể mua hàng thật. Trong khi đó, video hướng dẫn này cho thấy cách sử dụng Digispark giống như Rubber Ducky. Một video hướng dẫn khác cho thấy cách chuyển đổi Tập lệnh Cao su Ducky để chạy trên Digispark.

Bước 17: HackLife

Chúng tôi hy vọng bạn sẽ thích chuyến đi trong tháng này vào lĩnh vực điện tử DIY. Tiếp cận và chia sẻ thành công của bạn trong các bình luận bên dưới hoặc trên Nhóm Facebook HackerBoxes. Chắc chắn hãy cho chúng tôi biết nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào hoặc cần trợ giúp về bất cứ điều gì.

Tham gia buổi tiệc. Sống trong HackLife. Bạn có thể nhận được một hộp đồ điện tử có thể hack và các dự án công nghệ máy tính được gửi đến hộp thư của bạn mỗi tháng. Chỉ cần lướt qua HackerBoxes.com và đăng ký dịch vụ HackerBox hàng tháng.