HackerBox 0034: SubGHz: 15 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:26

I denne måned udforsker HackerBox Hackers Software Defined Radio (SDR) og radiokommunikation på frekvenser under 1 GHz. Denne instruktion indeholder oplysninger om, hvordan du kommer i gang med HackerBox #0034, 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 0034:

• Konfiguration og brug af SDR -radiomodtagere
• Mobil SDR -drift
• Montering af CCStick Sub-GHz transceiver
• Programmering af CCStick ved hjælp af Arduino ProMicros
• Montering af FM -lydsendere og -modtagere

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 0034: Kasseindhold

• USB Software Defined Radio (SDR) modtager
• MCX -antenne til SDR -modtager
• To CCStick printkort
• To CC1101 -transceivere med antenner
• To Arduino ProMicros 3.3V 8MHz
• FM -lydsender
• FM lydmodtagersæt
• MicroUSB -kabel
• Eksklusiv radiooscillator "Hertz" Pin

Nogle andre ting, der vil være nyttige:

• Loddejern, lodde og grundlæggende loddeværktøjer
• Computer til at køre softwareværktøjer

Vigtigst af alt har du brug for en følelse af eventyr, DIY -ånd og hacker -nysgerrighed. Hardcore DIY -elektronik er ikke en triviel forfølgelse, og HackerBoxes er ikke udvandet. Målet er fremskridt, ikke perfektion. Når du vedvarer og nyder eventyret, kan stor tilfredshed udledes af at lære ny teknologi og forhåbentlig få nogle projekter til at fungere. Vi foreslår at tage hvert trin langsomt, tænke 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.

Trin 2: Velkommen til Sub-GHz-radio

Cue -musik: Radio KAOS

Sub-GHz-teknologi er et ideelt valg til trådløse applikationer, der kræver lang rækkevidde og lavt strømforbrug. Smalbånds transmissioner kan overføre data til fjerne hubs, ofte flere miles væk, uden at hoppe fra node til node. Denne langtrækkende transmissionskapacitet reducerer behovet for flere dyre basestationer eller repeatere. Proprietære sub-GHz-protokoller giver udviklere mulighed for at optimere deres trådløse løsning til deres specifikke behov i stedet for at overholde en standard, der kan sætte yderligere begrænsninger på netværksimplementering. Mens mange eksisterende sub-GHz-netværk bruger proprietære protokoller, tilføjer industrien langsomt standardbaserede, interoperable systemer. For eksempel vinder IEEE 802.15.4g-standarden popularitet på verdensplan og vedtages af forskellige brancheallienser som Wi-SUN og ZigBee.

Nogle interessante frekvenser at udforske inkluderer: 88-108 MHz FM BroadcastNOAA Vejr RadioAir Traffic Control315 MHz nøglefri indgangsfob (de fleste amerikanske biler) 2m Ham Calling (SSB: 144.200 MHz, FM: 146.52 MHz) 433 MHz ISM/IoT902-928 MHZ ISM/ IoT

Forskellige moduleringsskemaer bruges til forskellige typer radiokommunikation på disse frekvenser. Brug et par minutter på at sætte dig ind i det grundlæggende.

Trin 3: Software Defined Radio (SDR) modtager

Traditionelle radiokomponenter (såsom modulatorer, demodulatorer og tunere) implementeres ved hjælp af en samling hardwareenheder. Fremkomsten af moderne computere og analog-til-digital-konvertere (ADC'er) gør det muligt at implementere de fleste af disse traditionelt hardware baserede komponenter i software i stedet. Derfor er udtrykket software defineret radio (SDR). Computerbaseret SDR giver mulighed for implementering af billige, bredbåndsradiomodtagere.

RTL-SDR er en USB-dongle, der kan bruges som en computerbaseret radiomodtager til modtagelse af live radiosignaler. En bred vifte af oplysninger er tilgængelige online til eksperimentering med RTL-SDR-teknologi, herunder en hurtig startguide.

Trin 4: RTL-SDR USB Dongle Hardware

RTL2832U er en højtydende DVB-T COFDM-demodulator, der understøtter et USB 2.0-interface. RTL2832U understøtter 2K- eller 8K -tilstand med 6, 7 og 8MHz båndbredde. Modulationsparametre, f.eks. Kodehastighed og vagtinterval, registreres automatisk. RTL2832U understøtter tunere ved IF (mellemfrekvens, 36,125 MHz), lavt IF (4,57 MHz) eller Zero-IF-output ved hjælp af en 28,8 MHz krystal og inkluderer FM/DAB/DAB+ radiounderstøttelse. RTL2832U er integreret med en avanceret ADC (analog-til-digital-konverter) og har høj stabilitet i bærbar modtagelse. R820T2 Digital Tuner understøtter drift i området 24 - 1766 MHz.

Bemærk, at SDR -donglen har en MCX -koaksial RF -indgang til parring med den medfølgende MCX -piskeantenne. Da mange almindelige signalkilder og antenner bruger SMA-koaksialstik, kan en MCX-SMA-kobling være nyttig.

Trin 5: SDR -software - GNU Radio

GNU Radio er et gratis værktøjskasse til softwareudvikling med open source, der giver signalbehandlingsblokke til implementering af software-radioer. Det kan bruges med let tilgængelig ekstern RF-hardware til at oprette software-definerede radioer. GNU Radio bruges i vid udstrækning i hobby-, akademiske og kommercielle miljøer til at understøtte både forskning i trådløs kommunikation og virkelige radiosystemer.

Der er mange varianter og implementeringer af GNU Radio. GQRX er en dejlig variant til OSX- og Linux -brugere.

Trin 6: Mobil SDR

SDR Touch kan gøre din mobiltelefon eller tablet til en overkommelig og bærbar software -defineret radioscanner. Lyt til live på FM -radiostationer, vejrrapporter, politi, brandvæsen og beredskabsstationer, taxitrafik, flykommunikation, lyd fra analoge tv -udsendelser, HAM -radioamatører, digitale udsendelser og mange flere.

Et on-the-go (OTG) USB-kabel eller adapter er påkrævet for at slutte SDR USB-donglen til en mobilenhed. Et OTG -kabel med en ekstra (hjælp) strømport kan være påkrævet for at drive donglen. En ekstra strømport kan være en god idé uanset, da en app som SDR Touch er tilbøjelig til hurtigt at tømme batterierne for mobile enheder.

Trin 7: Mikrofonsendersæt

Dette lodningssæt er en enkel tre-transistor frekvensmodulerende (FM) lydsender. Det opererer i frekvensområdet 80MHz-108MHz tildelt FM-radio. Transmitterens arbejdsspænding er 1,5V-9V, og den sender over 100 meter afhængigt af leveret effekt, antennekonfiguration, tuning og omgivende elektromagnetiske faktorer.

Sættets indhold:

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

Bemærk, at de tre transistorer, mikrofonen og den ene elektrolytiske kondensator skal orienteres som vist på printkortet. Spolerne og de keramiske kondensatorer er ikke polariserede. Selvom værdierne og typerne ikke kan udskiftes, kan hver enkelt indsættes i begge retninger.

Hvis du er ny inden for lodning: Der er mange gode guider og videoer online om lodning. Her er et eksempel. 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.

Trin 8: Design af mikrofonsendersættet

Et input lydsignal kan indsamles af den indbyggede elektretmikrofon eller leveres fra en anden elektrisk kilde til input header pins. Mikrofonledningerne kan forlænges ved hjælp af ledninger eller trimmede ledninger fra andre komponenter for at muliggøre forbindelse til printkortet. Mikrofonledningen tilsluttet mikrofonens ydre hus er den negative ledning som vist på billedet.

Ved transistor Q1 opnås frekvensmodulation, når en bæreoscillatorfrekvens ændres af lydsignalet. Trimmerpotentiometeret kan bruges til at justere indgangsdæmpning af lydsignalet. Lydsignalet er koblet til basen af transistoren Q1 via C2.

Transistor Q2 (sammen med R7, R8, C4, C5, L1, C8 og C7) giver højfrekvensoscillatoren. C8 er feedback -kondensatoren. C7 er DC-blokerende kondensator. C5 og L1 giver resonansbeholderen til oscillatoren. Ændring af værdierne for C5 og/eller L1 ændrer sendefrekvensen. Efter den første samling er standard transmissionsfrekvensen omkring 83MHz. Forsigtigt spredning af spolerne L1 en lille smule vil ændre værdien af induktoren L1 og flytte transmissionsfrekvensen i overensstemmelse hermed. Ved at holde frekvensen omkring 88MHz-108MHz vil signalet blive modtaget ved hjælp af enhver FM-radio, inklusive SDR-modtageren.

Transistor Q3 (sammen med R9, R10, L2, C10 og C1) danner et højfrekvent effektforstærkerkredsløb. Det modulerede signal er koblet til forstærkningskredsløbet via kondensatoren C6. C10 og L2 danner en forstærkning tuning tank. Maksimal udgangseffekt opnås, når forstærkningssløjfen på C10 og L2 er indstillet til den samme frekvens som bæreroscillatorsløjfen på C5 og L1.

Endelig giver C12 og L3 antenneturing, hvor det forstærkede signal drives ind i en trådantenne til transmission som radiofrekvente elektromagnetiske bølger.

Trin 9: Modtagersæt til frekvensmodulation (FM)

Dette FM -modtagersæt er baseret på HEX3653 -chippen, som er en meget integreret FM -demodulator.

Sættet indeholder:

• PCB
• U1 HEX3653 Chip SMD 16pin
• Q1 SS8050 NPN Transistor
• L1 Induktor 100uH
• Y1 32.768KHz krystal
• R1, R2, R3, R4 Modstande 10KOhm
• C1, C2 elektrolytkondensatorer 100uF
• C3, C5 keramiske kondensatorer (104) 0.1uF
• C4 keramisk kondensator (33) 33pF
• D1, D2 1N4148 Dioder
• Gul LED
• Lydtelefonstik 3,5 mm
• Fire-benet skærebord med trøje
• Fem øjeblikkelige trykknapper
• Dobbelt AA batteriholder

HEX3653-modtagerchippen opererer over frekvensområdet 76MHz-108MHz, som er tildelt FM-radio.

Sættet indeholder fem trykknapper:

• Frekvensindstilling (SEEK +, SEEK-)
• Lydstyrkekontrol (VOL +, VOL-)
• Strøm (PW)

Kredsløbet har en arbejdsspænding på 1,8-3,6V, som let forsynes af to 1,5V-celler.

Trin 10: Design af HEX3653 FM -modtagersættet

Der er to muligheder for en antenneindgang.

En ledning kan fastgøres til "A" -pladen på printkortet, eller afskærmningen af hovedtelefonledningen kan fungere som antenne.

Fire-benet header fungerer som en antennekontakt (mærket ASW). Placering af shorting -jumperen på ASW vælger mellem de to antenneindgange. Kortslutningsstifter 1 og 2 leder det eksterne antenne "A" -signal til pin fire i HEX3653 -chippen. Alternativt leder kortslutningsstifterne 2 og 3 hovedtelefonstikets afskærmningsstift til stift fire af HEX3653 -chippen.

Pin fire på HEX3653 -chippen er radiofrekvens (RF) -input til modtagerchippen. Det valgte RF -signal går først gennem L1 og C4, som fungerer som et filter. Derefter bruges to klipningsdioder til at begrænse overdreven indgangsspænding.

Fem-benet header (mærket B) gør det muligt at integrere modtagermodulet i et andet system. Der er to ben til strømforsyningsindgang (+V, jord) og tre til lydudgang (højre, venstre, jord).

Trin 11: Samling af HEX3653 FM -modtagersættet

De tre keramiske kondensatorer og krystallen er ikke polariserede og kan indsættes i enhver retning. De er ikke udskiftelige, men de kan hver især roteres i deres retning. Alle de andre komponenter skal monteres i henhold til orienteringen angivet på printkortet. Som sædvanlig er det bedst at starte med SMD -chippen og derefter flytte til de mindste/korteste komponenter, der arbejder fra midten af printkortet mod kanterne. Tilslut headers, lydstik og batteriholder sidst.

Trin 12: CCStick

CCStick er et Texas Instruments CC1101 sub-GHz radiotransceivermodul koblet til en Arduino ProMicro. To CCStick -kits er inkluderet i HackerBox #0034 til brug som to slutpunkter i et kommunikationslink eller i en anden kommunikationskonfiguration.

Texas Instruments CC1101 (datablad) er en billig sub-GHz transceiver designet til trådløse applikationer med meget lav effekt. Kredsløbet er hovedsageligt beregnet til frekvensbåndene Industrial, Scientific og Medical (ISM) og Short Range Device (SRD) ved 315, 433, 868 og 915 MHz, men kan let programmeres til drift ved andre frekvenser i 300- 348 MHz, 387-464 MHz og 779-928 MHz bånd. RF -transceiveren er integreret med et meget konfigurerbart basebandsmodem. Modemet understøtter forskellige moduleringsformater og har en konfigurerbar datahastighed på op til 600 kbps.

Trin 13: Arduino ProMicro 3.3V 8MHz

Arduino ProMicro er baseret på ATmega32U4 mikrokontroller, der har en indbygget USB -grænseflade. Det betyder, at der ikke er nogen FTDI, PL2303, CH340 eller nogen anden chip, der fungerer som mellemled mellem din computer og Arduino -mikrokontrolleren.

Vi foreslår, at du først tester Pro Micro uden at lodde stifterne på plads. Du kan udføre den grundlæggende konfiguration og test uden at bruge overskriftsstifterne. Forsinkelse af lodning på modulet giver også en mindre variabel til fejlfinding, hvis du skulle støde på komplikationer.

Hvis du ikke har Arduino IDE installeret på din computer, skal du starte med at downloade IDE -formularen arduino.cc. ADVARSEL: Sørg for at vælge 3.3V -versionen under værktøjer> processor, før du programmerer Pro Micro. At have dette sæt til 5V fungerer én gang, og derefter ser det ud til, at enheden aldrig opretter forbindelse til din pc, før du følger instruktionerne "Reset to Bootloader" i guiden diskuteret nedenfor, hvilket kan være lidt vanskeligt.

Sparkfun har en fantastisk Pro Micro -tilslutningsguide. Tilslutningsguiden har en detaljeret oversigt over Pro Micro -kortet og derefter et afsnit om "Installation: Windows" og et afsnit om "Installation: Mac & Linux." Følg anvisningerne i den relevante version af disse installationsinstruktioner for at få din Arduino IDE konfigureret til at understøtte Pro Micro. Vi begynder normalt at arbejde med et Arduino -bord ved at indlæse og/eller ændre standard Blink -skitsen. Pro Micro inkluderer imidlertid ikke den sædvanlige LED på pin 13. Heldigvis kan vi styre RX/TX LED'erne, og Sparkfun har givet en pæn lille skitse til at demonstrere hvordan. Dette er i afsnittet i tilslutningsguiden med titlen "Eksempel 1: blink!" Kontroller, at du kan kompilere og downloade denne Blinkies! eksempel, før vi går videre.

Trin 14: Design og drift af CCStick

CC1101 -modulet og Arduino ProMicro indsættes på silketryksiden af CCStick -printkortet. Med andre ord er de to mindre moduler på siden af det røde printkort, der har hvid maling på, og stifterne stikker ud fra den side, der ikke har nogen hvid maling på det. Den hvide maling kaldes PCB silkscreen.

Sporene i det røde printkort forbinder CC1101 -modulet og Arduino ProMicro sådan:

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 hurtig start for CC1101 er at bruge biblioteket fra Elechouse. Download biblioteket ved at klikke på linket "få kode" på siden.

Opret en mappe til CC1101 i din Arduino Libraries -mappe. Placer de to ELECHOUSE_CC1101 filer (.cpp og.h) i den mappe. Opret også en eksemplermappe i den mappe, og placer de tre demo-/eksempelmapper derinde.

Opdater stifternes definitioner i filen ELECHOUSE_CC1101.h sådan:

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

Placer derefter eksempelfilen CC1101_RX på en CCStick og eksempelfilen CC1101_TX på den anden CCStick.

Der er en række andre interessante ressourcer og projekter til CC1101 -transceiveren, herunder følgende eksempel:

TomXue Arduino CC1101 Arduino LibrarySmartRF StudioElectrodragon CC1101 ProjectCUL ProjectCCManager ProjectDIY nanoCULAndet andet CC1101 Microcontroller Setup

BEMÆRK OM BRUG AF AFBrydelser:

For at prøve Elechouse -eksempelskitsen CC1101_RXinterruprt skal du forbinde to stifter af Arduino ProMicro på undersiden af CCStick -printkortet. Disse er ben 7 og 19 (A1), der forbinder transceiver GDO0 -signalet til stift 7 på mikrokontrolleren, som er en af de eksterne afbrydelsesstifter. Opdater derefter en af de pin -definerede linjer, der er diskuteret ovenfor til "#define GDO0 7 // og 19", da GDO0 nu er sprunget fra pin 19 til pin 7. Find derefter linjeopkaldsfunktionen attachInterrupt () i filen CC1101_RXinterruprt og ændre den første parameter (afbrydelsesnummer) fra "0" til "4". Dette gøres, fordi pin 7 i ProMicro er forbundet med afbrydelse #4.

Trin 15: HACK PLANET

Hvis du har nydt denne Instructable og gerne vil have en kølig æske med hackbar elektronik og computerteknologiske projekter ned på din postkasse hver måned, kan du deltage i revolutionen ved at surfe over til HackerBoxes.com og abonnere på at modtage vores månedlige overraskelsesboks.

Nå ud og del din succes i kommentarerne herunder eller på HackerBoxes Facebook -side. Lad os bestemt vide det, hvis du har spørgsmål eller har brug for hjælp til noget. Tak fordi du var en del af HackerBoxes!