HackerBox 0034: SubGHz - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:15

Deze maand verkennen HackerBox-hackers Software Defined Radio (SDR) en radiocommunicatie op frequenties onder 1GHz. Deze Instructable bevat informatie om aan de slag te gaan met HackerBox #0034, die hier kan worden gekocht zolang de voorraad strekt. Als u ook maandelijks zo'n HackerBox in uw mailbox wilt ontvangen, schrijf u dan in op HackerBoxes.com en doe mee aan de revolutie!

Onderwerpen en leerdoelen voor HackerBox 0034:

• Configuratie en gebruik van SDR-radio-ontvangers
• Mobiele SDR-operaties
• De CCStick sub-GHz-zendontvanger in elkaar zetten
• De CCStick programmeren met Arduino ProMicros
• FM-audiozenders en -ontvangers in elkaar zetten

HackerBoxes is de maandelijkse abonnementsservice voor doe-het-zelf-elektronica en computertechnologie. Wij zijn hobbyisten, makers en experimenteerders. Wij zijn de dromers van dromen. HACK DE PLANEET!

Stap 1: HackerBox 0034: Inhoud van de doos

• USB Software Defined Radio (SDR)-ontvanger
• MCX-antenne voor SDR-ontvanger
• Twee CCStick printplaten
• Twee CC1101-zendontvangers met antennes
• Twee Arduino ProMicros 3.3V 8MHz
• Kit FM-audiozender
• Kit FM-audio-ontvanger
• MicroUSB-kabel
• Exclusieve Radio Oscillator "Hertz" Pin

Enkele andere dingen die nuttig zullen zijn:

• Soldeerbout, soldeer en standaard soldeergereedschappen
• Computer voor het uitvoeren van softwaretools

Het belangrijkste is dat je een gevoel van avontuur, doe-het-zelf-geest en nieuwsgierigheid van hackers nodig hebt. Hardcore DIY-elektronica is geen triviale bezigheid, en HackerBoxen worden niet afgezwakt. Het doel is vooruitgang, niet perfectie. Als je volhardt en geniet van het avontuur, kan er veel voldoening worden gehaald uit het leren van nieuwe technologie en hopelijk het werkend krijgen van een aantal projecten. We raden aan om elke stap langzaam te doen, op de details te letten en wees niet bang om hulp te vragen.

Er is een schat aan informatie voor huidige en toekomstige leden in de HackerBoxes FAQ.

Stap 2: Welkom bij Sub-GHz Radio

Cue-muziek: Radio KAOS

Sub-GHz-technologie is een ideale keuze voor draadloze toepassingen die een groot bereik en een laag stroomverbruik vereisen. Smalbandtransmissies kunnen gegevens naar verre hubs verzenden, vaak enkele kilometers verderop, zonder van knooppunt naar knooppunt te springen. Deze transmissiecapaciteit over lange afstand vermindert de behoefte aan meerdere dure basisstations of repeaters. Eigen sub-GHz-protocollen stellen ontwikkelaars in staat hun draadloze oplossing te optimaliseren voor hun specifieke behoeften in plaats van te voldoen aan een standaard die extra beperkingen zou kunnen stellen aan de netwerkimplementatie. Hoewel veel bestaande sub-GHz-netwerken propriëtaire protocollen gebruiken, voegt de industrie langzaam op standaarden gebaseerde, interoperabele systemen toe. De IEEE 802.15.4g-standaard wint bijvoorbeeld wereldwijd aan populariteit en wordt overgenomen door verschillende brancheallianties zoals Wi-SUN en ZigBee.

Enkele interessante frequenties om te verkennen zijn: 88-108 MHz FM-uitzending NOAA WeerradioAir Traffic Control315 MHz Keyless Entry Fob (meeste Amerikaanse auto's)2m Ham Calling (SSB: 144.200 MHz, FM: 146.52 MHz)433 MHz ISM/IoT902-928 MHZ ISM/ IoT

Er worden verschillende modulatieschema's gebruikt voor verschillende soorten radiocommunicatie op deze frequenties. Neem een paar minuten de tijd om vertrouwd te raken met de basisprincipes.

Stap 3: Software Defined Radio (SDR) ontvanger

Traditionele radiocomponenten (zoals modulatoren, demodulators en tuners) worden geïmplementeerd met behulp van een verzameling hardwareapparaten. Door de komst van moderne computers en analoog-naar-digitaalomzetters (ADC's) kunnen de meeste van deze traditioneel op hardware gebaseerde componenten in plaats daarvan in software worden geïmplementeerd. Vandaar de term Software Defined Radio (SDR). Computergebaseerde SDR maakt de implementatie van goedkope breedbandradio-ontvangers mogelijk.

De RTL-SDR is een USB-dongle die kan worden gebruikt als een computergebaseerde radio-ontvanger voor het ontvangen van live radiosignalen. Er is online een breed scala aan informatie beschikbaar om te experimenteren met RTL-SDR-technologie, inclusief een snelstartgids.

Stap 4: RTL-SDR USB-dongle-hardware

De RTL2832U is een krachtige DVB-T COFDM-demodulator die een USB 2.0-interface ondersteunt. De RTL2832U ondersteunt de 2K- of 8K-modus met een bandbreedte van 6, 7 en 8 MHz. Modulatieparameters, bijvoorbeeld codesnelheid en bewakingsinterval, worden automatisch gedetecteerd. De RTL2832U ondersteunt tuners op IF (Intermediate Frequency, 36,125MHz), low-IF (4,57MHz), of Zero-IF output met behulp van een 28,8MHz kristal, en omvat FM/DAB/DAB+ Radio Support. Ingebed met een geavanceerde ADC (analoog-naar-digitaal converter), biedt de RTL2832U een hoge stabiliteit bij draagbare ontvangst. De R820T2 digitale tuner ondersteunt werking in het bereik van 24 – 1766 MHz.

Merk op dat de SDR-dongle een MCX coaxiale RF-ingang heeft om te koppelen met de meegeleverde MCX-sprietantenne. Aangezien veel gangbare signaalbronnen en antennes SMA-coaxiale connectoren gebruiken, kan een MCX-SMA-koppeling nuttig zijn.

Stap 5: SDR-software - GNU Radio

GNU Radio is een gratis en open-source softwareontwikkelingstoolkit die signaalverwerkingsblokken biedt om softwareradio's te implementeren. Het kan worden gebruikt met gemakkelijk verkrijgbare externe RF-hardware om softwaregedefinieerde radio's te maken. GNU Radio wordt veel gebruikt in hobbyistische, academische en commerciële omgevingen om zowel onderzoek naar draadloze communicatie als real-world radiosystemen te ondersteunen.

Er zijn veel smaken en implementaties van GNU Radio. GQRX is een leuke variant voor OSX- en Linux-gebruikers.

Stap 6: Mobiele SDR

SDR Touch kan uw mobiele telefoon of tablet veranderen in een betaalbare en draagbare softwaregedefinieerde radioscanner. Luister naar live on-air FM-radiostations, weerberichten, politie, brandweer en hulpdiensten, taxiverkeer, vliegtuigcommunicatie, audio van analoge tv-uitzendingen, HAM-radioamateurs, digitale uitzendingen en nog veel meer.

Een on-the-go (OTG) USB-kabel of -adapter is vereist om de SDR USB-dongle op een mobiel apparaat aan te sluiten. Een OTG-kabel met een extra (hulp)voedingspoort kan nodig zijn om de dongle van stroom te voorzien. Een extra voedingspoort kan hoe dan ook een goed idee zijn, omdat een app als SDR Touch de batterijen van mobiele apparaten snel leegraakt.

Stap 7: Kit microfoonzender

Deze soldeerset is een eenvoudige frequentiemodulerende (FM) audiozender met drie transistoren. Het werkt in het frequentiebereik van 80 MHz-108 MHz dat is toegewezen voor FM-uitzendingen. De werkspanning van de zender is 1,5V-9V en hij zal meer dan 100 meter uitzenden, afhankelijk van het geleverde vermogen, de antenneconfiguratie, afstemming en elektromagnetische omgevingsfactoren.

Kit Inhoud:

• PCB
• EEN 500KOhm Trimmer Pot
• TWEE NPN 9018 Transistors
• EEN NPN 9014 Transistor
• EEN 4,5 draai Inductor (4T5)
• TWEE smoorspoelen van 5,5 slag (5T5)
• EEN Electret-microfoon
• EEN 1M Weerstand (BruinZwartGroen)
• TWEE 22K Weerstanden (RoodRoodOranje)
• VIER 33ohm Weerstanden (OranjeOranjeZwart)
• DRIE 2.2K (2K2) Weerstanden (RoodRoodRood)
• EEN 33uF elektrolytische dop
• VIER 30pF keramische condensatoren “30”
• VIER 100nF keramische condensatoren “104”
• EEN 10nF Keramische Condensator “103”
• TWEE 680pF keramische condensator "681"
• TWEE 10pF keramische condensator "10"
• Antenne Draad
• 9V batterijclip
• Header Pins (breek naar 2 en 3 pinnen)

Merk op dat de drie transistoren, de microfoon en de ene elektrolytische condensator moeten worden georiënteerd zoals weergegeven op de printplaat zeefdruk. De spoelen en keramische condensatoren zijn niet gepolariseerd. Hoewel de waarden en typen niet uitwisselbaar zijn, kunnen ze allemaal in beide richtingen worden ingevoegd.

Als solderen nieuw voor u is: Er zijn veel geweldige handleidingen en video's online over solderen. Hier is een voorbeeld. Als je denkt dat je extra hulp nodig hebt, probeer dan een lokale makersgroep of hackerruimte bij jou in de buurt te vinden. Ook zijn amateurradioclubs altijd uitstekende bronnen van elektronica-ervaring.

Stap 8: Ontwerp van de microfoonzenderkit

Een ingangsaudiosignaal kan worden opgevangen door de ingebouwde electretmicrofoon of van een andere elektrische bron in de ingangsheaderpinnen worden geleverd. De microfoonkabels kunnen worden verlengd met draad of met afgeknipte kabels van andere componenten om verbinding met de printplaat mogelijk te maken. De microfoonkabel die is aangesloten op de buitenste behuizing van de microfoon, is de negatieve kabel zoals weergegeven in de afbeelding.

Bij transistor Q1 wordt frequentiemodulatie bereikt wanneer een draaggolfoscillatorfrequentie wordt gewijzigd door het audiosignaal. De trimpotentiometer kan worden gebruikt om de ingangsdemping van het audiosignaal aan te passen. Het audiosignaal wordt via C2 met de basis van transistor Q1 gekoppeld.

Transistor Q2 (samen met R7, R8, C4, C5, L1, C8 en C7) zorgt voor de hoogfrequente oscillator. C8 is de terugkoppelcondensator. C7 is de DC-blokkerende condensator. C5 en L1 leveren de resonantietank voor de oscillator. Als u de waarden van C5 en/of L1 wijzigt, verandert de zendfrequentie. Na de eerste montage is de standaard zendfrequentie ongeveer 83 MHz. Door de windingen van spoel L1 voorzichtig een klein beetje te spreiden, verandert de waarde van de spoel L1 en verschuift de zendfrequentie dienovereenkomstig. Door de frequentie rond de 88 MHz-108 MHz te houden, kan het signaal worden ontvangen met elke FM-radio, inclusief de SDR-ontvanger.

Transistor Q3 (samen met R9, R10, L2, C10 en C1) vormt een hoogfrequent vermogensversterkercircuit. Het gemoduleerde signaal wordt via condensator C6 aan de versterkingsschakeling gekoppeld. C10 en L2 vormen een afstemtank voor versterking. Het maximale uitgangsvermogen wordt bereikt wanneer de versterkingslus van C10 en L2 zijn afgestemd op dezelfde frequentie als de draaggolfoscillatorlus van C5 en L1.

Ten slotte bieden C12 en L3 antenneturing waarbij het versterkte signaal in een draadantenne wordt gestuurd voor verzending als radiofrequente elektromagnetische golven.

Stap 9: Frequentiemodulatie (FM) ontvangerset

Deze FM-ontvangerkit is gebaseerd op de HEX3653-chip, een sterk geïntegreerde FM-demodulator.

De set bevat:

• PCB
• U1 HEX3653 Chip SMD 16pin
• Q1 SS8050 NPN-transistor
• L1 Spoel 100uH
• Y1 32.768KHz kristal
• R1, R2, R3, R4 Weerstanden 10KOhm
• C1, C2 Elektrolytische condensatoren 100uF
• C3, C5 Keramische condensatoren (104) 0.1uF
• C4 Keramische condensator (33) 33pF
• D1, D2 1N4148 Diodes
• Gele LED
• Audio telefoonaansluiting 3,5 mm
• Vierpins header met jumper
• Vijf kortstondige drukknoppen
• Dubbele AA-batterijhouder

De HEX3653-ontvangerchip werkt via het frequentiebereik van 76 MHz-108 MHz, dat is toegewezen aan FM-uitzendradio.

De kit bevat vijf drukknoppen:

• Frequentie-afstemming (SEEK +, SEEK-)
• Volumeregeling (VOL +, VOL-)
• Vermogen (PW)

Het circuit heeft een werkspanning van 1,8-3,6V, die gemakkelijk wordt geleverd door twee 1,5V-cellen.

Stap 10: Ontwerp van de HEX3653 FM-ontvangerset

Er zijn twee opties voor een antenne-ingang.

Een draad kan worden bevestigd aan de "A"-pad op de printplaat of de afscherming van de koptelefoondraad kan als antenne dienen.

De vierpolige header dient als antenneschakelaar (met het label ASW). Plaatsing van de kortsluitjumper op ASW selecteert tussen de twee antenne-ingangen. Het kortsluiten van pinnen 1 en 2 leidt het externe antenne "A"-signaal naar pin vier van de HEX3653-chip. Als alternatief leidt het kortsluiten van pinnen 2 en 3 de schildpin van de hoofdtelefoonaansluiting naar pin vier van de HEX3653-chip.

Pin vier van de HEX3653-chip is de radiofrequentie (RF) ingang naar de ontvangerchip. Het geselecteerde RF-signaal gaat eerst door L1 en C4 die als filter werken. Vervolgens worden twee clipping diodes gebruikt om overmatige ingangsspanning te beperken.

Met de vijfpolige header (met label B) kan de ontvangermodule in een ander systeem worden geïntegreerd. Er zijn twee pinnen voor voedingsingang (+V, aarde) en drie voor audio-uitgang (rechts, links, aarde).

Stap 11: Montage van de HEX3653 FM-ontvangerset

De drie keramische condensatoren en het kristal zijn niet gepolariseerd en kunnen in elke richting worden geplaatst. Ze zijn niet uitwisselbaar, maar ze kunnen elk in hun oriëntatie worden gedraaid. Alle andere componenten moeten worden gemonteerd volgens de richting aangegeven op de printplaat zeefdruk. Zoals gewoonlijk is het het beste om te beginnen met de SMD-chip en vervolgens naar de kleinste/kortste componenten te gaan die vanuit het midden van de PCB naar de randen werken. Bevestig de headers, audio-aansluiting en batterijhouder als laatste.

Stap 12: CCStick

De CCStick is een Texas Instruments CC1101 sub-GHz radiotransceivermodule gekoppeld aan een Arduino ProMicro. Twee CCStick-kits zijn inbegrepen in HackerBox #0034 voor gebruik als twee eindpunten van een communicatieverbinding of in een andere communicatieconfiguratie.

De Texas Instruments CC1101 (datasheet) is een goedkope sub-GHz-transceiver die is ontworpen voor draadloze toepassingen met een zeer laag vermogen. Het circuit is voornamelijk bedoeld voor de industriële, wetenschappelijke en medische (ISM) en Short Range Device (SRD) frequentiebanden op 315, 433, 868 en 915 MHz, maar kan eenvoudig worden geprogrammeerd voor gebruik op andere frequenties in de 300- 348 MHz, 387-464 MHz en 779-928 MHz banden. De RF-transceiver is geïntegreerd met een zeer configureerbare basisbandmodem. De modem ondersteunt verschillende modulatieformaten en heeft een configureerbare datasnelheid tot 600 kbps.

Stap 13: Arduino ProMicro 3.3V 8MHz

De Arduino ProMicro is gebaseerd op de ATmega32U4-microcontroller die een ingebouwde USB-interface heeft. Dit betekent dat er geen FTDI, PL2303, CH340 of een andere chip is die als tussenpersoon fungeert tussen uw computer en de Arduino-microcontroller.

We raden aan om de Pro Micro eerst te testen zonder de pinnen op hun plaats te solderen. U kunt de basisconfiguratie en testen uitvoeren zonder de header-pinnen te gebruiken. Ook geeft het uitstellen van het solderen op de module een minder variabele om te debuggen als u complicaties tegenkomt.

Als je de Arduino IDE niet op je computer hebt geïnstalleerd, begin dan met het downloaden van het IDE-formulier arduino.cc. WAARSCHUWING: Zorg ervoor dat u de 3.3V-versie selecteert onder tools > processor voordat u de Pro Micro programmeert. Als dit is ingesteld op 5V, werkt het één keer en dan lijkt het apparaat nooit verbinding te maken met uw pc totdat u de instructies voor "Reset to Bootloader" in de hieronder besproken gids volgt, wat een beetje lastig kan zijn.

Sparkfun heeft een geweldige Pro Micro Hookup Guide. De Hookup Guide heeft een gedetailleerd overzicht van het Pro Micro-bord en vervolgens een sectie voor "Installeren: Windows" en een sectie voor "Installeren: Mac & Linux". Volg de aanwijzingen in de juiste versie van die installatie-instructies om uw Arduino IDE te configureren om de Pro Micro te ondersteunen. Meestal gaan we aan de slag met een Arduino-bord door de standaard Blink-schets te laden en/of aan te passen. De Pro Micro heeft echter niet de gebruikelijke LED op pin 13. Gelukkig kunnen we de RX/TX LED's aansturen en Sparkfun heeft een leuke kleine schets gemaakt om te demonstreren hoe. Dit staat in het gedeelte van de Hookup Guide getiteld "Voorbeeld 1: Blinkies!" Controleer of je deze Blinkies! kunt compileren en downloaden! voorbeeld alvorens verder te gaan.

Stap 14: Ontwerp en werking van de CCStick

De CC1101-module en de Arduino ProMicro worden op de zeefdrukzijde van de CCStick-printplaat geplaatst. Met andere woorden, de twee kleinere modules bevinden zich aan de kant van de rode PCB met witte verf erop en de pinnen steken uit aan de kant zonder witte verf. De witte verf wordt de PCB-zeefdruk genoemd.

De sporen in de rode PCB verbinden de CC1101-module en Arduino ProMicro als volgt:

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)

Een snelle start voor de CC1101 is om de bibliotheek van Elechouse te gebruiken. Download de bibliotheek door op de link "code ophalen" op die pagina te klikken.

Maak een map voor CC1101 in uw Arduino Libraries-map. Plaats de twee ELECHOUSE_CC1101-bestanden (.cpp en.h) in die map. Maak ook een map met voorbeelden aan in die map en plaats daar de drie demo-/voorbeeldmappen.

Werk de pinnendefinities in het bestand ELECHOUSE_CC1101.h als volgt bij:

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

Plaats dan het voorbeeldbestand CC1101_RX op de ene CCStick en het voorbeeldbestand CC1101_TX op de tweede CCStick.

Er zijn een aantal andere interessante bronnen en projecten voor de CC1101-transceiver, waaronder het volgende voorbeeld:

TomXue Arduino CC1101 Arduino-bibliotheekSmartRF StudioElectrodragon CC1101 ProjectCUL ProjectCCManager ProjectDIY nanoCULAndere CC1101 Microcontroller Setup

OPMERKING OVER HET GEBRUIK VAN ONDERBREKINGEN:

Om de Elechouse-voorbeeldschets CC1101_RXinterruprt te samplen, sluit u twee pinnen van de Arduino ProMicro aan op de onderkant van de CCStick-printplaat. Dit zijn pinnen 7 en 19 (A1) die het GDO0-signaal van de transceiver verbinden met pin 7 van de microcontroller, een van de externe onderbrekingspinnen. Werk vervolgens een van de hierboven besproken pin-definitieregels bij naar "#define GDO0 7 //and 19", aangezien GDO0 nu van pin 19 naar pin 7 is gesprongen. Zoek vervolgens in het CC1101_RXinterruprt-bestand de lijnaanroepfunctie attachInterrupt() en verander de eerste parameter (interruptnummer) van "0" in "4". Dit wordt gedaan omdat pin 7 van de ProMicro is gekoppeld aan interrupt #4.

Stap 15: HACK DE PLANEET

Als je van deze Instructable hebt genoten en elke maand een coole doos met hackbare elektronica- en computertechnologieprojecten in je mailbox wilt hebben, neem dan deel aan de revolutie door naar HackerBoxes.com te surfen en je te abonneren om onze maandelijkse verrassingsbox te ontvangen.

Reik uit en deel uw succes in de opmerkingen hieronder of op de HackerBoxes Facebook-pagina. Laat het ons zeker weten als je vragen hebt of ergens hulp bij nodig hebt. Bedankt dat je deel uitmaakt van HackerBoxes!