HackerBox 0038: TeknoDactyl: 17 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

HackerBox Hackere udforsker elektronisk fingeraftryksgenkendelse og mekanisk spinnerlegetøj med overflademonteret mikrokontroller og LED-kredsløb. Denne instruktion indeholder oplysninger om, hvordan du kommer i gang med HackerBox #0038, som kan købes her, så længe lager haves. Hvis du også gerne vil modtage en HackerBox som denne direkte i din postkasse hver måned, skal du abonnere på HackerBoxes.com og deltage i revolutionen!

Emner og læringsmål for HackerBox 0038:

• Udforsk elektronisk fingeraftryksgenkendelse
• Konfigurer og programmer Arduino Nano mikrokontroller
• Interface fingeraftrykssensormoduler til mikrokontrollere
• Integrer fingeraftrykssensorer i integrerede systemer
• Øv overflademonterede lodningsteknikker
• Saml et akryl LED fidget spinner projekt
• Konfigurer og programmer Digispark -mikrokontrolleren
• Eksperimenter med nyttelast til injektion af USB -tastetryk

HackerBoxes er den månedlige abonnementskassetjeneste til DIY -elektronik og computerteknologi. Vi er hobbyfolk, producenter og eksperimenterende. Vi er drømmernes drømmere.

HACK PLANET

Trin 1: HackerBox 0038: Kasseindhold

• Fingeraftrykssensormodul
• Arduino Nano 5V 16MHz microUSB
• LED Fidget Spinner Loddesæt
• CR1220 møntceller til spinnersæt
• USB Digispark mikrokontroller modul
• ESD pincet
• Desoldering Braid
• To fire-vejs spændingsniveauforskydere
• USB forlængerkabel
• Eksklusivt HackerBox -smedemærkat
• Eksklusivt "Quad Cut Up" hacker -mærkat
• Eksklusivt stolbåret strygejern

Nogle andre ting, der vil være nyttige:

• Loddejern, lodde og grundlæggende loddeværktøjer
• Loddeflux (eksempel)
• Tændt forstørrelsesglas (eksempel)
• Computer til at køre softwareværktøjer
• Fingre til fidget spinning
• Fingre til fingeraftryksforsøg

Vigtigst af alt har du brug for en følelse af eventyr, hackerånd, tålmodighed og nysgerrighed. At bygge og eksperimentere med elektronik, mens det er meget givende, kan til tider være svært, udfordrende og endda frustrerende. Målet er fremskridt, ikke perfektion. Når du vedvarer og nyder eventyret, kan der opnås stor tilfredshed fra denne hobby. Tag hvert trin langsomt, vær opmærksom på detaljerne, og vær ikke bange for at bede om hjælp.

Der er et væld af oplysninger til nuværende og potentielle medlemmer i HackerBoxes ofte stillede spørgsmål. Næsten alle de ikke-tekniske support-e-mails, vi modtager, er allerede besvaret der, så værdsætter virkelig, at du tager et par minutter på at læse FAQ.

Trin 2: Elektronisk fingeraftryksgenkendelse

Fingeraftryksscannere er biometriske sikkerhedssystemer til analyse af friktionsrygge fra en menneskelig fingerspids, også kendt som et fingeraftryk (dactylograph). Disse scannere bruges til retshåndhævelse, identitetssikkerhed, adgangskontrol, computere og mobiltelefoner.

Alle har mærker på fingrene. De kan ikke fjernes eller ændres. Disse mærker har et mønster kaldet fingeraftryk. Hvert fingeraftryk er specielt og forskelligt fra alle andre i verden. Fordi der er utallige kombinationer, er fingeraftryk blevet et ideelt identifikationsmiddel.

Et fingeraftryksscannersystem har to grundlæggende job. Først fanger det et billede af fingeren. Derefter afgør det, om mønsteret af kamme og dale i dette billede matcher mønsteret af kamme og dale i præ-scannede billeder. Kun specifikke egenskaber, der er unikke for hvert fingeraftryk, filtreres og gemmes som en krypteret biometrisk nøgle eller matematisk repræsentation. Intet billede af et fingeraftryk gemmes nogensinde, kun en række tal (en binær kode), som bruges til verifikation. Algoritmen kan ikke vendes for at konvertere den kodede information tilbage til et fingeraftryksbillede. Dette gør det ekstremt usandsynligt at udtrække eller kopiere brugbare fingeraftryk fra de kodede billedoplysninger.

(Wikipedia)

Trin 3: Arduino Nano Microcontroller Platform

Et Arduino Nano eller lignende mikrokontrollerkort er et godt valg til grænseflade med fingeraftryksscannermoduler. Det medfølgende Arduino Nano -bord leveres med headerstifter, men de er ikke loddet til modulet. Lad stifterne være af nu. Udfør disse indledende test af Arduino Nano -modulet forud for lodning af hovedstifterne på Arduino Nano. Alt, hvad der kræves til de næste par trin, er et microUSB -kabel og Arduino Nano, lige som det kommer ud af posen.

Arduino Nano er et overflademonteret, brødbræt-venligt, miniaturiseret Arduino-bord med integreret USB. Det er fantastisk fuldt udstyret og let at hacke.

Funktioner:

• Mikrocontroller: Atmel ATmega328P
• Spænding: 5V
• Digitale I/O -pins: 14 (6 PWM)
• Analoge indgangsstifter: 8
• DC -strøm pr. I/O -pin: 40 mA
• Flashhukommelse: 32 KB (2KB til bootloader)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• Urhastighed: 16 MHz
• Dimensioner: 17 mm x 43 mm

Denne særlige variant af Arduino Nano er det sorte Robotdyn -design. Interfacet er via en indbygget MicroUSB-port, der er kompatibel med de samme MicroUSB-kabler, der bruges til mange mobiltelefoner og tablets.

Arduino Nanos har en indbygget USB/seriel brochip. På denne særlige variant er brochippen CH340G. Bemærk, at der er forskellige andre typer USB/Serial bridge -chips, der bruges på de forskellige typer Arduino -kort. Disse chips gør det muligt for din computers USB -port at kommunikere med det serielle interface på Arduinos processorchip.

En computers operativsystem kræver, at en enhedsdriver kommunikerer med USB/seriel chip. Driveren tillader IDE at kommunikere med Arduino -kortet. Den specifikke enhedsdriver, der er nødvendig, afhænger af både OS -versionen og også typen af USB/seriel chip. Til CH340 USB/Serial -chips er der tilgængelige drivere til mange operativsystemer (UNIX, Mac OS X eller Windows). Producenten af CH340 leverer disse chauffører her.

Når du først tilslutter Arduino Nano til en USB -port på din computer, skal den grønne strømindikator lyse og kort tid efter begynder den blå LED at blinke langsomt. Dette sker, fordi Nano er forudindlæst med BLINK-programmet, der kører på den helt nye Arduino Nano.

Trin 4: Arduino Integrated Development Environment (IDE)

Hvis du endnu ikke har Arduino IDE installeret, kan du downloade den fra Arduino.cc

Hvis du gerne vil have yderligere introduktionsoplysninger til arbejde i Arduino -økosystemet, foreslår vi at tjekke guiden til HackerBoxes Starter Workshop.

Slut Nano til MicroUSB -kablet og den anden ende af kablet til en USB -port på computeren, start Arduino IDE -softwaren, vælg den passende USB -port i IDE under værktøjer> port (sandsynligvis et navn med "wchusb" i den). Vælg også "Arduino Nano" i IDE under værktøjer> bord.

Endelig skal du indlæse et stykke eksempelkode:

Fil-> Eksempler-> Grundlæggende-> Blink

Dette er faktisk koden, der var forudindlæst på Nano og skulle køre lige nu for langsomt at blinke den blå LED. Derfor, hvis vi indlæser denne eksempelkode, ændres intet. Lad os i stedet ændre koden en lille smule.

Når du ser nærmere på, kan du se, at programmet tænder LED'en, venter 1000 millisekunder (et sekund), slukker LED'en, venter endnu et sekund og derefter gør det hele igen - for evigt.

Rediger koden ved at ændre begge "forsinkelser (1000)" udsagn til "forsinkelse (100)". Denne ændring får LED'en til at blinke ti gange hurtigere, ikke?

Lad os indlæse den ændrede kode i Nano ved at klikke på knappen UPLOAD (pilikonet) lige over din ændrede kode. Se nedenfor koden for statusoplysninger: "kompilering" og derefter "upload". Til sidst skal IDE angive "Upload fuldført", og din LED blinker hurtigere.

Hvis ja, tillykke! Du har lige hacket dit første stykke indlejret kode.

Når din hurtigblink-version er indlæst og kører, hvorfor så ikke se, om du kan ændre koden igen for at få LED'en til at blinke hurtigt to gange og derefter vente et par sekunder, før du gentager? Prøv det! Hvad med nogle andre mønstre? Når det lykkes dig at visualisere et ønsket resultat, kode det og observere det til at fungere som planlagt, har du taget et enormt skridt mod at blive en kompetent hardwarehacker.

Trin 5: Lodning af Arduino Nano Header Pins

Nu hvor din udviklingscomputer er konfigureret til at indlæse kode til Arduino Nano og Nano er blevet testet, skal du afbryde USB -kablet fra Nano og gøre dig klar til at lodde headerstifterne. Hvis det er første gang i fight club, skal du lodde.

Der er mange gode guider og videoer online om lodning (f.eks.). Hvis du føler, at du har brug for yderligere hjælp, kan du prøve at finde en lokal maker -gruppe eller hackerplads i dit område. Amatørradioklubber er også altid gode kilder til elektronikoplevelse.

Lod de to enkeltrækkeoverskrifter (hver femten ben) til Arduino Nano -modulet. Den seks-benede ICSP (in-circuit seriel programmering) stik vil ikke blive brugt i dette projekt, så lad bare disse ben være slukket. Når lodningen er færdig, skal du kontrollere omhyggeligt for loddebroer og/eller kolde loddefuger. Til sidst skal du tilslutte Arduino Nano igen til USB -kablet og kontrollere, at alt stadig fungerer korrekt.

Trin 6: Fingeraftrykssensormodul

Fingeraftrykssensormodulet har en seriel grænseflade, der gør det super let at tilføje til dine projekter. Modulet har integreret FLASH -hukommelse til at gemme alle fingeraftryk, som det er uddannet til at genkende, en proces kendt som tilmelding. Du skal blot slutte fire ledninger til din mikrokontroller som vist her. Bemærk, at VCC er 3,3V (ikke 5V).

Adafruit udgav et meget flot Arduino -bibliotek til fingeraftrykssensorer. Biblioteket indeholder nogle nyttige skitser. For eksempel demonstrerer "enregistrering.ino", hvordan man registrerer (træner) fingeraftryk i modulet. Efter træning demonstrerer "fingerprint.ino", hvordan man scanner et fingeraftryk og søger det mod de uddannede data. Adafruits dokumentation til biblioteket findes her. Du kan få yderligere fingeraftrykslæsere der eller tjekke nogle fjermoduler.

INTEGRATION

Fingeraftrykssensorer kan tilføjes til forskellige projekter, herunder sikkerhedssystemer, dørlåse, tidsmødesystemer og så videre. For eksempel gør det en fantastisk opgradering til projekter fra Locksport HackerBox.

Denne video viser et eksempel på et system, der arbejder med en fingeraftrykssensor.

Trin 7: Fidget Spinner LED Kit

Det roterende LED -kit bruger to Microchip PIC -controllere og 24 LED'er til at vise forskellige farverige mønstre. Mønstrene er synlige ved hjælp af en Persistence of Vision (POV) teknik. Mønstrene kan ændres ved at trykke på knappen.

Inden vi starter, skal du tjekke alle de stykker, der er anført ovenfor. Der er sandsynligvis nogle ekstra modstande, kondensatorer, lysdioder, skruer og akrylstykker i sættet, så lad det ikke forvirre dig. Selvom dit kit indeholdt et instruktionsark, skulle instruktionerne her vise sig at være meget lettere at følge.

Trin 8: Fidget Spinner LED Kit - Skematisk og PCB

Vores første spørgsmål, mens vi ser på denne skematiske, bør være: Hvordan kører du præcis 24 lysdioder med kun ti I/O -linjer? Magi? Ja, magien ved Charlieplexing.

KOMPONENT ORIENTERING BEMÆRK. Gennemgå nøje diagrammet over PCB -polaritetsmærkningerne. De to mikrokontroller skal drejes i den korrekte retning. Lysdioderne er også polariserede og skal orienteres korrekt. I kontrakt kan modstandene og kondensatorerne loddes i enhver retning. Knappen passer kun på en måde.

Trin 9: Fidget Spinner - Startende med SMT lodning

Fidget spinner kit PCB er overflademonteret teknologi (SMT), som typisk er ret udfordrende at lodde. Layoutet af printkortet og komponentvalget gør dette SMT -kit relativt let at lodde. Hvis du aldrig har arbejdet med SMT -lodning, er der nogle virkelig flotte demo -videoer online (f.eks.).

START SOLDERING: Knappen og dens 10K ("103") modstand er sandsynligvis det letteste sted at starte, da der er meget plads omkring dem. Tag dig god tid og få begge disse komponenter loddet på plads.

Husk, at selvom din lodning ikke er helt vellykket, er rejsen uden for din nuværende komfortzone den bedste praksis. Det samlede kit fungerer også stadig som en cool elektronik-inspireret spinner, selvom lysdioderne ikke er perfekt funktionelle.

Trin 10: Fidget Spinner - Microcontroller Lodning

Lod de to mikrokontroller (bemærk orienteringsmarkeringen). Følg med de to 0.1uF kondensatorer, der er lige ved siden af mikrokontrollerne. Kondensatorerne er ikke polariserede og kan orienteres begge veje.

Trin 11: Fidget Spinner - LED lodning

Der er to rækker af lysdioder på printet og to strimler af LED -komponenter. Hver strimmel har en anden farve (rød og grøn), så hold lysdioderne fra hver strimmel sammen i den samme række på printkortet. Det er ligegyldigt, hvilken række der er grøn og hvilken er rød, men de samme farvede lysdioder skal alle være samlet i samme række.

Der er en "-" markering på hver PCB-pude til LED'erne. Disse markeringer skifter side, når du går langs rækken af puder, hvilket betyder, at LED'ernes retning i rækken skifter frem og tilbage. De grønne markeringer på den ene side af hver LED skal være orienteret mod "-" mærket til den LED-pude.

Trin 12: Fidget Spinner - Afslut lodning

Lod de seks 200 Ohm ("201") modstande. Disse er ikke polariserede og kan placeres i begge retninger.

Lod de tre møntcellebatteriklemmer ved at indsætte dem i bunden af printkortet og derefter lodde ind i de to huller fra toppen af brættet.

Indsæt tre møntceller, og tryk på knappen for at teste lysdioderne. Du vil ikke være i stand til at se POV -mønstrene, mens printkortet er stationært, men du vil bemærke forskellige lysstyrker mellem de to lysdioder, når du går gennem displaytilstandene. Bemærk, at korte tryk og lange tryk har forskellige effekter.

Trin 13: Fidget Spinner - Forbered akrylhus

Fjern beskyttelsespapiret fra akrylstykkerne.

Læg de fem stykker akryl og printet som nummereret på billedet. Dette repræsenterer bestillingen af den sidste stak.

Bemærk de tre små cirkler i hvert stykke. Vend eventuelle stykker om, indtil de små cirkler alle er orienteret i samme retning.

Start med lag 2, som er det med cirkler i møntceller i hver af de tre arme.

Placer lejet i midten af lag 2 og tving det ind i det store hul. Dette vil kræve meget kraft. Prøv ikke at knække akrylen, mens du gør dette. Når det er sagt, kan der dannes en enkelt lille revne omkring leje-monteringshullet. Dette er helt acceptabelt.

Trin 14: Fidget Spinner - mekanisk samling

Stack lagene op - 1 til 5.

Bemærk, at stykker 4 og 5 faktisk er på det samme lag.

Indsæt tre af de gevindskårne messingkoblinger.

Læg lag 6 på stakken.

Bemærk, at lag 1 og 6 har mindre huller til at holde messingkoblerne på plads.

Brug de seks korte skruer til at fastgøre lag 1 og 6 på messingkoblerne.

Trin 15: Fidget Spinner - Center Hub

Fjern beskyttelsespapiret fra tre af akrylcyklusser - to store og en lille.

Sæt en lang skrue gennem en af de store akrylcirkler; stak den lille akrylcirkel på skruen; og vrid en gevindskåret messingkobling på skruen for at lave en stak som vist på billedet.

Sæt stakken gennem midternavet.

Fang stakken ind i navet ved at fastgøre den resterende store akrylcirkel på den åbne side ved hjælp af en lang skrue.

C'est fin! Laissez les bon fidget rouler.

Trin 16: Digispark og USB Rubber Ducky

Digispark er et open source -projekt, der oprindeligt blev finansieret gennem Kickstarter. Det er et super-miniature ATtiny-baseret Arduino-kompatibelt bord, der bruger Atmel ATtiny85. ATtiny85 er en 8 -benet mikrokontroller, der er en nær fætter til en typisk Arduino -chip, ATMega328P. ATtiny85 har cirka en fjerdedel af hukommelsen og kun seks I/O -ben. Den kan dog programmeres fra Arduino IDE, og den kan stadig køre Arduino -kode uden problemer.

USB Rubber Ducky er et yndlingshackerværktøj. Det er en tastetryksindsprøjtningsenhed forklædt som et generisk flashdrev. Computere genkender det som et almindeligt tastatur og accepterer automatisk dets forprogrammerede tastetryk nyttelast med over 1000 ord i minuttet. Følg linket for at lære alt om Rubber Duckies fra Hak5, hvor du også kan købe den ægte vare. I mellemtiden viser denne video -tutorial hvordan man bruger en Digispark som en Rubber Ducky. En anden video -tutorial viser, hvordan du konverterer Rubber Ducky Scripts til at køre på Digispark.

Trin 17: HackLife

Vi håber, at du har nydt denne måneds rejse til DIY -elektronik. Nå ud og del din succes i kommentarerne herunder eller på HackerBoxes Facebook Group. Lad os bestemt vide det, hvis du har spørgsmål eller har brug for hjælp til noget.

Deltag i festen. Live HackLife. Du kan få en kølig æske med hackbar elektronik og computerteknologiske projekter leveret direkte til din postkasse hver måned. Bare surf over til HackerBoxes.com og tilmeld dig den månedlige HackerBox -service.