HackerBox 0038: TeknoDactyl: 17 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

HackerBox Los piratas informáticos están explorando el reconocimiento electrónico de huellas dactilares y los juguetes giratorios mecánicos con microcontroladores de montaje en superficie y circuitos LED. Este Instructable contiene información para comenzar con HackerBox # 0038, que se puede comprar aquí hasta agotar existencias. Además, si desea recibir un HackerBox como este en su buzón cada mes, suscríbase en HackerBoxes.com y únase a la revolución.

Temas y objetivos de aprendizaje para HackerBox 0038:

• Explore el reconocimiento electrónico de huellas dactilares
• Configurar y programar el microcontrolador Arduino Nano
• Interfaz de módulos de sensor de huellas dactilares a microcontroladores
• Integre sensores de huellas dactilares en sistemas integrados
• Practique técnicas de soldadura de montaje en superficie
• Arme un proyecto de spinner LED acrílico para inquietudes
• Configurar y programar el microcontrolador Digispark
• Experimente con cargas útiles de inyección de pulsaciones de teclas USB

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¡HACKE EL PLANETA

Paso 1: HackerBox 0038: Contenido de la caja

• Módulo sensor de huellas dactilares
• Arduino Nano 5V 16MHz microUSB
• Kit de soldadura LED Fidget Spinner
• Kit de pilas de monedas CR1220 para spinner
• Módulo microcontrolador USB Digispark
• Pinzas ESD
• Trenza desoldadora
• Dos cambiadores de nivel de voltaje de cuatro vías
• Cable de extensión USB
• Calcomanía de forja exclusiva de HackerBox
• Calcomanía exclusiva de pirata informático "Quad Cut Up"
• Parche termoadhesivo exclusivo para silla

Algunas otras cosas que serán útiles:

• Soldador, soldadura y herramientas de soldadura básicas
• Fundente de soldadura (ejemplo)
• Lupa iluminada (ejemplo)
• Computadora para ejecutar herramientas de software
• Dedos para girar inquietos
• Dedos para experimentos de huellas dactilares

Lo más importante es que necesitará sentido de la aventura, espíritu hacker, paciencia y curiosidad. Construir y experimentar con la electrónica, aunque es muy gratificante, puede ser complicado, desafiante e incluso frustrante en ocasiones. El objetivo es el progreso, no la perfección. Cuando persiste y disfruta de la aventura, se puede derivar una gran satisfacción de este pasatiempo. Dé cada paso lentamente, preste atención a los detalles y no tema pedir ayuda.

Hay una gran cantidad de información para miembros actuales y potenciales en las preguntas frecuentes de HackerBoxes. Casi todos los correos electrónicos de soporte no técnico que recibimos ya están respondidos allí, así que realmente agradecemos que se tome unos minutos para leer las preguntas frecuentes.

Paso 2: reconocimiento electrónico de huellas dactilares

Los escáneres de huellas dactilares son sistemas de seguridad biométricos para analizar las crestas de fricción de la yema de un dedo humano, también conocido como huella dactilar (dactilógrafo). Estos escáneres se utilizan en la aplicación de la ley, seguridad de identidad, control de acceso, computadoras y teléfonos móviles.

Todo el mundo tiene marcas en los dedos. No se pueden quitar ni modificar. Estas marcas tienen un patrón llamado huella digital. Cada huella dactilar es especial y diferente a cualquier otra del mundo. Debido a que existen innumerables combinaciones, las huellas dactilares se han convertido en un medio ideal de identificación.

Un sistema de escáner de huellas dactilares tiene dos trabajos básicos. Primero, captura una imagen del dedo. A continuación, determina si el patrón de crestas y valles en esta imagen coincide con el patrón de crestas y valles en imágenes previamente escaneadas. Solo las características específicas, que son únicas para cada huella digital, se filtran y guardan como una clave biométrica encriptada o una representación matemática. Nunca se guarda ninguna imagen de una huella digital, solo una serie de números (un código binario), que se utiliza para la verificación. El algoritmo no se puede revertir para convertir la información codificada nuevamente en una imagen de huella digital. Esto hace que sea extremadamente improbable extraer o duplicar huellas digitales utilizables de la información de la imagen codificada.

(Wikipedia)

Paso 3: Plataforma de microcontrolador Arduino Nano

Una placa de microcontrolador Arduino Nano, o similar, es una excelente opción para interactuar con módulos de escáner de huellas dactilares. La placa Arduino Nano incluida viene con pines de encabezado, pero no están soldados al módulo. Deja las clavijas fuera por ahora. Realice estas pruebas iniciales del módulo Arduino Nano ANTES de soldar los pines del cabezal del Arduino Nano. Todo lo que se necesita para los siguientes pasos es un cable microUSB y el Arduino Nano tal como sale de la bolsa.

Arduino Nano es una placa Arduino miniaturizada, compatible con protoboard y de montaje en superficie con USB integrado. Es increíblemente completo y fácil de piratear.

Características:

• Microcontrolador: Atmel ATmega328P
• Voltaje: 5 V
• Pines de E / S digitales: 14 (6 PWM)
• Pines de entrada analógica: 8
• Corriente CC por pin de E / S: 40 mA
• Memoria Flash: 32 KB (2 KB para el gestor de arranque)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• Velocidad de reloj: 16 MHz
• Dimensiones: 17 mm x 43 mm

Esta variante particular del Arduino Nano es el diseño Robotdyn negro. La interfaz es mediante un puerto MicroUSB integrado que es compatible con los mismos cables MicroUSB que se utilizan con muchos teléfonos móviles y tabletas.

Los Arduino Nanos cuentan con un chip de puente USB / serie integrado. En esta variante en particular, el chip puente es el CH340G. Tenga en cuenta que hay varios otros tipos de chips de puente USB / serie que se utilizan en los diversos tipos de placas Arduino. Estos chips permiten que el puerto USB de su computadora se comunique con la interfaz serial en el chip del procesador de Arduino.

El sistema operativo de una computadora requiere un controlador de dispositivo para comunicarse con el chip USB / serial. El controlador permite que el IDE se comunique con la placa Arduino. El controlador de dispositivo específico que se necesita depende tanto de la versión del sistema operativo como del tipo de chip USB / serie. Para los chips USB / serie CH340, hay controladores disponibles para muchos sistemas operativos (UNIX, Mac OS X o Windows). El fabricante de la CH340 suministra esos controladores aquí.

Cuando conecte por primera vez el Arduino Nano a un puerto USB de su computadora, la luz verde de encendido debería encenderse y poco después el LED azul debería comenzar a parpadear lentamente. Esto sucede porque el Nano está precargado con el programa BLINK, que se ejecuta en el nuevo Arduino Nano.

Paso 4: Entorno de desarrollo integrado de Arduino (IDE)

Si aún no tiene el IDE de Arduino instalado, puede descargarlo desde Arduino.cc

Si desea información introductoria adicional para trabajar en el ecosistema Arduino, le sugerimos que consulte la guía del Taller de inicio de HackerBoxes.

Conecte el Nano al cable MicroUSB y el otro extremo del cable a un puerto USB en la computadora, inicie el software Arduino IDE, seleccione el puerto USB apropiado en el IDE en herramientas> puerto (probablemente un nombre con "wchusb" en él). También seleccione "Arduino Nano" en el IDE en herramientas> tablero.

Finalmente, cargue un fragmento de código de ejemplo:

Archivo-> Ejemplos-> Conceptos básicos-> Parpadeo

Este es en realidad el código que se precargó en el Nano y debería estar ejecutándose ahora mismo para hacer parpadear lentamente el LED azul. En consecuencia, si cargamos este código de ejemplo, nada cambiará. En cambio, modifiquemos un poco el código.

Mirando de cerca, puede ver que el programa enciende el LED, espera 1000 milisegundos (un segundo), apaga el LED, espera otro segundo y luego lo hace todo de nuevo, para siempre.

Modifique el código cambiando las dos declaraciones "delay (1000)" por "delay (100)". Esta modificación hará que el LED parpadee diez veces más rápido, ¿verdad?

Carguemos el código modificado en el Nano haciendo clic en el botón SUBIR (el icono de flecha) justo encima de su código modificado. Mire a continuación el código para ver la información de estado: "compilando" y luego "cargando". Finalmente, el IDE debería indicar "Carga completa" y su LED debería parpadear más rápido.

Si es así, ¡enhorabuena! Acaba de piratear su primer código incrustado.

Una vez que su versión de parpadeo rápido esté cargada y ejecutándose, ¿por qué no ver si puede cambiar el código nuevamente para que el LED parpadee rápidamente dos veces y luego espere un par de segundos antes de repetir? ¡Darle una oportunidad! ¿Qué tal algunos otros patrones? Una vez que logre visualizar un resultado deseado, codificarlo y observar que funciona según lo planeado, habrá dado un paso enorme para convertirse en un hacker de hardware competente.

Paso 5: Soldar los pines del cabezal Arduino Nano

Ahora que su computadora de desarrollo ha sido configurada para cargar código en el Arduino Nano y el Nano ha sido probado, desconecte el cable USB del Nano y prepárese para soldar los pines del cabezal. Si es tu primera vez en el club de lucha, tienes que soldar.

Hay muchas guías y videos geniales en línea sobre soldadura (por ejemplo). Si cree que necesita ayuda adicional, intente encontrar un grupo de creadores locales o un espacio de piratas informáticos en su área. Además, los clubes de radioaficionados son siempre excelentes fuentes de experiencia en electrónica.

Suelde los dos encabezados de una sola fila (quince pines cada uno) al módulo Arduino Nano. El conector ICSP (programación en serie en circuito) de seis pines no se utilizará en este proyecto, así que deje esos pines apagados. Una vez que se completa la soldadura, verifique cuidadosamente si hay puentes de soldadura y / o juntas de soldadura en frío. Finalmente, vuelva a conectar el Arduino Nano al cable USB y verifique que todo funcione correctamente.

Paso 6: Módulo de sensor de huellas dactilares

El módulo del sensor de huellas dactilares tiene una interfaz en serie que hace que sea muy fácil de agregar a sus proyectos. El módulo tiene memoria FLASH integrada para almacenar cualquier huella digital que esté capacitado para reconocer, un proceso conocido como inscripción. Simplemente conecte cuatro cables a su microcontrolador como se muestra aquí. Tenga en cuenta que VCC es 3,3 V (no 5 V).

Adafruit publicó una biblioteca Arduino muy agradable para sensores de huellas dactilares. La biblioteca incluye algunos bocetos útiles. Por ejemplo, "enroll.ino" demuestra cómo registrar (entrenar) huellas digitales en el módulo. Después del entrenamiento, "fingerprint.ino" demuestra cómo escanear una huella dactilar y buscarla en los datos entrenados. La documentación de Adafruit para la biblioteca se puede encontrar aquí. Puede obtener lectores de huellas digitales adicionales allí o consultar algunos módulos de plumas.

INTEGRACIÓN

Los sensores de huellas dactilares se pueden agregar a varios proyectos, incluidos sistemas de seguridad, cerraduras de puertas, sistemas de control de presencia, etc. Por ejemplo, hace una actualización impresionante para los proyectos de Locksport HackerBox.

Este video muestra un sistema de ejemplo que funciona con un sensor de huellas dactilares.

Paso 7: Kit LED Fidget Spinner

El kit de LED giratorio utiliza dos controladores PIC de Microchip y 24 LED para mostrar varios patrones de colores. Los patrones son visibles mediante una técnica de persistencia de la visión (POV). Los patrones se pueden cambiar presionando el botón.

Antes de comenzar, revise todas las piezas enumeradas anteriormente. Probablemente haya algunas resistencias, condensadores, LED, tornillos y piezas acrílicas adicionales en el kit, así que no dejes que eso te confunda. Incluso si su kit incluye una hoja de instrucciones, las instrucciones aquí deberían resultar mucho más fáciles de seguir.

Paso 8: Kit LED Fidget Spinner - Esquema y PCB

Nuestra primera pregunta al observar este esquema debería ser: ¿Cómo maneja exactamente 24 LED con solo diez líneas de E / S? ¿Magia? Sí, la magia de Charlieplexing.

NOTA DE ORIENTACIÓN DE COMPONENTES. Revise de cerca el diagrama de las marcas de polaridad de la placa de circuito impreso. Los dos microcontroladores deben girarse en la orientación correcta. Además, los LED están polarizados y deben estar correctamente orientados. Por contrato, las resistencias y los condensadores se pueden soldar en cualquier dirección. El botón solo encaja de una manera.

Paso 9: Fidget Spinner - Comenzando con soldadura SMT

El PCB del kit fidget spinner es tecnología de montaje en superficie (SMT), que generalmente es bastante difícil de soldar. Sin embargo, el diseño de la PCB y la selección de componentes hacen que este kit SMT sea relativamente fácil de soldar. Si nunca ha trabajado con soldadura SMT, hay algunos videos de demostración realmente buenos en línea (por ejemplo).

COMENZAR A SOLDAR: El botón y su resistencia de 10K ("103") son probablemente el lugar más fácil para comenzar, ya que hay mucho espacio a su alrededor. Tómese su tiempo y suelde ambos componentes en su lugar.

Recuerde que incluso si su soldadura no es del todo exitosa, el viaje fuera de su zona de confort actual es la mejor práctica. Además, el kit ensamblado seguirá funcionando como un spinner inspirado en la electrónica de aspecto atractivo, incluso si los LED no funcionan perfectamente.

Paso 10: Fidget Spinner - Soldadura de microcontrolador

Suelde los dos microcontroladores (observe la marca de orientación). Siga con los dos condensadores de 0.1uF que están justo al lado de los microcontroladores. Los condensadores no están polarizados y pueden orientarse de cualquier manera.

Paso 11: Fidget Spinner - Soldadura LED

Hay dos filas de LED en la PCB y dos tiras de componentes LED. Cada tira es de un color diferente (rojo y verde), así que mantenga los LED de cada tira juntos en la misma fila en la PCB. No importa qué fila es verde y cuál es roja, pero los LED del mismo color deben estar todos juntos en la misma fila.

Hay una marca "-" en cada almohadilla de PCB para los LED. Estas marcas alternan los lados a medida que avanza a lo largo de la fila de pads, lo que significa que la orientación de los LED en la fila cambiará de un lado a otro. Las marcas verdes en un lado de cada LED deben estar orientadas hacia la marca "-" de esa almohadilla LED.

Paso 12: Fidget Spinner - Terminar de soldar

Suelde las seis resistencias de 200 ohmios ("201"). Estos no están polarizados y pueden colocarse en cualquier dirección.

Suelde los tres clips de la batería de celda de moneda insertándolos en la parte inferior de la PCB y luego soldando en los dos orificios de la parte superior de la placa.

Inserte tres pilas de botón y presione el botón para probar los LED. No podrá ver los patrones de POV mientras la PCB esté estacionaria, pero notará diferentes brillos entre los dos bancos de LED a medida que recorre los modos de visualización. Tenga en cuenta que las pulsaciones cortas y largas tienen efectos diferentes.

Paso 13: Fidget Spinner - Prepare la carcasa acrílica

Retire el papel protector de las piezas acrílicas.

Coloque las cinco piezas de acrílico y el PCB como se enumeran en la imagen. Esto representa el orden de la pila final.

Observe los tres círculos pequeños en cada pieza. Da la vuelta a las piezas hasta que los círculos pequeños estén todos orientados en la misma dirección.

Comience con la capa 2, que es la que tiene círculos del tamaño de una moneda en cada uno de los tres brazos.

Coloque el rodamiento en el centro de la capa 2 e introdúzcalo en el orificio grande. Esto requerirá mucha fuerza. Trate de no romper el acrílico mientras hace esto. Dicho esto, se puede formar una pequeña grieta alrededor del orificio de montaje del rodamiento. Esto es perfectamente aceptable.

Paso 14: Fidget Spinner - Ensamblaje mecánico

Apile las capas, de la 1 a la 5.

Observe que las piezas 4 y 5 están en la misma capa.

Inserte tres de los acopladores de latón roscados.

Coloque la capa 6 sobre la pila.

Observe que las capas 1 y 6 tienen orificios más pequeños para retener los acopladores de latón en su lugar.

Utilice los seis tornillos cortos para fijar las capas 1 y 6 a los acopladores de latón.

Paso 15: Fidget Spinner - Center Hub

Retire el papel protector de tres de los ciclos acrílicos: dos grandes y uno pequeño.

Pase un tornillo largo a través de uno de los círculos acrílicos grandes; apile el pequeño círculo acrílico sobre el tornillo; y gire un acoplador de latón roscado en el tornillo para hacer una pila como se muestra en la imagen.

Inserte la pila a través del eje central.

Capture la pila en el cubo colocando el círculo acrílico grande restante en el lado abierto con un tornillo largo.

¡C'est fin! Laissez les bon fidget rouler.

Paso 16: Digispark y USB Rubber Ducky

Digispark es un proyecto de código abierto financiado originalmente a través de Kickstarter. Es una placa compatible con Arduino basada en ATtiny superminiatura que utiliza Atmel ATtiny85. El ATtiny85 es un microcontrolador de 8 pines que es un primo cercano del chip Arduino típico, el ATMega328P. El ATtiny85 tiene aproximadamente una cuarta parte de la memoria y solo seis pines de E / S. Sin embargo, se puede programar desde Arduino IDE y aún puede ejecutar código Arduino sin problemas.

El USB Rubber Ducky es una de las herramientas favoritas de los piratas informáticos. Es un dispositivo de inyección de pulsaciones de teclas disfrazado de unidad flash genérica. Las computadoras lo reconocen como un teclado normal y aceptan automáticamente las cargas útiles de pulsaciones de teclas preprogramadas a más de 1000 palabras por minuto. Siga el enlace para aprender todo sobre los patitos de goma de Hak5, donde también puede comprar el trato real. Mientras tanto, este video tutorial muestra cómo usar un Digispark como un patito de goma. Otro video tutorial muestra cómo convertir Rubber Ducky Scripts para que se ejecuten en Digispark.

Paso 17: HackLife

Esperamos que haya disfrutado del viaje de este mes a la electrónica de bricolaje. Comuníquese y comparta su éxito en los comentarios a continuación o en el grupo de Facebook de HackerBoxes. Ciertamente, háganos saber si tiene alguna pregunta o necesita ayuda con algo.

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