HackerBox 0038: TeknoDactyl: 17 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

HackerBox Hackers utforsker elektronisk fingeravtrykksgjenkjenning og mekaniske spinneleker med overflatemontert mikrokontroller og LED-kretser. Denne instruksen inneholder informasjon om hvordan du kommer i gang med HackerBox #0038, som kan kjøpes her så lenge lageret rekker. Hvis du også ønsker å motta en HackerBox som denne rett i postkassen din hver måned, kan du abonnere på HackerBoxes.com og bli med i revolusjonen!

Emner og læringsmål for HackerBox 0038:

• Utforsk elektronisk fingeravtrykksgjenkjenning
• Konfigurer og programmer Arduino Nano mikrokontroller
• Grensesnittfingeravtrykkssensormoduler til mikrokontrollere
• Integrer fingeravtrykkssensorer i innebygde systemer
• Øv loddeteknikker på overflaten
• Sett sammen et akryl LED fidget spinner -prosjekt
• Konfigurer og programmer Digispark -mikrokontrolleren
• Eksperimenter med nyttelast for injeksjon av USB -tastetrykk

HackerBoxes er den månedlige abonnementstjenesten for DIY -elektronikk og datateknologi. Vi er hobbyfolk, produsenter og eksperimenter. Vi er drømmerne om drømmer.

HAKK PLANETEN

Trinn 1: HackerBox 0038: Innhold i esken

• Fingeravtrykkssensormodul
• Arduino Nano 5V 16MHz microUSB
• LED Fidget Spinner Loddesett
• CR1220 myntceller for spinnersett
• USB Digispark mikrokontroller modul
• ESD pinsett
• Desoldering Braid
• To fireveis spenningsnivåskiftere
• USB forlengelseskabel
• Eksklusivt HackerBox smiingsdekal
• Eksklusivt "Quad Cut Up" -hackermerke
• Eksklusiv stolbåren patch-patch

Noen andre ting som vil være nyttige:

• Loddejern, lodde og grunnleggende loddeverktøy
• Loddefluks (eksempel)
• Tent forstørrelsesglass (eksempel)
• Datamaskin for kjøring av programvareverktøy
• Fingre for fidget spinning
• Fingre for fingeravtrykkseksperimenter

Viktigst av alt, trenger du en følelse av eventyr, hackerånd, tålmodighet og nysgjerrighet. Å bygge og eksperimentere med elektronikk, selv om det er veldig givende, kan være vanskelig, utfordrende og til og med frustrerende til tider. Målet er fremgang, ikke perfeksjon. Når du fortsetter og liker eventyret, kan du få mye tilfredshet fra denne hobbyen. Ta hvert trinn sakte, vær oppmerksom på detaljene, og ikke vær redd for å be om hjelp.

Det er et vell av informasjon for nåværende og potensielle medlemmer i HackerBoxes FAQ. Nesten alle de ikke-tekniske support-e-postene vi mottar er allerede besvart der, så setter stor pris på at du tar deg noen minutter til å lese vanlige spørsmål.

Trinn 2: Elektronisk fingeravtrykksgjenkjenning

Fingeravtrykkskannere er biometriske sikkerhetssystemer for analyse av friksjonsrygger fra en menneskelig fingertupp, også kjent som et fingeravtrykk (daktylograf). Disse skannerne brukes i rettshåndhevelse, identitetssikkerhet, tilgangskontroll, datamaskiner og mobiltelefoner.

Alle har merker på fingrene. De kan ikke fjernes eller endres. Disse merkene har et mønster som kalles fingeravtrykk. Hvert fingeravtrykk er spesielt og forskjellig fra alle andre i verden. Fordi det er utallige kombinasjoner, har fingeravtrykk blitt et ideelt identifikasjonsmiddel.

Et fingeravtrykksskannersystem har to grunnleggende jobber. Først tar det et bilde av fingeren. Deretter bestemmer det om mønsteret av rygger og daler i dette bildet samsvarer med mønsteret av rygger og daler i forhåndsskannede bilder. Bare spesifikke egenskaper, som er unike for hvert fingeravtrykk, filtreres og lagres som en kryptert biometrisk nøkkel eller matematisk representasjon. Ingen bilder av et fingeravtrykk er noen gang lagret, bare en serie med tall (en binær kode), som brukes til bekreftelse. Algoritmen kan ikke reverseres for å konvertere den kodede informasjonen tilbake til et fingeravtrykkbilde. Dette gjør det ekstremt usannsynlig å trekke ut eller duplisere brukbare fingeravtrykk fra den kodede bildeinformasjonen.

(Wikipedia)

Trinn 3: Arduino Nano mikrokontrollerplattform

Et Arduino Nano eller lignende mikrokontrollerkort er et godt valg for grensesnitt med fingeravtrykkskannermoduler. Det medfølgende Arduino Nano -kortet kommer med toppnål, men de er ikke loddet til modulen. La pinnene være av for nå. Utfør disse innledende testene av Arduino Nano -modulen FØR å lodde toppnålene på Arduino Nano. Alt som trengs for de neste trinnene er en microUSB -kabel og Arduino Nano akkurat som den kommer ut av posen.

Arduino Nano er et overflatemontert, brødbrettvennlig, miniatyrisert Arduino-bord med integrert USB. Det er utrolig fullt utstyrt og lett å hacke.

Funksjoner:

• Mikrokontroller: Atmel ATmega328P
• Spenning: 5V
• Digitale I/O -pinner: 14 (6 PWM)
• Analoge inngangspinner: 8
• Likestrøm per I/O -pinne: 40 mA
• Flash -minne: 32 KB (2 KB for oppstartslaster)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• Klokkehastighet: 16 MHz
• Dimensjoner: 17 mm x 43 mm

Denne spesielle varianten av Arduino Nano er den svarte Robotdyn -designen. Grensesnittet er via en innebygd MicroUSB-port som er kompatibel med de samme MicroUSB-kablene som brukes med mange mobiltelefoner og nettbrett.

Arduino Nanos har en innebygd USB/seriell brobrikke. På denne spesielle varianten er brobrikken CH340G. Vær oppmerksom på at det er forskjellige andre typer USB/Serial bridge -brikker som brukes på de forskjellige typene Arduino -kort. Disse brikkene lar datamaskinens USB -port kommunisere med det serielle grensesnittet på Arduinos prosessorbrikke.

En datamaskins operativsystem krever at en enhetsdriver kommuniserer med USB/seriell brikke. Sjåføren lar IDE kommunisere med Arduino -kortet. Den spesifikke enhetsdriveren som trengs, avhenger av både OS -versjonen og også typen USB/seriell brikke. For CH340 USB/Serial -brikkene er det drivere tilgjengelig for mange operativsystemer (UNIX, Mac OS X eller Windows). Produsenten av CH340 leverer disse driverne her.

Når du først kobler Arduino Nano til en USB -port på datamaskinen, skal den grønne strømlampen lyse og kort tid etter skal den blå LED -en begynne å blinke sakte. Dette skjer fordi Nano er forhåndslastet med BLINK-programmet, som kjører på den splitter nye Arduino Nano.

Trinn 4: Arduino Integrated Development Environment (IDE)

Hvis du ennå ikke har Arduino IDE installert, kan du laste den ned fra Arduino.cc

Hvis du ønsker ytterligere introduksjonsinformasjon for arbeid i Arduino -økosystemet, foreslår vi at du sjekker ut guiden for HackerBoxes Starter Workshop.

Koble Nano til MicroUSB -kabelen og den andre enden av kabelen til en USB -port på datamaskinen, start Arduino IDE -programvaren, velg riktig USB -port i IDE under verktøy> port (sannsynligvis et navn med "wchusb" i den). Velg også "Arduino Nano" i IDE under verktøy> bord.

Til slutt, last opp et eksempel på kode:

Fil-> Eksempler-> Grunnleggende-> Blink

Dette er faktisk koden som var forhåndslastet på Nano og burde kjøre akkurat nå for sakte å blinke den blå LED -en. Følgelig, hvis vi laster inn denne eksempelkoden, vil ingenting endres. I stedet, la oss endre koden litt.

Når du ser nøye ut, kan du se at programmet slår på LED -en, venter 1000 millisekunder (ett sekund), slår av LED -en, venter et sekund til og deretter gjør alt igjen - for alltid.

Endre koden ved å endre begge "forsinkelser (1000)" -uttalelsene til "forsinkelse (100)". Denne endringen vil føre til at LED -en blinker ti ganger raskere, ikke sant?

La oss laste den endrede koden inn i Nano ved å klikke på UPLOAD -knappen (pilikonet) like over den endrede koden. Se under koden for statusinformasjon: "kompilering" og deretter "opplasting". Til slutt skal IDE indikere "Opplasting fullført", og LED -lampen din skal blinke raskere.

Gratulerer i så fall! Du har nettopp hacket ditt første stykke innebygd kode.

Når hurtigblink-versjonen er lastet og kjører, hvorfor ikke se om du kan endre koden igjen slik at LED-en blinker raskt to ganger og deretter vente et par sekunder før du gjentar den? Gi det et forsøk! Hva med noen andre mønstre? Når du først har lykkes med å visualisere et ønsket resultat, kodet det og observert at det fungerer som planlagt, har du tatt et enormt skritt mot å bli en kompetent maskinvarehacker.

Trinn 5: Lodding av Arduino Nano Header Pins

Nå som utviklingsdatamaskinen din er konfigurert til å laste kode til Arduino Nano og Nano er testet, koble USB -kabelen fra Nano og gjør deg klar til å lodde toppnålene. Hvis det er din første gang i fight club, må du lodde.

Det er mange flotte guider og videoer på nettet om lodding (for eksempel). Hvis du føler at du trenger ekstra hjelp, kan du prøve å finne en lokal beslutningstakergruppe eller hackerplass i ditt område. Amatørradioklubber er også alltid gode kilder til elektronikkopplevelse.

Lodd de to topptekstene (femten pinner hver) til Arduino Nano -modulen. Den seks-pinners ICSP-kontakten (seriell programmering i kretsen) vil ikke bli brukt i dette prosjektet, så bare la disse pinnene være av. Når lodding er fullført, sjekk nøye for loddebroer og/eller kalde loddeskjøter. Til slutt kobler du Arduino Nano tilbake til USB -kabelen og kontrollerer at alt fortsatt fungerer som det skal.

Trinn 6: Fingeravtrykkssensormodul

Fingeravtrykkssensormodulen har et serielt grensesnitt som gjør det superenkelt å legge til i prosjektene dine. Modulen har integrert FLASH -minne for å lagre eventuelle fingeravtrykk som den er opplært til å gjenkjenne, en prosess som kalles registrering. Bare koble fire ledninger til mikrokontrolleren som vist her. Vær oppmerksom på at VCC er 3,3V (ikke 5V).

Adafruit publiserte et veldig fint Arduino -bibliotek for fingeravtrykkssensorer. Biblioteket inneholder noen nyttige skisser. For eksempel demonstrerer "enroll.ino" hvordan du registrerer (trener) fingeravtrykk i modulen. Etter trening demonstrerer "fingerprint.ino" hvordan du skanner et fingeravtrykk og søker det mot de opplærte dataene. Adafruits dokumentasjon for biblioteket finner du her. Du kan få flere fingeravtrykkslesere der eller sjekke ut noen fjærmoduler.

INTEGRERING

Fingeravtrykkssensorer kan legges til forskjellige prosjekter, inkludert sikkerhetssystemer, dørlåser, tidsoppmøtningssystemer og så videre. For eksempel gjør den en fantastisk oppgradering til prosjekter fra Locksport HackerBox.

Denne videoen viser et eksempel på et system som arbeider med en fingeravtrykkssensor.

Trinn 7: Fidget Spinner LED -sett

Det roterende LED -settet bruker to Microchip PIC -kontrollere og 24 lysdioder for å vise forskjellige fargerike mønstre. Mønstrene er synlige ved hjelp av en Persistence of Vision (POV) teknikk. Mønstrene kan endres ved å trykke på knappen.

Før vi starter, sjekk gjennom alle brikkene som er oppført ovenfor. Det er sannsynligvis noen ekstra motstander, kondensatorer, lysdioder, skruer og akrylstykker i settet, så ikke la det forvirre deg. Selv om settet ditt inneholder et instruksjonsark, bør instruksjonene her vise seg å være mye lettere å følge.

Trinn 8: Fidget Spinner LED Kit - Skjematisk og PCB

Vårt første spørsmål mens vi ser på denne skjematikken, bør være: Hvordan driver du 24 lysdioder med bare ti I/O -linjer? Magi? Ja, magien ved Charlieplexing.

KOMPONENTORIENTERING MERK. Gjennomgå diagrammet over PCB -polaritetsmarkeringene nøye. De to mikrokontrollerne må roteres i riktig retning. Dessuten er lysdiodene polariserte og må være riktig orientert. I kontrakt kan motstandene og kondensatorene loddes i alle retninger. Knappen passer bare på en måte.

Trinn 9: Fidget Spinner - Starter med SMT -lodding

Fidget spinner kit PCB er overflatemontert teknologi (SMT), som vanligvis er ganske utfordrende å lodde. Utformingen av PCB og komponentvalget gjør imidlertid dette SMT -settet relativt enkelt å lodde. Hvis du aldri har jobbet med SMT -lodding, er det noen veldig fine demo -videoer på nettet (for eksempel).

START SOLDING: Knappen og dens 10K ("103") motstand er sannsynligvis det enkleste stedet å starte siden det er mye plass rundt dem. Ta deg god tid og få begge disse komponentene loddet på plass.

Husk at selv om lodding ikke er helt vellykket, er reisen utenfor din nåværende komfortsone den beste praksis. Dessuten vil det monterte settet fortsatt fungere som en flott elektronikk-inspirert spinner selv om lysdiodene ikke er helt funksjonelle.

Trinn 10: Fidget Spinner - Microcontroller Lodding

Lodd de to mikrokontrollerne (merk orienteringsmarkeringen). Følg med de to 0.1uF -kondensatorene som ligger ved siden av mikrokontrollerne. Kondensatorene er ikke polariserte og kan orienteres begge veier.

Trinn 11: Fidget Spinner - LED lodding

Det er to rader med lysdioder på kretskortet og to strimler med LED -komponenter. Hver stripe har en annen farge (rød og grønn), så hold lysdiodene fra hver stripe sammen i samme rad på kretskortet. Det spiller ingen rolle hvilken rad som er grønn og hvilken som er rød, men de samme fargede lysdiodene må være sammen på samme rad.

Det er en "-" markering på hver PCB-pute for lysdiodene. Disse markeringene veksler mellom sider når du går langs raden med pads, noe som betyr at orienteringen til lysdiodene i raden vil bytte frem og tilbake. De grønne markeringene på den ene siden av hver LED skal være orientert mot "-" merket for den LED-puten.

Trinn 12: Fidget Spinner - Fullfør lodding

Lodd de seks 200 Ohm ("201") motstandene. Disse er ikke polariserte og kan plasseres i begge retninger.

Lodd de tre myntcellebatteriklipsene ved å sette dem inn i bunnen av kretskortet og deretter lodde inn i de to hullene fra toppen av brettet.

Sett inn tre myntceller og trykk på knappen for å teste lysdiodene. Du vil ikke kunne se POV -mønstrene mens kretskortet er i ro, men du vil merke forskjellige lysstyrker mellom de to lysdiodene mens du blar gjennom visningsmodusene. Vær oppmerksom på at korte trykk og lange trykk har forskjellige effekter.

Trinn 13: Fidget Spinner - Forbered akrylhus

Fjern beskyttelsespapiret fra akrylbitene.

Legg ut de fem stykkene akryl og PCB som nummerert på bildet. Dette representerer bestillingen av den siste bunken.

Legg merke til de tre små sirklene i hvert stykke. Vend bitene til de små sirklene er orientert i samme retning.

Start med lag 2, som er sirkelen med myntceller i hver av de tre armene.

Plasser lageret i midten av lag 2 og tving det inn i det store hullet. Dette vil kreve mye kraft. Prøv å ikke sprekke akryl mens du gjør dette. Når det er sagt, kan det dannes en enkelt liten sprekk rundt lagerhullet. Dette er helt akseptabelt.

Trinn 14: Fidget Spinner - mekanisk montering

Stack opp lagene - 1 til 5.

Legg merke til at brikkene 4 og 5 faktisk er på samme lag.

Sett inn tre av gjengede messingkoblinger.

Legg lag 6 på bunken.

Legg merke til at lag 1 og 6 har mindre hull for å holde messingkoblerne på plass.

Bruk de seks korte skruene til å feste lag 1 og 6 på messingkoblingen.

Trinn 15: Fidget Spinner - Center Hub

Fjern beskyttelsespapiret fra tre av akrylsyklusene - to store og en liten.

Sett en lang skrue gjennom en av de store akrylsirklene; stable den lille akrylsirkelen på skruen; og vri en gjenget messingkobling på skruen for å lage en bunke som vist på bildet.

Sett bunken gjennom senternavet.

Ta stabelen inn i navet ved å feste den gjenværende store akrylsirkelen på den åpne siden med en lang skrue.

C'est fin! Laissez les bon fidget rouler.

Trinn 16: Digispark og USB Rubber Ducky

Digispark er et åpen kildekode -prosjekt som opprinnelig ble finansiert gjennom Kickstarter. Det er et super-miniatyr ATtiny-basert Arduino-kompatibelt bord som bruker Atmel ATtiny85. ATtiny85 er en 8 -pinners mikrokontroller som er en nær fetter av typisk Arduino -brikke, ATMega328P. ATtiny85 har omtrent en fjerdedel av minnet og bare seks I/O -pinner. Den kan imidlertid programmeres fra Arduino IDE, og den kan fortsatt kjøre Arduino -kode uten problemer.

USB Rubber Ducky er et favoritt hackerverktøy. Det er en tastetrykk injeksjonsenhet forkledd som en generisk flash -stasjon. Datamaskiner gjenkjenner det som et vanlig tastatur og godtar automatisk de forhåndsprogrammerte nyttelastene for tastetrykk med over 1000 ord per minutt. Følg lenken for å lære alt om Rubber Duckies fra Hak5 hvor du også kan kjøpe den virkelige avtalen. I mellomtiden viser denne videoopplæringen hvordan du bruker en Digispark som en Rubber Ducky. En annen videoopplæring viser hvordan du konverterer Rubber Ducky Scripts til å kjøre på Digispark.

Trinn 17: HackLife

Vi håper du har hatt glede av denne måneds reise til DIY -elektronikk. Nå ut og del suksessen din i kommentarene nedenfor eller på HackerBoxes Facebook Group. Gi oss beskjed hvis du har spørsmål eller trenger hjelp med noe.

Bli med på festen. Lev HackLife. Du kan få en kul boks med hackbar elektronikk og datatekniske prosjekter levert rett i postkassen din hver måned. Bare surf over til HackerBoxes.com og abonner på den månedlige HackerBox -tjenesten.