HackerBox 0034: SubGHz: 15 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Tháng này, Tin tặc HackerBox đang khám phá Đài phát thanh do phần mềm xác định (SDR) và truyền thông vô tuyến trên tần số dưới 1GHz. Có thể hướng dẫn này chứa thông tin để bắt đầu với HackerBox # 0034, 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 0034:

• Cấu hình và sử dụng máy thu vô tuyến SDR
• Hoạt động SDR di động
• Lắp ráp bộ thu phát CCStick Sub-GHz
• Lập trình CCStick bằng Arduino ProMicros
• Lắp ráp thiết bị phát và thu âm thanh FM

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 0034: Nội dung hộp

• Bộ thu vô tuyến do phần mềm USB xác định (SDR)
• MCX Antenna cho Bộ thu SDR
• Hai bảng mạch in CCStick
• Hai bộ thu phát CC1101 với ăng ten
• Hai Arduino ProMicros 3.3V 8MHz
• Bộ phát âm thanh FM
• Bộ thu âm thanh FM
• Cáp MicroUSB
• Chân máy tạo dao động vô tuyến độc quyền "Hertz"

Một số điều khác sẽ hữu ích:

• Hàn sắt, thuốc hàn và các dụng cụ hàn cơ bản
• Máy tính để chạy các công cụ phần mềm

Quan trọng nhất, bạn sẽ cần cảm giác phiêu lưu, tinh thần tự làm và sự tò mò của hacker. Thiết bị điện tử Hardcore DIY không phải là một mục tiêu tầm thường và HackerBoxes không bị hạ nhiệt. Mục tiêu là sự tiến bộ, không phải sự hoàn hảo. Khi bạn kiên trì và tận hưởng cuộc phiêu lưu, bạn có thể thấy rất nhiều sự hài lòng khi học công nghệ mới và hy vọng sẽ có được một số dự án hoạt động. Chúng tôi khuyên bạn nên 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.

Bước 2: Chào mừng bạn đến với Đài phát thanh dưới GHz

Nhạc gợi ý: Radio KAOS

Công nghệ Sub-GHz là một lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng không dây yêu cầu phạm vi xa và tiêu thụ điện năng thấp. Đường truyền băng hẹp có thể truyền dữ liệu đến các trung tâm ở xa, thường là vài dặm, mà không cần nhảy từ nút này sang nút khác. Khả năng truyền dẫn tầm xa này giúp giảm nhu cầu sử dụng nhiều trạm gốc hoặc bộ lặp đắt tiền. Các giao thức sub-GHz độc quyền cho phép các nhà phát triển tối ưu hóa giải pháp không dây của họ cho các nhu cầu cụ thể của họ thay vì tuân theo một tiêu chuẩn có thể đặt ra các ràng buộc bổ sung đối với việc triển khai mạng. Trong khi nhiều mạng sub-GHz hiện tại sử dụng các giao thức độc quyền, ngành công nghiệp đang dần bổ sung các hệ thống tương thích, dựa trên tiêu chuẩn. Ví dụ, tiêu chuẩn IEEE 802.15.4g đang trở nên phổ biến trên toàn thế giới và đang được áp dụng bởi các liên minh ngành khác nhau như Wi-SUN và ZigBee.

Một số tần số thú vị để khám phá bao gồm: 88-108 MHz FM BroadcastNOAA Weather RadioAir Traffic Control315 MHz Keyless Entry Fob (hầu hết các xe ô tô Mỹ) 2m Ham Gọi (SSB: 144.200 MHz, FM: 146.52 MHz) 433 MHz ISM / IoT902-928 MHZ ISM / IOT

Các sơ đồ điều chế khác nhau được sử dụng cho các loại liên lạc vô tuyến khác nhau trên các tần số này. Hãy dành một vài phút để làm quen với những điều cơ bản.

Bước 3: Bộ thu tín hiệu vô tuyến do phần mềm xác định (SDR)

Các thành phần vô tuyến truyền thống (chẳng hạn như bộ điều biến, bộ giải điều chế và bộ điều chỉnh) được thực hiện bằng cách sử dụng một tập hợp các thiết bị phần cứng. Sự ra đời của máy tính hiện đại và bộ chuyển đổi tương tự-kỹ thuật số (ADC) cho phép hầu hết các thành phần dựa trên phần cứng truyền thống này được thực hiện trong phần mềm thay thế. Do đó, thuật ngữ phần mềm định nghĩa radio (SDR). SDR dựa trên máy tính cho phép triển khai các máy thu vô tuyến băng rộng, rẻ tiền.

RTL-SDR là một dongle USB có thể được sử dụng như một máy thu radio dựa trên máy tính để nhận tín hiệu radio trực tiếp. Có rất nhiều thông tin trực tuyến để thử nghiệm với công nghệ RTL-SDR, bao gồm cả hướng dẫn bắt đầu nhanh.

Bước 4: Phần cứng RTL-SDR USB Dongle

RTL2832U là bộ giải điều chế DVB-T COFDM hiệu suất cao hỗ trợ giao diện USB 2.0. RTL2832U hỗ trợ chế độ 2K hoặc 8K với băng thông 6, 7 và 8MHz. Các thông số điều chế, ví dụ, tốc độ mã và khoảng thời gian bảo vệ, được phát hiện tự động. RTL2832U hỗ trợ các bộ điều chỉnh ở đầu ra IF (Tần số trung gian, 36,125MHz), IF thấp (4,57MHz) hoặc Zero-IF bằng cách sử dụng tinh thể 28,8MHz và bao gồm Hỗ trợ radio FM / DAB / DAB +. Được nhúng với bộ chuyển đổi ADC (Analog-to-Digital Converter) tiên tiến, RTL2832U có tính năng ổn định cao khi thu sóng di động. Bộ dò kỹ thuật số R820T2 hỗ trợ hoạt động trong dải tần 24 - 1766 MHz.

Lưu ý rằng dongle SDR có đầu vào RF đồng trục MCX để kết hợp với ăng ten roi MCX đi kèm. Vì nhiều nguồn tín hiệu và ăng ten phổ biến sử dụng đầu nối đồng trục SMA nên Bộ ghép nối MCX-SMA có thể hữu ích.

Bước 5: Phần mềm SDR - GNU Radio

GNU Radio là bộ công cụ phát triển phần mềm mã nguồn mở và miễn phí cung cấp các khối xử lý tín hiệu để triển khai phần mềm radio. Nó có thể được sử dụng với phần cứng RF bên ngoài sẵn có để tạo radio do phần mềm xác định. GNU Radio được sử dụng rộng rãi trong các môi trường yêu thích, học thuật và thương mại để hỗ trợ cả nghiên cứu truyền thông không dây và các hệ thống vô tuyến trong thế giới thực.

Có rất nhiều hương vị và cách triển khai của GNU Radio. GQRX là một biến thể đẹp dành cho người dùng OSX và Linux.

Bước 6: SDR di động

SDR Touch có thể biến điện thoại di động hoặc máy tính bảng của bạn thành một máy quét vô tuyến được xác định bằng phần mềm di động và giá cả phải chăng. Nghe trực tiếp trên các đài phát thanh FM trên không, báo cáo thời tiết, cảnh sát, sở cứu hỏa và các trạm khẩn cấp, giao thông taxi, liên lạc trên máy bay, âm thanh của chương trình truyền hình tương tự, đài HAM nghiệp dư, chương trình phát sóng kỹ thuật số và nhiều hơn nữa.

Cần có cáp hoặc bộ chuyển đổi USB on-the-go (OTG) để kết nối SDR USB dongle với thiết bị di động. Có thể cần cáp OTG với cổng nguồn phụ (phụ) để cấp nguồn cho dongle. Bất kể một cổng nguồn bổ sung có thể là một ý tưởng hay, vì một ứng dụng như SDR Touch dễ làm hao pin nhanh chóng trên các thiết bị di động.

Bước 7: Bộ phát micrô

Bộ hàn này là một máy phát âm thanh điều chế tần số (FM) ba bóng bán dẫn đơn giản. Nó hoạt động trong dải tần từ 80MHz-108MHz được phân bổ cho đài phát sóng FM. Điện áp làm việc của máy phát là 1,5V-9V và nó sẽ truyền trên 100 mét tùy thuộc vào nguồn điện được cung cấp, cấu hình ăng-ten, điều chỉnh và các yếu tố điện từ xung quanh.

Nội dung lắp ráp:

• PCB
• MỘT Nồi tông đơ 500KOhm
• HAI bóng bán dẫn NPN 9018
• MỘT bóng bán dẫn NPN 9014
• Một cuộn cảm 4,5 lượt (4T5)
• HAI 5,5 lượt cuộn cảm (5T5)
• MỘT Micrô Electret
• Điện trở ONE 1M (Nâu, Đen, Xanh)
• HAI điện trở 22K (RedRedOrange)
• BỐN Điện trở 33ohm (Da cam, Đen)
• BA điện trở 2,2K (2K2) (RedRedRed)
• MỘT Nắp điện phân 33uF
• BỐN Tụ gốm 30pF “30”
• BỐN Tụ gốm 100nF “104”
• MỘT Tụ gốm 10nF “103”
• HAI Tụ gốm 680pF “681”
• HAI Tụ gốm 10pF “10”
• Dây ăng ten
• Kẹp pin 9V
• Ghim tiêu đề (ngắt thành 2 và 3 chân)

Lưu ý rằng ba bóng bán dẫn, micrô và một tụ điện phải được định hướng như được hiển thị trên màn hình lụa PCB. Các cuộn cảm và tụ gốm không phân cực. Mặc dù các giá trị và kiểu không thể hoán đổi cho nhau, nhưng mỗi giá trị có thể được chèn theo một trong hai hướng.

Nếu bạn chưa quen với hàn: Có rất nhiều hướng dẫn và video trực tuyến về hàn. Đây là một 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.

Bước 8: Thiết kế Bộ phát micrô

Một tín hiệu âm thanh đầu vào có thể được thu thập bằng micrô điện tử trên bo mạch hoặc được cung cấp từ một nguồn điện khác vào các chân tiêu đề đầu vào. Các dây dẫn micrô có thể được kéo dài bằng cách sử dụng dây dẫn hoặc dây dẫn cắt từ các thành phần khác để cho phép kết nối với PCB. Dây dẫn micrô được kết nối với vỏ ngoài của micrô là dây dẫn âm như trong hình.

Tại bóng bán dẫn Q1, Điều chế tần số đạt được khi tần số của bộ dao động sóng mang được sửa đổi bởi tín hiệu âm thanh. Chiết áp tông đơ có thể được sử dụng để điều chỉnh sự suy giảm đầu vào của tín hiệu âm thanh. Tín hiệu âm thanh được ghép nối với đế của bóng bán dẫn Q1 thông qua C2.

Transistor Q2 (cùng với R7, R8, C4, C5, L1, C8 và C7) cung cấp bộ dao động tần số cao. C8 là tụ hồi tiếp. C7 là tụ chặn DC. C5 và L1 cung cấp bể cộng hưởng cho dao động. Thay đổi các giá trị của C5 và / hoặc L1 sẽ làm thay đổi tần số phát. Sau khi lắp ráp ban đầu, tần số phát mặc định sẽ là khoảng 83MHz. Rải nhẹ các vòng của cuộn L1 một chút xíu sẽ làm thay đổi giá trị của cuộn cảm L1 và dịch tần số truyền theo đó. Giữ tần số khoảng 88MHz-108MHz sẽ cho phép nhận tín hiệu bằng bất kỳ đài FM nào, bao gồm cả bộ thu SDR.

Transistor Q3 (cùng với R9, R10, L2, C10 và C1) tạo thành mạch khuếch đại công suất tần số cao. Tín hiệu điều chế được ghép vào mạch khuếch đại thông qua tụ điện C6. C10 và L2 tạo thành một bể điều chỉnh khuếch đại. Công suất phát cực đại đạt được khi điều chỉnh vòng khuếch đại của C10 và L2 cùng tần số với vòng khuếch đại của C5 và L1.

Cuối cùng, C12 và L3 cung cấp khả năng điều chỉnh ăng-ten trong đó tín hiệu khuếch đại được dẫn đến ăng-ten dây để truyền dưới dạng sóng điện từ tần số vô tuyến.

Bước 9: Bộ thu điều chế tần số (FM)

Bộ thu FM này dựa trên chip HEX3653, là một Bộ giải điều chế FM tích hợp cao.

Bộ sản phẩm bao gồm:

• PCB
• U1 HEX3653 Chip SMD 16 chân
• Q1 SS8050 bóng bán dẫn NPN
• L1 cuộn cảm 100uH
• Tinh thể Y1 32,768KHz
• Điện trở R1, R2, R3, R4 10KOhm
• Tụ điện C1, C2 100uF
• Tụ gốm C3, C5 (104) 0,1uF
• Tụ gốm C4 (33) 33pF
• Điốt D1, D2 1N4148
• Đèn LED vàng
• Giắc cắm điện thoại âm thanh 3,5 mm
• Tiêu đề bốn chân với Jumper
• Năm nút bấm tạm thời
• Giá đỡ pin AA kép

Chip thu HEX3653 hoạt động trên dải tần 76MHz-108MHz, được phân bổ cho đài phát sóng FM.

Bộ sản phẩm bao gồm năm nút bấm:

• Điều chỉnh tần số (XEM +, XEMK-)
• Điều khiển âm lượng (VOL +, VOL-)
• Công suất (PW)

Mạch có điện áp làm việc 1,8-3,6V do hai ô 1,5V cấp điện dễ dàng.

Bước 10: Thiết kế Bộ thu FM HEX3653

Có hai tùy chọn cho đầu vào ăng-ten.

Một dây có thể được gắn vào miếng đệm "A" trên PCB hoặc tấm chắn của dây tai nghe có thể đóng vai trò như một ăng-ten.

Đầu cắm bốn chân đóng vai trò như một công tắc ăng-ten (có nhãn ASW). Vị trí của jumper ngắn trên ASW chọn giữa hai đầu vào ăng-ten. Việc rút ngắn các chân 1 và 2 định tuyến tín hiệu "A" của ăng-ten bên ngoài đến chân bốn của chip HEX3653. Ngoài ra, việc rút ngắn chân 2 và 3 định tuyến chân lá chắn của giắc cắm tai nghe sang chân bốn của chip HEX3653.

Chân 4 của chip HEX3653 là đầu vào tần số vô tuyến (RF) cho chip thu. Đầu tiên, tín hiệu RF được chọn sẽ đi qua L1 và C4 hoạt động như một bộ lọc. Sau đó, hai điốt cắt được sử dụng để hạn chế điện áp đầu vào quá mức.

Đầu cắm năm chân (có nhãn B) cho phép tích hợp mô-đun bộ thu vào một hệ thống khác. Có hai chân cho đầu vào nguồn điện (+ V, nối đất) và ba chân cho đầu ra âm thanh (phải, trái, tiếp đất).

Bước 11: Lắp ráp Bộ thu FM HEX3653

Ba tụ điện gốm và tinh thể, không phân cực và có thể được lắp vào bất kỳ hướng nào. Chúng không thể hoán đổi cho nhau, nhưng chúng có thể được xoay theo hướng của chúng. Tất cả các thành phần khác phải được gắn theo hướng được chỉ ra trên màn lụa PCB. Như thường lệ, tốt nhất là bắt đầu với chip SMD, sau đó di chuyển đến các thành phần nhỏ nhất / ngắn nhất làm việc từ trung tâm của PCB về phía các cạnh. Gắn cuối cùng các đầu cắm, giắc cắm âm thanh và ngăn chứa pin.

Bước 12: CCStick

CCStick là mô-đun thu phát vô tuyến tần số phụ GHz của Texas Instruments CC1101 được kết hợp với Arduino ProMicro. Hai bộ CCStick được bao gồm trong HackerBox # 0034 để sử dụng như hai điểm cuối của một liên kết truyền thông hoặc trong một số cấu hình truyền thông khác.

Texas Instruments CC1101 (biểu dữ liệu) là bộ thu phát tần số sub-GHz chi phí thấp được thiết kế cho các ứng dụng không dây công suất rất thấp. Mạch chủ yếu dành cho các dải tần Công nghiệp, Khoa học và Y tế (ISM) và Thiết bị Phạm vi Ngắn (SRD) ở 315, 433, 868 và 915 MHz, nhưng có thể dễ dàng lập trình để hoạt động ở các tần số khác trong 300- Các băng tần 348 MHz, 387-464 MHz và 779-928 MHz. Bộ thu phát RF được tích hợp với một modem băng tần cơ sở có cấu hình cao. Modem hỗ trợ nhiều định dạng điều chế khác nhau và có tốc độ dữ liệu có thể định cấu hình lên đến 600 kbps.

Bước 13: Arduino ProMicro 3.3V 8MHz

Arduino ProMicro dựa trên vi điều khiển ATmega32U4 có giao diện USB tích hợp. Điều này có nghĩa là không có FTDI, PL2303, CH340 hoặc bất kỳ chip nào khác đóng vai trò trung gian giữa máy tính của bạn và vi điều khiển Arduino.

Trước tiên, chúng tôi khuyên bạn nên thử nghiệm Pro Micro mà không cần hàn các chân vào vị trí. Bạn có thể thực hiện cấu hình và kiểm tra cơ bản mà không cần sử dụng các chân tiêu đề. Ngoài ra, việc trì hoãn quá trình hàn trên mô-đun sẽ cung cấp ít biến hơn để gỡ lỗi nếu bạn gặp phải bất kỳ biến chứng nào.

Nếu bạn chưa cài đặt Arduino IDE trên máy tính của mình, hãy bắt đầu bằng cách tải xuống biểu mẫu IDE arduino.cc. CẢNH BÁO: Đảm bảo chọn phiên bản 3.3V trong công cụ> bộ xử lý trước khi lập trình Pro Micro. Đặt bộ này cho 5V sẽ hoạt động một lần và sau đó thiết bị sẽ có vẻ như không bao giờ kết nối với PC của bạn cho đến khi bạn làm theo hướng dẫn "Đặt lại về Bộ nạp khởi động" trong hướng dẫn được thảo luận bên dưới, có thể hơi phức tạp.

Sparkfun có một Hướng dẫn Kết nối Micro Pro tuyệt vời. Hướng dẫn Hookup có tổng quan chi tiết về bo mạch Pro Micro, sau đó là phần "Cài đặt: Windows" và phần "Cài đặt: Mac & Linux." Làm theo hướng dẫn trong phiên bản thích hợp của các hướng dẫn cài đặt đó để cấu hình Arduino IDE của bạn để hỗ trợ Pro Micro. Chúng tôi thường bắt đầu làm việc với bảng Arduino bằng cách tải và / hoặc sửa đổi bản phác thảo Blink tiêu chuẩn. Tuy nhiên, Pro Micro không bao gồm đèn LED thông thường trên chân 13. May mắn thay, chúng tôi có thể điều khiển đèn LED RX / TX và Sparkfun đã cung cấp một bản phác thảo nhỏ gọn gàng để minh họa cách làm. Đây là phần của Hướng dẫn kết nối có tựa đề, "Ví dụ 1: Blinkies!" Xác minh rằng bạn có thể biên dịch và tải xuống Blinkies này! ví dụ trước khi tiếp tục.

Bước 14: Thiết kế và vận hành CCStick

Mô-đun CC1101 và Arduino ProMicro được đưa vào mặt màn hình lụa của PCB CCStick. Nói cách khác, hai mô-đun nhỏ hơn nằm ở phía bên của PCB màu đỏ có sơn màu trắng trên đó và các chân cắm nhô ra từ phía không có sơn màu trắng trên đó. Lớp sơn màu trắng được gọi là màn hình lụa PCB.

Các dấu vết trong PCB màu đỏ kết nối Mô-đun CC1101 và Arduino ProMicro như vậy:

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)

Khởi đầu nhanh cho CC1101 là sử dụng thư viện từ Elechouse. Tải xuống thư viện bằng cách nhấp vào liên kết "lấy mã" trên trang đó.

Tạo một thư mục cho CC1101 trong thư mục Arduino Libraries của bạn. Đặt hai tệp ELECHOUSE_CC1101 (.cpp và.h) vào thư mục đó. Đồng thời tạo một thư mục ví dụ trong thư mục đó và đặt ba thư mục demo / ví dụ vào đó.

Cập nhật định nghĩa chân trong tệp ELECHOUSE_CC1101.h như sau:

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

Sau đó, đặt tệp ví dụ CC1101_RX trên một CCStick và tệp ví dụ CC1101_TX trên CCStick thứ hai.

Có một số tài nguyên và dự án thú vị khác dành cho bộ thu phát CC1101 bao gồm ví dụ sau:

TomXue Arduino CC1101 Thư viện ArduinoSmartRF StudioElectrodragon CC1101 ProjectCUL ProjectCCManager ProjectDIY nanoCULThiết lập vi điều khiển CC1101 khác

LƯU Ý VỀ VIỆC SỬ DỤNG INTERRUPTS:

Để lấy mẫu bản phác thảo ví dụ Elechouse CC1101_RXinterruprt, hãy kết nối hai chân của Arduino ProMicro ở phía dưới cùng của CCStick PCB. Đây là các chân 7 và 19 (A1) kết nối tín hiệu GDO0 của bộ thu phát với chân 7 của vi điều khiển, là một trong các chân ngắt bên ngoài. Tiếp theo, cập nhật một trong các dòng xác định pin được thảo luận ở trên thành "#define GDO0 7 // và 19" vì GDO0 hiện được nhảy từ chân 19 sang chân 7. Tiếp theo, trong tệp CC1101_RXinterruprt, hãy tìm hàm gọi dòng đính kèmInterrupt () và thay đổi tham số đầu tiên (số ngắt) từ "0" thành "4". Điều này được thực hiện vì chân 7 của ProMicro được liên kết với ngắt số 4.

Bước 15: HACK PLANET

Nếu bạn yêu thích chương trình có thể hack được này và muốn có một hộp các dự án công nghệ máy tính và điện tử có thể hack được gửi đến hộp thư của bạn mỗi tháng, hãy tham gia cuộc cách mạng bằng cách lướt qua HackerBoxes.com và đăng ký để nhận hộp bất ngờ hàng tháng của chúng tôi.

Tiếp cận và chia sẻ thành công của bạn trong các bình luận bên dưới hoặc trên Trang 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. Cảm ơn bạn đã là một phần của HackerBoxes!