HackerBox 0034: SubGHz: 15 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Este mes, los hackers de HackerBox están explorando la radio definida por software (SDR) y las comunicaciones por radio en frecuencias por debajo de 1 GHz. Este Instructable contiene información para comenzar con HackerBox # 0034, 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 0034:

• Configuración y uso de receptores de radio SDR
• Operaciones de SDR móviles
• Montaje del transceptor CCStick Sub-GHz
• Programando el CCStick usando Arduino ProMicros
• Montaje de transmisores y receptores de audio FM

HackerBoxes es el servicio de caja de suscripción mensual para electrónica de bricolaje y tecnología informática. Somos aficionados, creadores y experimentadores. Somos los soñadores de sueños. ¡HACKE EL PLANETA!

Paso 1: HackerBox 0034: Contenido de la caja

• Receptor de radio definido por software (SDR) USB
• Antena MCX para receptor SDR
• Dos placas de circuito impreso CCStick
• Dos transceptores CC1101 con antenas
• Dos Arduino ProMicros 3.3V 8MHz
• Kit de transmisor de audio FM
• Kit de receptor de audio FM
• Cable microUSB
• Pin exclusivo "Hertz" del oscilador de radio

Algunas otras cosas que serán útiles:

• Soldador, soldadura y herramientas de soldadura básicas
• Computadora para ejecutar herramientas de software

Lo más importante es que necesitará sentido de la aventura, espíritu de bricolaje y curiosidad por los piratas informáticos. La electrónica de bricolaje incondicional no es una búsqueda trivial, y los HackerBoxes no están diluidos. El objetivo es el progreso, no la perfección. Cuando persiste y disfruta de la aventura, se puede obtener una gran satisfacción al aprender nuevas tecnologías y, con suerte, hacer que algunos proyectos funcionen. Le sugerimos que dé cada paso lentamente, prestando atención a los detalles y no tenga miedo de pedir ayuda.

Hay una gran cantidad de información para miembros actuales y potenciales en las preguntas frecuentes de HackerBoxes.

Paso 2: Bienvenido a la radio Sub-GHz

Cue music: Radio KAOS

La tecnología Sub-GHz es una opción ideal para aplicaciones inalámbricas que requieren un largo alcance y un bajo consumo de energía. Las transmisiones de banda estrecha pueden transmitir datos a concentradores distantes, a menudo a varias millas de distancia, sin tener que saltar de un nodo a otro. Esta capacidad de transmisión de largo alcance reduce la necesidad de varias estaciones base o repetidores costosos. Los protocolos patentados de sub-GHz permiten a los desarrolladores optimizar su solución inalámbrica para sus necesidades específicas en lugar de ajustarse a un estándar que podría imponer restricciones adicionales a la implementación de la red. Si bien muchas redes de sub-GHz existentes utilizan protocolos propietarios, la industria está agregando lentamente sistemas interoperables basados en estándares. Por ejemplo, el estándar IEEE 802.15.4g está ganando popularidad en todo el mundo y está siendo adoptado por varias alianzas industriales como Wi-SUN y ZigBee.

Algunas frecuencias interesantes para explorar incluyen: 88-108 MHz FM BroadcastNOAA Weather Radio Control de tráfico aéreo315 MHz Keyless Entry Fob (la mayoría de los automóviles estadounidenses) 2m Ham Calling (SSB: 144.200 MHz, FM: 146.52 MHz) 433 MHz ISM / IoT902-928 MHZ ISM / IoT

Se utilizan varios esquemas de modulación para diferentes tipos de comunicaciones por radio en estas frecuencias. Tómese unos minutos para familiarizarse con los conceptos básicos.

Paso 3: Receptor de radio definido por software (SDR)

Los componentes de radio tradicionales (como moduladores, demoduladores y sintonizadores) se implementan mediante una colección de dispositivos de hardware. El advenimiento de la informática moderna y los convertidores de analógico a digital (ADC) permite que la mayoría de estos componentes tradicionalmente basados en hardware se implementen en software. De ahí el término radio definida por software (SDR). El SDR basado en computadora permite implementar receptores de radio de banda ancha económicos.

El RTL-SDR es un dispositivo USB que se puede utilizar como un receptor de radio basado en computadora para recibir señales de radio en vivo. Hay una amplia gama de información disponible en línea para experimentar con la tecnología RTL-SDR, incluida una guía de inicio rápido.

Paso 4: Hardware de la llave USB RTL-SDR

El RTL2832U es un demodulador DVB-T COFDM de alto rendimiento que admite una interfaz USB 2.0. El RTL2832U admite el modo 2K u 8K con ancho de banda de 6, 7 y 8 MHz. Los parámetros de modulación, por ejemplo, la tasa de código y el intervalo de guarda, se detectan automáticamente. El RTL2832U admite sintonizadores en salida IF (frecuencia intermedia, 36.125MHz), baja IF (4.57MHz) o Zero-IF utilizando un cristal de 28.8MHz e incluye soporte de radio FM / DAB / DAB +. Integrado con un ADC (convertidor analógico a digital) avanzado, el RTL2832U presenta una alta estabilidad en la recepción portátil. El sintonizador digital R820T2 admite operaciones en el rango de 24 a 1766 MHz.

Tenga en cuenta que el dongle SDR cuenta con una entrada de RF coaxial MCX para acoplarla con la antena de látigo MCX incluida. Dado que muchas fuentes de señal y antenas comunes utilizan conectores coaxiales SMA, un acoplador MCX-SMA puede resultar útil.

Paso 5: Software SDR - GNU Radio

GNU Radio es un juego de herramientas de desarrollo de software de código abierto y gratuito que proporciona bloques de procesamiento de señales para implementar radios de software. Se puede utilizar con hardware de RF externo fácilmente disponible para crear radios definidas por software. GNU Radio se usa ampliamente en entornos de aficionados, académicos y comerciales para respaldar tanto la investigación de comunicaciones inalámbricas como los sistemas de radio del mundo real.

Hay muchos sabores e implementaciones de GNU Radio. GQRX es una buena variante para usuarios de OSX y Linux.

Paso 6: SDR móvil

SDR Touch puede convertir su teléfono móvil o tableta en un escáner de radio definido por software asequible y portátil. Escuche estaciones de radio FM en vivo en el aire, informes meteorológicos, estaciones de policía, bomberos y emergencias, tráfico de taxis, comunicaciones de aviones, audio de transmisiones de TV analógica, radioaficionados de HAM, transmisiones digitales y muchos más.

Se requiere un cable o adaptador USB para llevar (OTG) para conectar el dongle USB SDR a un dispositivo móvil. Es posible que se requiera un cable OTG con un puerto de alimentación adicional (auxiliar) para alimentar el dongle. Independientemente, un puerto de alimentación adicional puede ser una buena idea, ya que una aplicación como SDR Touch tiende a agotar rápidamente las baterías de los dispositivos móviles.

Paso 7: Kit de transmisor de micrófono

Este kit de soldadura es un simple transmisor de audio de modulación de frecuencia (FM) de tres transistores. Opera en el rango de frecuencia de 80MHz-108MHz asignado para transmisiones de radio FM. El voltaje de funcionamiento del transmisor es de 1,5 V-9 V y transmitirá a más de 100 metros según la potencia suministrada, la configuración de la antena, la sintonización y los factores electromagnéticos ambientales.

Contenido del kit:

• tarjeta de circuito impreso
• UNA olla recortadora de 500 KOhmios
• DOS transistores NPN 9018
• UN Transistor NPN 9014
• UN Inductor de 4.5 vueltas (4T5)
• DOS Inductores de 5,5 vueltas (5T5)
• UN Micrófono Electret
• UNA Resistencia de 1 M (Marrón, Negro, Verde)
• DOS Resistencias 22K (RedRedOrange)
• CUATRO resistencias de 33 ohmios (naranja, naranja, negro)
• TRES Resistencias de 2.2K (2K2) (RedRedRed)
• ONE tapa electrolítica de 33uF
• CUATRO condensadores cerámicos de 30pF "30"
• CUATRO condensadores cerámicos de 100nF "104"
• UN Condensador Cerámico 10nF “103”
• DOS Condensadores de cerámica de 680pF "681"
• DOS Condensadores de cerámica de 10pF "10"
• Alambre de antena
• Clip de batería de 9V
• Pines de encabezado (se rompen en 2 y 3 pines)

Tenga en cuenta que los tres transistores, el micrófono y el condensador electrolítico deben estar orientados como se muestra en la serigrafía de la PCB. Los inductores y condensadores cerámicos no están polarizados. Si bien los valores y tipos no son intercambiables, cada uno se puede insertar en cualquier orientación.

Si es nuevo en la soldadura: hay muchas guías y videos excelentes en línea sobre la soldadura. He aquí un 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.

Paso 8: Diseño del kit de transmisor de micrófono

El micrófono electret integrado puede recopilar una señal de audio de entrada o proporcionarla desde otra fuente eléctrica en los pines del cabezal de entrada. Los cables del micrófono se pueden extender usando cables o cables recortados de otros componentes para permitir la conexión a la PCB. El cable del micrófono conectado a la carcasa exterior del micrófono es el cable negativo como se muestra en la imagen.

En el transistor Q1, la modulación de frecuencia se logra cuando la frecuencia de un oscilador portador es modificada por la señal de audio. El potenciómetro de ajuste se puede utilizar para ajustar la atenuación de entrada de la señal de audio. La señal de audio se acopla a la base del transistor Q1 a través de C2.

El transistor Q2 (junto con R7, R8, C4, C5, L1, C8 y C7) proporciona el oscilador de alta frecuencia. C8 es el condensador de retroalimentación. C7 es el condensador de bloqueo de CC. C5 y L1 proporcionan el tanque resonante para el oscilador. Cambiar los valores de C5 y / o L1 cambiará la frecuencia de transmisión. Después del ensamblaje inicial, la frecuencia de transmisión predeterminada será de aproximadamente 83 MHz. Extender suavemente las vueltas de la bobina L1 un poco cambiará el valor del inductor L1 y cambiará la frecuencia de transmisión en consecuencia. Mantener la frecuencia alrededor de 88MHz-108MHz permitirá que la señal se reciba usando cualquier radio FM, incluido el receptor SDR.

El transistor Q3 (junto con R9, R10, L2, C10 y C1) forma un circuito amplificador de potencia de alta frecuencia. La señal modulada se acopla al circuito amplificador a través del condensador C6. C10 y L2 forman un tanque de sintonización de amplificación. La potencia de salida máxima se logra cuando el bucle de amplificación de C10 y L2 se sintonizan a la misma frecuencia que el bucle del oscilador portador de C5 y L1.

Por último, C12 y L3 proporcionan una transmisión de antena en la que la señal amplificada se conduce a una antena de cable para su transmisión como ondas electromagnéticas de radiofrecuencia.

Paso 9: Kit de receptor de modulación de frecuencia (FM)

Este kit de receptor de FM se basa en el chip HEX3653, que es un demodulador de FM altamente integrado.

El kit incluye:

• tarjeta de circuito impreso
• U1 HEX3653 Chip SMD de 16 pines
• Transistor Q1 SS8050 NPN
• Inductor L1 100uH
• Y1 32.768KHz Cristal
• Resistencias R1, R2, R3, R4 10KOhm
• Condensadores electrolíticos C1, C2 100uF
• Condensadores cerámicos C3, C5 (104) 0.1uF
• Condensador de cerámica C4 (33) 33pF
• Diodos D1, D2 1N4148
• LED amarillo
• Conector de audio para teléfono de 3,5 mm
• Encabezado de cuatro pines con puente
• Cinco botones pulsadores momentáneos
• Soporte de batería doble AA

El chip receptor HEX3653 opera en el rango de frecuencia de 76MHz-108MHz, que se asigna a la transmisión de radio FM.

El kit incluye cinco pulsadores:

• Sintonización de frecuencia (SEEK +, SEEK-)
• Control de volumen (VOL +, VOL-)
• Potencia (PW)

El circuito tiene un voltaje de trabajo de 1.8-3.6V, que es fácilmente suministrado por dos celdas de 1.5V.

Paso 10: Diseño del kit de receptor de FM HEX3653

Hay dos opciones para una entrada de antena.

Se puede conectar un cable a la almohadilla "A" de la PCB o el blindaje del cable de los auriculares puede servir como antena.

El cabezal de cuatro clavijas sirve como interruptor de antena (etiquetado como ASW). La colocación del puente de cortocircuito en ASW selecciona entre las dos entradas de antena. El cortocircuito de las clavijas 1 y 2 encamina la señal "A" de la antena externa a la clavija cuatro del chip HEX3653. Alternativamente, el cortocircuito de las clavijas 2 y 3 encamina la clavija de protección del conector de auriculares a la clavija cuatro del chip HEX3653.

El pin cuatro del chip HEX3653 es la entrada de radiofrecuencia (RF) al chip receptor. La señal de RF seleccionada pasa primero por L1 y C4 que actúan como filtro. Luego, se utilizan dos diodos de recorte para limitar el voltaje de entrada excesivo.

El cabezal de cinco clavijas (etiquetado como B) permite que el módulo receptor se integre en otro sistema. Hay dos pines para la entrada de la fuente de alimentación (+ V, tierra) y tres para la salida de audio (derecha, izquierda, tierra).

Paso 11: Montaje del kit de receptor de FM HEX3653

Los tres condensadores cerámicos y el cristal ya no están polarizados y pueden insertarse en cualquier orientación. No son intercambiables, pero cada uno puede rotarse en su orientación. Todos los demás componentes deben montarse de acuerdo con la orientación indicada en la serigrafía de la placa de circuito impreso. Como de costumbre, es mejor comenzar con el chip SMD y luego pasar a los componentes más pequeños / más cortos trabajando desde el centro de la PCB hacia los bordes. Coloque los encabezados, el conector de audio y el soporte de la batería al final.

Paso 12: CCStick

El CCStick es un módulo transceptor de radio sub-GHz CC1101 de Texas Instruments acoplado a un Arduino ProMicro. Se incluyen dos kits CCStick en HackerBox # 0034 para usar como dos puntos finales de un enlace de comunicaciones o en alguna otra configuración de comunicaciones.

El Texas Instruments CC1101 (hoja de datos) es un transceptor sub-GHz de bajo costo diseñado para aplicaciones inalámbricas de muy baja potencia. El circuito está diseñado principalmente para las bandas de frecuencia industrial, científica y médica (ISM) y de dispositivo de corto alcance (SRD) a 315, 433, 868 y 915 MHz, pero se puede programar fácilmente para funcionar en otras frecuencias en el 300- Bandas de 348 MHz, 387-464 MHz y 779-928 MHz. El transceptor de RF está integrado con un módem de banda base altamente configurable. El módem admite varios formatos de modulación y tiene una velocidad de datos configurable de hasta 600 kbps.

Paso 13: Arduino ProMicro 3.3V 8MHz

El Arduino ProMicro se basa en el microcontrolador ATmega32U4 que tiene una interfaz USB incorporada. Esto significa que no hay FTDI, PL2303, CH340 o cualquier otro chip que actúe como intermediario entre su computadora y el microcontrolador Arduino.

Sugerimos probar primero el Pro Micro sin soldar los pines en su lugar. Puede realizar la configuración básica y las pruebas sin utilizar los pines del encabezado. Además, retrasar la soldadura en el módulo proporciona una variable menos para depurar en caso de que surja alguna complicación.

Si no tiene el IDE de Arduino instalado en su computadora, comience descargando el formulario IDE arduino.cc. ADVERTENCIA: asegúrese de seleccionar la versión de 3.3V en herramientas> procesador antes de programar el Pro Micro. Tener este conjunto para 5V funcionará una vez y luego parecerá que el dispositivo nunca se conectará a su PC hasta que siga las instrucciones de "Restablecer al cargador de arranque" en la guía que se describe a continuación, lo cual puede ser un poco complicado.

Sparkfun tiene una gran guía de conexiones Pro Micro. La Guía de conexión tiene una descripción detallada de la placa Pro Micro y luego una sección para "Instalación: Windows" y una sección para "Instalación: Mac y Linux". Siga las instrucciones en la versión apropiada de esas instrucciones de instalación para configurar su Arduino IDE para que sea compatible con Pro Micro. Por lo general, comenzamos a trabajar con una placa Arduino cargando y / o modificando el boceto estándar de Blink. Sin embargo, el Pro Micro no incluye el LED habitual en el pin 13. Afortunadamente, podemos controlar los LED RX / TX y Sparkfun ha proporcionado un pequeño bosquejo para demostrar cómo. Esto se encuentra en la sección de la Guía de conexiones titulada, "Ejemplo 1: ¡Blinkies!" Verifique que puede compilar y descargar este Blinkies! ejemplo antes de seguir adelante.

Paso 14: Diseño y operación del CCStick

El módulo CC1101 y el Arduino ProMicro se insertan en el lado de la serigrafía de la PCB CCStick. En otras palabras, los dos módulos más pequeños están en el lado del PCB rojo que tiene pintura blanca y los pines sobresalen del lado que no tiene pintura blanca. La pintura blanca se llama serigrafía de PCB.

Los rastros en la PCB roja conectan el Módulo CC1101 y Arduino ProMicro así:

CC1101 Arduino ProMicro ------ ---------------- TIERRA TIERRA VCC VCC (3.3V) MOSI MOSI (16) MISO MISO (14) SCK SCLK (15) GD02 A0 (18) GD00 A1 (19) CSN A10 (10)

Un comienzo rápido para el CC1101 es usar la biblioteca de Elechouse. Descargue la biblioteca haciendo clic en el enlace "obtener código" en esa página.

Cree una carpeta para CC1101 en su carpeta de Bibliotecas Arduino. Coloque los dos archivos ELECHOUSE_CC1101 (.cpp y.h) en esa carpeta. También cree una carpeta de ejemplos dentro de esa carpeta y coloque las tres carpetas de demostración / ejemplo allí.

Actualice las definiciones de pines en el archivo ELECHOUSE_CC1101.h así:

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

Luego, coloque el archivo de ejemplo CC1101_RX en un CCStick y el archivo de ejemplo CC1101_TX en el segundo CCStick.

Hay una serie de otros recursos y proyectos interesantes para el transceptor CC1101, incluido el siguiente ejemplo:

TomXue Arduino CC1101 Biblioteca ArduinoSmartRF StudioElectrodragon CC1101 ProjectCUL ProjectCCManager ProjectDIY nanoCULOtra configuración del microcontrolador CC1101

NOTA SOBRE EL USO DE INTERRUPCIONES:

Para probar el boceto de ejemplo de Elechouse CC1101_RXinterruprt, conecte dos pines del Arduino ProMicro en la parte inferior de la PCB CCStick. Estos son los pines 7 y 19 (A1) que conectan la señal GDO0 del transceptor al pin 7 del microcontrolador, que es uno de los pines de interrupción externos. A continuación, actualice una de las líneas de definición de pines discutidas anteriormente a "#define GDO0 7 // y 19" ya que GDO0 ahora está puenteado del pin 19 al pin 7. A continuación, en el archivo CC1101_RXinterruprt, busque la función de llamada de línea attachInterrupt () y cambie el primer parámetro (número de interrupción) de "0" a "4". Esto se hace porque el pin 7 del ProMicro está asociado con la interrupción # 4.

Paso 15: HACKEAR EL PLANETA

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