HackerBox 0034: SubGHz: 15 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:21

Denne måneden utforsker HackerBox Hackers Software Defined Radio (SDR) og radiokommunikasjon på frekvenser under 1 GHz. Denne instruksen inneholder informasjon om hvordan du kommer i gang med HackerBox #0034, 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 0034:

• Konfigurasjon og bruk av SDR -radiomottakere
• Mobil SDR -operasjoner
• Montering av CCStick Sub-GHz-mottaker
• Programmering av CCStick ved hjelp av Arduino ProMicros
• Montering av FM -lydsendere og -mottakere

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 0034: Innhold i esken

• USB Software Defined Radio (SDR) mottaker
• MCX -antenne for SDR -mottaker
• To kretskort med CCStick
• To CC1101 -mottakere med antenner
• To Arduino ProMicros 3.3V 8MHz
• FM -lydsender
• FM lydmottakersett
• MicroUSB -kabel
• Eksklusiv radiooscillator "Hertz" Pin

Noen andre ting som vil være nyttige:

• Loddejern, lodde og grunnleggende loddeverktøy
• Datamaskin for kjøring av programvareverktøy

Viktigst av alt, trenger du en følelse av eventyr, DIY -ånd og nysgjerrighet på hackere. Hardcore DIY -elektronikk er ikke en triviell jakt, og HackerBoxes er ikke vannet ut. Målet er fremgang, ikke perfeksjon. Når du fortsetter og liker eventyret, kan du få mye tilfredshet ved å lære ny teknologi og forhåpentligvis få noen prosjekter til å fungere. Vi foreslår at du tar hvert trinn sakte, tenker 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.

Trinn 2: Velkommen til Sub-GHz-radio

Cue -musikk: Radio KAOS

Sub-GHz-teknologi er et ideelt valg for trådløse applikasjoner som krever lang rekkevidde og lavt strømforbruk. Smalbåndsoverføringer kan overføre data til fjerne hubber, ofte flere mil unna, uten å hoppe fra node til node. Denne langdistanseoverføringskapasiteten reduserer behovet for flere dyre basestasjoner eller repeatere. Proprietære sub-GHz-protokoller lar utviklere optimalisere sin trådløse løsning til deres spesifikke behov i stedet for å overholde en standard som kan sette ytterligere begrensninger på nettverksimplementering. Mens mange eksisterende sub-GHz-nettverk bruker proprietære protokoller, legger industrien sakte til standardbaserte, interoperable systemer. For eksempel vinner IEEE 802.15.4g-standarden popularitet over hele verden og blir vedtatt av ulike bransjealianser som Wi-SUN og ZigBee.

Noen interessante frekvenser å utforske inkluderer: 88-108 MHz FM BroadcastNOAA Weather RadioAir Traffic Control315 MHz nøkkelfri inngangsfob (de fleste amerikanske biler) 2m Ham Calling (SSB: 144.200 MHz, FM: 146.52 MHz) 433 MHz ISM/IoT902-928 MHZ ISM/ IoT

Ulike moduleringsordninger brukes for forskjellige typer radiokommunikasjon på disse frekvensene. Bruk noen minutter på å gjøre deg kjent med det grunnleggende.

Trinn 3: Software Defined Radio (SDR) mottaker

Tradisjonelle radiokomponenter (som modulatorer, demodulatorer og tunere) implementeres ved hjelp av en samling maskinvareenheter. Fremkomsten av moderne databehandling og analog-til-digital-omformere (ADC) gjør at de fleste av disse tradisjonelt maskinvarebaserte komponentene kan implementeres i programvare i stedet. Derfor begrepet programvare definert radio (SDR). Databasert SDR gir implementering av billige, bredbånds radiomottakere.

RTL-SDR er en USB-dongle som kan brukes som en datamaskinbasert radiomottaker for mottak av levende radiosignaler. Et bredt spekter av informasjon er tilgjengelig online for å eksperimentere med RTL-SDR-teknologi, inkludert en hurtigstartguide.

Trinn 4: RTL-SDR USB Dongle-maskinvare

RTL2832U er en høytytende DVB-T COFDM-demodulator som støtter et USB 2.0-grensesnitt. RTL2832U støtter 2K- eller 8K -modus med 6, 7 og 8MHz båndbredde. Moduleringsparametere, f.eks. Kodehastighet og vaktintervall, blir automatisk oppdaget. RTL2832U støtter tunere ved IF (mellomfrekvens, 36,125 MHz), lavt IF (4,57 MHz) eller null-IF-utgang ved bruk av en 28,8 MHz krystall, og inkluderer FM/DAB/DAB+ radiostøtte. RTL2832U er innebygd med en avansert ADC (analog-til-digital-omformer) og har høy stabilitet i bærbar mottak. R820T2 Digital Tuner støtter drift i området 24 - 1766 MHz.

Vær oppmerksom på at SDR -dongelen har en MCX koaksial RF -inngang som kan kobles til den medfølgende MCX -piskeantennen. Siden mange vanlige signalkilder og antenner bruker SMA-koaksialkontakter, kan en MCX-SMA-kobling være nyttig.

Trinn 5: SDR -programvare - GNU Radio

GNU Radio er en gratis og åpen kildekode for programvareutvikling som gir signalbehandlingsblokker for å implementere programvareradioer. Den kan brukes med lett tilgjengelig ekstern RF-maskinvare for å lage programvaredefinerte radioer. GNU Radio er mye brukt i hobby-, akademiske og kommersielle miljøer for å støtte både forskning på trådløs kommunikasjon og virkelige radiosystemer.

Det er mange smaker og implementeringer av GNU Radio. GQRX er en fin variant for OSX- og Linux -brukere.

Trinn 6: Mobil SDR

SDR Touch kan gjøre mobiltelefonen eller nettbrettet til en rimelig og bærbar programvaredefinert radioskanner. Lytt til live på FM -radiostasjoner, værmeldinger, politi, brannvesen og beredskapsstasjoner, drosjetrafikk, flykommunikasjon, lyd fra analoge TV -sendinger, HAM -radioamatører, digitale sendinger og mange flere.

En on-the-go (OTG) USB-kabel eller adapter er nødvendig for å koble SDR USB-dongelen til en mobil enhet. En OTG -kabel med en ekstra (tilleggs) strømport kan være nødvendig for å drive dongelen. En ekstra strømport kan uansett være en god idé, ettersom en app som SDR Touch er tilbøyelig til å tømme batteriene for mobile enheter raskt.

Trinn 7: Mikrofonsendersett

Dette loddesettet er en enkel lydtransmitter med tre transistorfrekvenser (FM). Den opererer i frekvensområdet 80MHz-108MHz tildelt for FM-kringkastingsradio. Senders arbeidsspenning er 1,5V-9V, og den vil overføre over 100 meter avhengig av levert strøm, antennekonfigurasjon, tuning og omgivende elektromagnetiske faktorer.

Innhold i settet:

• PCB
• EN 500KOhm trimmerpotte
• TO NPN 9018 -transistorer
• ONE NPN 9014 Transistor
• ONE 4.5 turn Inductor (4T5)
• TO 5,5 sving induktorer (5T5)
• ONE Electret -mikrofon
• ONE 1M motstand (BrownBlackGreen)
• TO 22K motstander (RedRedOrange)
• FIRE 33ohm motstander (OrangeOrangeBlack)
• TRE 2.2K (2K2) motstander (RedRedRed)
• ONE 33uF elektrolytisk hette
• FIRE 30pF keramiske kondensatorer “30”
• FIRE 100nF keramiske kondensatorer “104”
• ONE 10nF keramisk kondensator “103”
• TO 680pF keramisk kondensator “681”
• TO 10 pF keramisk kondensator “10”
• Antennetråd
• 9V batteriklemme
• Header Pins (pause til 2 og 3 pins)

Vær oppmerksom på at de tre transistorene, mikrofonen og den ene elektrolytiske kondensatoren må være orientert som vist på PCB -silketrykket. Induktorene og de keramiske kondensatorene er ikke polariserte. Selv om verdiene og typene ikke er utskiftbare, kan hver enkelt settes inn i begge retninger.

Hvis du er ny innen lodding: Det er mange flotte guider og videoer på nettet om lodding. Her er ett 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.

Trinn 8: Design av mikrofonsendersettet

Et inngangssignal kan samles inn av den innebygde elektretmikrofonen eller leveres fra en annen elektrisk kilde til inngangshovedpinnene. Mikrofonledningene kan forlenges ved hjelp av ledninger eller trimmede ledninger fra andre komponenter for å tillate tilkobling til kretskortet. Mikrofonledningen som er koblet til mikrofonens ytre hus, er den negative ledningen som vist på bildet.

Ved transistor Q1 oppnås frekvensmodulering når en bæreoscillatorfrekvens modifiseres av lydsignalet. Trimmerpotensiometeret kan brukes til å justere inngangsdempning av lydsignalet. Lydsignalet er koblet til basen til transistoren Q1 via C2.

Transistor Q2 (sammen med R7, R8, C4, C5, L1, C8 og C7) gir høyfrekvent oscillator. C8 er tilbakemeldingskondensatoren. C7 er DC-blokkerende kondensator. C5 og L1 gir resonansbeholderen til oscillatoren. Hvis du endrer verdiene for C5 og/eller L1, endres overføringsfrekvensen. Etter første montering vil standard overføringsfrekvens være omtrent 83MHz. Forsiktig spredning av spolen L1 en liten bit vil endre verdien på induktoren L1 og forskyve overføringsfrekvensen tilsvarende. Ved å holde frekvensen rundt 88MHz-108MHz vil signalet bli mottatt med hvilken som helst FM-radio, inkludert SDR-mottakeren.

Transistor Q3 (sammen med R9, R10, L2, C10 og C1) danner en høyfrekvent effektforsterkerkrets. Det modulerte signalet er koblet til forsterkerkretsen gjennom kondensatoren C6. C10 og L2 danner en forsterkningstuningstank. Maksimal utgangseffekt oppnås når forsterkningssløyfen til C10 og L2 er innstilt på samme frekvens som bæreroscillatorsløyfen til C5 og L1.

Til slutt gir C12 og L3 antenneturing der det forsterkede signalet drives inn i en trådantenne for overføring som radiofrekvente elektromagnetiske bølger.

Trinn 9: Frekvensmodulasjonsmottaker (FM)

Dette FM -mottakersettet er basert på HEX3653 -brikken, som er en svært integrert FM -demodulator.

Settet inneholder:

• PCB
• U1 HEX3653 Chip SMD 16pin
• Q1 SS8050 NPN Transistor
• L1 Induktor 100uH
• Y1 32.768KHz krystall
• R1, R2, R3, R4 Motstander 10KOhm
• C1, C2 elektrolytiske kondensatorer 100uF
• C3, C5 keramiske kondensatorer (104) 0.1uF
• C4 keramisk kondensator (33) 33pF
• D1, D2 1N4148 Dioder
• Gul LED
• Lydtelefonkontakt 3,5 mm
• Fire-pinners hode med genser
• Fem øyeblikkelige trykknapper
• Dobbelt AA batteriholder

HEX3653-mottakerbrikken opererer over frekvensområdet 76MHz-108MHz, som er tilordnet FM-kringkastingsradio.

Settet inneholder fem trykknapper:

• Frekvensinnstilling (SEEK +, SEEK-)
• Volumkontroll (VOL +, VOL-)
• Strøm (PW)

Kretsen har en arbeidsspenning på 1,8-3,6V, som lett kan leveres av to 1,5V-celler.

Trinn 10: Design av HEX3653 FM -mottakersett

Det er to alternativer for en antenneinngang.

En ledning kan festes til "A" -puten på kretskortet, eller skjermingen av hodetelefonkabelen kan fungere som antenne.

Fire-pinners overskrift fungerer som en antennebryter (merket ASW). Plasseringen av shorting -jumperen på ASW velger mellom de to antenneinngangene. Kortslutningspinnene 1 og 2 leder det eksterne A "signalet" til pin fire på HEX3653 -brikken. Alternativt kan kortslutningspinnene 2 og 3 føre skjoldpinnen på hodetelefonkontakten til pinne fire på HEX3653 -brikken.

Pin fire på HEX3653 -brikken er inngangen til radiofrekvens (RF) til mottakerbrikken. Det valgte RF -signalet går først gjennom L1 og C4 som fungerer som et filter. Deretter brukes to klippedioder for å begrense overdreven inngangsspenning.

Fem-pinners overskrift (merket B) gjør at mottakermodulen kan integreres i et annet system. Det er to pinner for strømforsyningsinngang (+V, jord) og tre for lydutgang (høyre, venstre, bakke).

Trinn 11: Montering av HEX3653 FM -mottakersett

De tre keramiske kondensatorene og krystallet er ikke polarisert og kan settes inn i hvilken som helst retning. De er ikke utskiftbare, men de kan hver roteres i sin retning. Alle de andre komponentene må monteres i henhold til retningen som er angitt på PCB -silketrykket. Som vanlig er det best å starte med SMD -brikken, og deretter gå til de minste/korteste komponentene som jobber fra midten av kretskortet mot kantene. Fest hodet, lydkontakten og batteriholderen sist.

Trinn 12: CCStick

CCStick er en Texas Instruments CC1101 sub-GHz radiosendermodul koblet til en Arduino ProMicro. To CCStick -sett er inkludert i HackerBox #0034 for bruk som to endepunkter for en kommunikasjonskobling eller i en annen kommunikasjonskonfigurasjon.

Texas Instruments CC1101 (datablad) er en rimelig sub-GHz transceiver designet for trådløse applikasjoner med svært lite strøm. Kretsen er hovedsakelig beregnet for frekvensbåndene Industrial, Scientific og Medical (ISM) og Short Range Device (SRD) på 315, 433, 868 og 915 MHz, men kan enkelt programmeres for bruk ved andre frekvenser i 300- 348 MHz, 387-464 MHz og 779-928 MHz bånd. RF -senderen er integrert med et svært konfigurerbart basebåndsmodem. Modemet støtter forskjellige modulasjonsformater og har en konfigurerbar datahastighet på opptil 600 kbps.

Trinn 13: Arduino ProMicro 3.3V 8MHz

Arduino ProMicro er basert på ATmega32U4 mikrokontroller som har et innebygd USB -grensesnitt. Dette betyr at det ikke er noen FTDI, PL2303, CH340 eller annen brikke som fungerer som mellomledd mellom datamaskinen og Arduino -mikrokontrolleren.

Vi foreslår at du først tester Pro Micro uten å lodde pinnene på plass. Du kan utføre den grunnleggende konfigurasjonen og testingen uten å bruke topptekstene. Forsinkelse av lodding på modulen gir også en variabel mindre til å feilsøke hvis du skulle støte på komplikasjoner.

Hvis du ikke har Arduino IDE installert på datamaskinen, starter du med å laste ned IDE -skjemaet arduino.cc. ADVARSEL: Sørg for å velge 3.3V -versjonen under verktøy> prosessor før du programmerer Pro Micro. Å ha dette settet for 5V vil fungere en gang, og det ser ut til at enheten aldri kommer til å koble til PC -en din før du følger instruksjonene for "Reset to Bootloader" i guiden som er diskutert nedenfor, noe som kan være litt vanskelig.

Sparkfun har en flott Pro Micro Hookup Guide. Tilkoblingsguiden har en detaljert oversikt over Pro Micro -kortet og deretter en seksjon for "Installering: Windows" og en seksjon for "Installering: Mac og Linux." Følg instruksjonene i den riktige versjonen av disse installasjonsinstruksjonene for å få Arduino IDE konfigurert til å støtte Pro Micro. Vi begynner vanligvis å jobbe med et Arduino -bord ved å laste inn og/eller endre standard Blink -skisse. Pro Micro inkluderer imidlertid ikke den vanlige LED -en på pinne 13. Heldigvis kan vi kontrollere RX/TX -lysdiodene, og Sparkfun har gitt en fin liten skisse for å demonstrere hvordan. Dette er i delen av tilkoblingsguiden med tittelen "Eksempel 1: Blink!" Kontroller at du kan kompilere og laste ned denne Blinkies! eksempel før du går videre.

Trinn 14: Design og drift av CCStick

CC1101 -modulen og Arduino ProMicro settes inn på silketrykket på CCStick -kretskortet. Med andre ord er de to mindre modulene på siden av det røde kretskortet som har hvit maling på, og pinnene stikker ut fra siden som ikke har hvit maling på. Den hvite malingen kalles PCB silkscreen.

Sporene i det røde kretskortet forbinder CC1101 -modulen og Arduino ProMicro slik:

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)

En rask start for CC1101 er å bruke biblioteket fra Elechouse. Last ned biblioteket ved å klikke på linken "få kode" på siden.

Lag en mappe for CC1101 i mappen Arduino Libraries. Plasser de to ELECHOUSE_CC1101 -filene (.cpp og.h) i den mappen. Lag også en eksempler -mappe i den mappen og plasser de tre demo-/eksempelmappene der.

Oppdater pinnedefinisjonene i filen ELECHOUSE_CC1101.h slik:

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

Plasser deretter eksempelfilen CC1101_RX på en CCStick og eksempelfilen CC1101_TX på den andre CCStick.

Det er en rekke andre interessante ressurser og prosjekter for CC1101 -mottakeren, inkludert følgende eksempel:

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

MERK OM Å BRUKE AVBRYT:

For å prøve Elechouse -eksempelskissen CC1101_RXinterruprt, kobler du til to pinner på Arduino ProMicro på undersiden av CCStick -kretskortet. Dette er pinner 7 og 19 (A1) som kobler transceiver -GDO0 -signalet til pinne 7 på mikrokontrolleren, som er en av de eksterne avbryterpinnene. Deretter oppdaterer du en av stiftdefinieringslinjene som er diskutert ovenfor til "#define GDO0 7 // og 19" siden GDO0 nå er koblet fra pin 19 til pin 7. Deretter finner du linjekallingsfunksjonen attachInterrupt () og i filen CC1101_RXinterruprt. endre den første parameteren (avbruddsnummer) fra "0" til "4". Dette er gjort fordi pin 7 i ProMicro er assosiert med avbrudd #4.

Trinn 15: HAKK PLANET

Hvis du har hatt glede av denne instruksjonsboken og vil ha en kul eske med hackbar elektronikk og datatekniske prosjekter som faller ned i postkassen din hver måned, kan du bli med i revolusjonen ved å surfe over til HackerBoxes.com og abonnere på å motta vår månedlige overraskelsesboks.

Nå ut og del suksessen din i kommentarene nedenfor eller på HackerBoxes Facebook -side. Gi oss beskjed hvis du har spørsmål eller trenger hjelp med noe. Takk for at du er en del av HackerBoxes!