HackerBox 0034 : SubGHz : 15 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

Ce mois-ci, les hackers de HackerBox explorent la radio définie par logiciel (SDR) et les communications radio sur des fréquences inférieures à 1 GHz. Ce Instructable contient des informations pour démarrer avec HackerBox #0034, qui peut être acheté ici jusqu'à épuisement des stocks. De plus, si vous souhaitez recevoir une HackerBox comme celle-ci directement dans votre boîte aux lettres chaque mois, veuillez vous inscrire sur HackerBoxes.com et rejoindre la révolution !

Sujets et objectifs d'apprentissage pour HackerBox 0034:

• Configuration et utilisation des récepteurs radio SDR
• Opérations SDR mobiles
• Assemblage de l'émetteur-récepteur sous-GHz CCStick
• Programmation du CCStick avec Arduino ProMicros
• Assemblage des émetteurs et récepteurs audio FM

HackerBoxes est le service de box d'abonnement mensuel pour l'électronique de bricolage et la technologie informatique. Nous sommes des amateurs, des fabricants et des expérimentateurs. Nous sommes les rêveurs de rêves. HACK LA PLANÈTE !

Étape 1: HackerBox 0034: Contenu de la boîte

• Récepteur radio défini par logiciel USB (SDR)
• Antenne MCX pour récepteur SDR
• Deux circuits imprimés CCStick
• Deux émetteurs-récepteurs CC1101 avec antennes
• Deux Arduino ProMicros 3.3V 8MHz
• Kit émetteur audio FM
• Kit récepteur audio FM
• Câble MicroUSB
• Pin exclusif de l'oscillateur radio "Hertz"

Quelques autres choses qui seront utiles:

• Fer à souder, soudure et outils de soudure de base
• Ordinateur pour exécuter des outils logiciels

Plus important encore, vous aurez besoin d'un sens de l'aventure, d'un esprit de bricolage et d'une curiosité de hacker. L'électronique de bricolage hardcore n'est pas une quête triviale, et les HackerBox ne sont pas édulcorées. Le but est le progrès, pas la perfection. Lorsque vous persistez et profitez de l'aventure, vous pouvez tirer une grande satisfaction de l'apprentissage de nouvelles technologies et, espérons-le, de la réussite de certains projets. Nous vous suggérons de faire chaque étape lentement, de faire attention aux détails et de ne pas avoir peur de demander de l'aide.

Il y a une mine d'informations pour les membres actuels et potentiels dans la FAQ HackerBoxes.

Étape 2: Bienvenue dans la radio sub-GHz

Musique d'accompagnement: Radio KAOS

La technologie sub-GHz est un choix idéal pour les applications sans fil nécessitant une longue portée et une faible consommation d'énergie. Les transmissions à bande étroite peuvent transmettre des données à des hubs distants, souvent à plusieurs kilomètres, sans sauter de nœud en nœud. Cette capacité de transmission à longue portée réduit le besoin de plusieurs stations de base ou répéteurs coûteux. Les protocoles propriétaires sous-GHz permettent aux développeurs d'optimiser leur solution sans fil en fonction de leurs besoins spécifiques au lieu de se conformer à une norme qui pourrait imposer des contraintes supplémentaires à la mise en œuvre du réseau. Alors que de nombreux réseaux sub-GHz existants utilisent des protocoles propriétaires, l'industrie ajoute lentement des systèmes interopérables basés sur des normes. Par exemple, la norme IEEE 802.15.4g gagne en popularité dans le monde entier et est adoptée par diverses alliances industrielles telles que Wi-SUN et ZigBee.

Certaines fréquences intéressantes à explorer comprennent: Diffusion FM 88-108 MHz Radio météo NOAAContrôle du trafic aérien 315 MHz Keyless Entry Fob (la plupart des voitures américaines)2m Ham Calling (SSB: 144,200 MHz, FM: 146,52 MHz)433 MHz ISM/IoT902-928 MHZ ISM/ IdO

Divers schémas de modulation sont utilisés pour différents types de communications radio sur ces fréquences. Prenez quelques minutes pour vous familiariser avec les bases.

Étape 3: Récepteur de radio définie par logiciel (SDR)

Les composants radio traditionnels (tels que les modulateurs, les démodulateurs et les tuners) sont implémentés à l'aide d'un ensemble de périphériques matériels. L'avènement de l'informatique moderne et des convertisseurs analogique-numérique (CAN) permet à la plupart de ces composants traditionnellement basés sur le matériel d'être implémentés dans un logiciel à la place. D'où le terme radio définie par logiciel (SDR). Le SDR informatisé permet de mettre en œuvre des récepteurs radio large bande peu coûteux.

Le RTL-SDR est un dongle USB qui peut être utilisé comme récepteur radio sur ordinateur pour recevoir des signaux radio en direct. Un large éventail d'informations est disponible en ligne pour expérimenter la technologie RTL-SDR, y compris un guide de démarrage rapide.

Étape 4: matériel de dongle USB RTL-SDR

Le RTL2832U est un démodulateur DVB-T COFDM hautes performances qui prend en charge une interface USB 2.0. Le RTL2832U prend en charge le mode 2K ou 8K avec une bande passante de 6, 7 et 8 MHz. Les paramètres de modulation, par exemple le débit de code et l'intervalle de garde, sont automatiquement détectés. Le RTL2832U prend en charge les tuners à sortie IF (fréquence intermédiaire, 36,125 MHz), faible IF (4,57 MHz) ou Zero-IF à l'aide d'un cristal de 28,8 MHz, et inclut la prise en charge radio FM/DAB/DAB+. Intégré à un ADC avancé (convertisseur analogique-numérique), le RTL2832U offre une grande stabilité en réception portable. Le tuner numérique R820T2 prend en charge le fonctionnement dans la plage de 24 à 1766 MHz.

Notez que le dongle SDR dispose d'une entrée RF coaxiale MCX à coupler avec l'antenne fouet MCX incluse. Étant donné que de nombreuses sources de signaux et antennes courantes utilisent des connecteurs coaxiaux SMA, un coupleur MCX-SMA peut être utile.

Étape 5: Logiciel SDR - GNU Radio

GNU Radio est une boîte à outils de développement logiciel libre et open source qui fournit des blocs de traitement du signal pour implémenter des radios logicielles. Il peut être utilisé avec du matériel RF externe facilement disponible pour créer des radios définies par logiciel. GNU Radio est largement utilisé dans les environnements amateurs, universitaires et commerciaux pour prendre en charge à la fois la recherche sur les communications sans fil et les systèmes radio du monde réel.

Il existe de nombreuses variantes et implémentations de GNU Radio. GQRX est une variante intéressante pour les utilisateurs d'OSX et de Linux.

Étape 6: SDR mobile

SDR Touch peut transformer votre téléphone mobile ou votre tablette en un scanner radio défini par logiciel abordable et portable. Écoutez en direct les stations de radio FM, les bulletins météorologiques, la police, les pompiers et les stations d'urgence, la circulation des taxis, les communications des avions, l'audio des émissions de télévision analogique, les radioamateurs HAM, les émissions numériques et bien d'autres.

Un câble ou un adaptateur USB en déplacement (OTG) est requis pour connecter le dongle USB SDR à un appareil mobile. Un câble OTG avec un port d'alimentation supplémentaire (auxiliaire) peut être nécessaire pour alimenter le dongle. Un port d'alimentation supplémentaire peut néanmoins être une bonne idée, car une application comme SDR Touch a tendance à vider rapidement les batteries des appareils mobiles.

Étape 7: Kit émetteur de microphone

Ce kit de soudure est un simple émetteur audio à modulation de fréquence (FM) à trois transistors. Il fonctionne dans la gamme de fréquences de 80 MHz à 108 MHz allouée à la radio FM. La tension de fonctionnement de l'émetteur est de 1,5 V à 9 V et il transmettra sur 100 mètres en fonction de la puissance fournie, de la configuration de l'antenne, du réglage et des facteurs électromagnétiques ambiants.

Contenu du kit:

• PCB
• Un pot de coupe 500KOhm
• DEUX transistors NPN 9018
• UN transistor NPN 9014
• UNE Inductance de 4,5 tours (4T5)
• DEUX Inductances de 5,5 tours (5T5)
• UN microphone à électret
• UNE Résistance 1M (MarronNoirVert)
• DEUX Résistances 22K (RougeRougeOrange)
• QUATRE résistances 33ohm (OrangeOrangeNoir)
• TROIS Résistances 2.2K (2K2) (RougeRougeRouge)
• UN bouchon électrolytique 33uF
• QUATRE condensateurs céramiques 30pF « 30 »
• QUATRE condensateurs céramiques 100nF « 104 »
• UN condensateur céramique 10nF « 103 »
• DEUX condensateurs céramiques 680pF « 681 »
• DEUX condensateurs céramiques 10pF « 10 »
• Fil d'antenne
• Pince de batterie 9V
• Broches d'en-tête (coupure à 2 et 3 broches)

Notez que les trois transistors, le microphone et le condensateur électrolytique doivent être orientés comme indiqué sur la sérigraphie du PCB. Les inductances et les condensateurs céramiques ne sont pas polarisés. Bien que les valeurs et les types ne soient pas interchangeables, chacun peut être inséré dans l'une ou l'autre orientation.

Si vous débutez dans le soudage: Il existe de nombreux guides et vidéos en ligne sur le soudage. Voici un exemple. Si vous pensez avoir besoin d'une aide supplémentaire, essayez de trouver un groupe de fabricants locaux ou un espace de hacker dans votre région. De plus, les clubs de radio amateur sont toujours d'excellentes sources d'expérience en électronique.

Étape 8: Conception du kit émetteur de microphone

Un signal audio d'entrée peut être collecté par le microphone à électret intégré ou fourni à partir d'une autre source électrique dans les broches d'en-tête d'entrée. Les fils du microphone peuvent être rallongés à l'aide de fils ou de fils coupés provenant d'autres composants pour permettre la connexion au PCB. Le fil du microphone connecté au boîtier extérieur du microphone est le fil négatif comme indiqué dans l'image.

Au transistor Q1, la modulation de fréquence est obtenue lorsqu'une fréquence d'oscillateur porteuse est modifiée par le signal audio. Le potentiomètre de réglage peut être utilisé pour régler l'atténuation d'entrée du signal audio. Le signal audio est couplé à la base du transistor Q1 via C2.

Le transistor Q2 (avec R7, R8, C4, C5, L1, C8 et C7) fournit l'oscillateur haute fréquence. C8 est le condensateur de rétroaction. C7 est le condensateur de blocage DC. C5 et L1 fournissent le réservoir résonant pour l'oscillateur. Changer les valeurs de C5 et/ou L1 changera la fréquence d'émission. Après l'assemblage initial, la fréquence de transmission par défaut sera d'environ 83 MHz. L'étalement doux des spires de la bobine L1 changera un tout petit peu la valeur de l'inductance L1 et décalera la fréquence de transmission en conséquence. Garder la fréquence autour de 88MHz-108MHz permettra au signal d'être reçu en utilisant n'importe quelle radio FM, y compris le récepteur SDR.

Le transistor Q3 (avec R9, R10, L2, C10 et C1) forme un circuit amplificateur de puissance haute fréquence. Le signal modulé est couplé au circuit d'amplification par l'intermédiaire du condensateur C6. C10 et L2 forment un réservoir d'accord d'amplification. La puissance de sortie maximale est atteinte lorsque la boucle d'amplification de C10 et L2 sont réglées sur la même fréquence que la boucle d'oscillateur de porteuse de C5 et L1.

Enfin, C12 et L3 fournissent une formation d'antenne où le signal amplifié est entraîné dans une antenne filaire pour la transmission sous forme d'ondes électromagnétiques radiofréquences.

Étape 9: Kit de récepteur à modulation de fréquence (FM)

Ce kit récepteur FM est basé sur la puce HEX3653, qui est un démodulateur FM hautement intégré.

Le kit comprend:

• PCB
• Puce U1 HEX3653 SMD 16 broches
• Transistor Q1 SS8050 NPN
• L1 Inductance 100uH
• Cristal Y1 32.768KHz
• R1, R2, R3, R4 Résistances 10KOhm
• Condensateurs électrolytiques C1, C2 100uF
• Condensateurs en céramique C3, C5 (104) 0.1uF
• Condensateur céramique C4 (33) 33pF
• D1, D2 1N4148 Diodes
• LED jaune
• Prise de téléphone audio 3,5 mm
• Embase à quatre broches avec cavalier
• Cinq boutons-poussoirs momentanés
• Support de pile double AA

La puce de réception HEX3653 fonctionne sur la gamme de fréquences 76MHz-108MHz, qui est attribuée à la radio de diffusion FM.

Le kit comprend cinq boutons poussoirs:

• Réglage de la fréquence (SEEK +, SEEK-)
• Contrôle du volume (VOL +, VOL-)
• Puissance (PW)

Le circuit a une tension de fonctionnement de 1,8 à 3,6 V, qui est facilement alimentée par deux cellules de 1,5 V.

Étape 10: Conception du kit de récepteur FM HEX3653

Il existe deux options pour une entrée d'antenne.

Un fil peut être attaché au tampon "A" sur le PCB ou le blindage du fil du casque peut servir d'antenne.

L'embase à quatre broches sert de commutateur d'antenne (étiqueté ASW). Le placement du cavalier de court-circuit sur ASW sélectionne entre les deux entrées d'antenne. Court-circuiter les broches 1 et 2 achemine le signal "A" de l'antenne externe vers la broche quatre de la puce HEX3653. Sinon, court-circuiter les broches 2 et 3 achemine la broche de blindage de la prise casque vers la broche quatre de la puce HEX3653.

La broche quatre de la puce HEX3653 est l'entrée radiofréquence (RF) de la puce du récepteur. Le signal RF sélectionné passe d'abord par L1 et C4 qui agissent comme un filtre. Ensuite, deux diodes d'écrêtage sont utilisées pour limiter la tension d'entrée excessive.

L'embase à cinq broches (étiquetée B) permet au module récepteur d'être intégré dans un autre système. Il y a deux broches pour l'entrée d'alimentation (+V, masse) et trois pour la sortie audio (droite, gauche, masse).

Étape 11: Assemblage du kit récepteur FM HEX3653

Les trois condensateurs en céramique et le cristal ne sont pas polarisés et peuvent être insérés dans n'importe quelle orientation. Ils ne sont pas interchangeables, mais ils peuvent chacun être tournés dans leur orientation. Tous les autres composants doivent être montés selon l'orientation indiquée sur la sérigraphie du PCB. Comme d'habitude, il est préférable de commencer par la puce SMD, puis de passer aux composants les plus petits/les plus courts en partant du centre du PCB vers les bords. Fixez les en-têtes, la prise audio et le support de batterie en dernier.

Étape 12: CCStick

Le CCStick est un module émetteur-récepteur radio Texas Instruments CC1101 sous-GHz couplé à un Arduino ProMicro. Deux kits CCStick sont inclus dans HackerBox #0034 pour une utilisation comme deux points d'extrémité d'un lien de communication ou dans une autre configuration de communication.

Le Texas Instruments CC1101 (fiche technique) est un émetteur-récepteur sub-GHz à faible coût conçu pour les applications sans fil à très faible consommation. Le circuit est principalement destiné aux bandes de fréquences industrielles, scientifiques et médicales (ISM) et à courte portée (SRD) à 315, 433, 868 et 915 MHz, mais peut facilement être programmé pour fonctionner à d'autres fréquences dans le 300- Bandes 348 MHz, 387-464 MHz et 779-928 MHz. L'émetteur-récepteur RF est intégré à un modem en bande de base hautement configurable. Le modem prend en charge divers formats de modulation et a un débit de données configurable jusqu'à 600 kbps.

Étape 13: Arduino ProMicro 3.3V 8MHz

L'Arduino ProMicro est basé sur le microcontrôleur ATmega32U4 qui possède une interface USB intégrée. Cela signifie qu'il n'y a pas de FTDI, PL2303, CH340 ou toute autre puce servant d'intermédiaire entre votre ordinateur et le microcontrôleur Arduino.

Nous vous suggérons de tester d'abord le Pro Micro sans souder les broches en place. Vous pouvez effectuer la configuration de base et les tests sans utiliser les broches d'en-tête. De plus, retarder la soudure sur le module donne une variable de moins à déboguer si vous rencontrez des complications.

Si l'IDE Arduino n'est pas installé sur votre ordinateur, commencez par télécharger le formulaire IDE arduino.cc. ATTENTION: Assurez-vous de sélectionner la version 3,3 V sous outils > processeur avant de programmer le Pro Micro. Avoir cet ensemble pour 5V fonctionnera une fois, puis l'appareil semblera ne jamais se connecter à votre PC jusqu'à ce que vous suiviez les instructions "Réinitialiser le chargeur de démarrage" dans le guide discuté ci-dessous, ce qui peut être un peu délicat.

Sparkfun a un excellent guide de connexion Pro Micro. Le guide de branchement contient un aperçu détaillé de la carte Pro Micro, puis une section pour « Installation: Windows » et une section pour « Installation: Mac et Linux. » Suivez les instructions de la version appropriée de ces instructions d'installation afin de configurer votre IDE Arduino pour prendre en charge le Pro Micro. Nous commençons généralement à travailler avec une carte Arduino en chargeant et/ou en modifiant le croquis Blink standard. Cependant, le Pro Micro n'inclut pas la LED habituelle sur la broche 13. Heureusement, nous pouvons contrôler les LED RX/TX et Sparkfun a fourni un petit croquis soigné pour montrer comment. C'est dans la section du Guide de connexion intitulée "Exemple 1: Blinkies !" Vérifiez que vous pouvez compiler et télécharger ces Blinkies ! exemple avant de continuer.

Étape 14: Conception et fonctionnement du CCStick

Le module CC1101 et l'Arduino ProMicro sont insérés sur le côté sérigraphié du PCB CCStick. En d'autres termes, les deux modules plus petits sont sur le côté du PCB rouge qui a de la peinture blanche dessus et les broches dépassent du côté qui n'a pas de peinture blanche dessus. La peinture blanche est appelée sérigraphie PCB.

Les traces dans le PCB rouge connectent le module CC1101 et Arduino ProMicro comme ceci:

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)

Un démarrage rapide pour le CC1101 consiste à utiliser la bibliothèque d'Elechouse. Téléchargez la bibliothèque en cliquant sur le lien « obtenir le code » sur cette page.

Créez un dossier pour CC1101 dans votre dossier Bibliothèques Arduino. Placez les deux fichiers ELECHOUSE_CC1101 (.cpp et.h) dans ce dossier. Créez également un dossier d'exemples dans ce dossier et placez-y les trois dossiers de démonstration/exemple.

Mettez à jour les définitions des broches dans le fichier ELECHOUSE_CC1101.h comme ceci:

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

Placez ensuite le fichier exemple CC1101_RX sur un CCStick et le fichier exemple CC1101_TX sur le deuxième CCStick.

Il existe un certain nombre d'autres ressources et projets intéressants pour l'émetteur-récepteur CC1101, notamment l'exemple suivant:

TomXue Arduino CC1101 Arduino LibrarySmartRF StudioElectrodragon CC1101 ProjectCUL ProjectCCManager ProjectDIY nanoCULAnother CC1101 Microcontroller Setup

REMARQUE SUR L'UTILISATION DES INTERRUPTIONS:

Pour échantillonner l'exemple d'esquisse Elechouse CC1101_RXinterruprt, connectez deux broches de l'Arduino ProMicro sur la face inférieure du PCB CCStick. Ce sont les broches 7 et 19 (A1) qui relient le signal de l'émetteur-récepteur GDO0 à la broche 7 du microcontrôleur, qui est l'une des broches d'interruption externes. Ensuite, mettez à jour l'une des lignes de définition de broche discutées ci-dessus sur "#define GDO0 7 //and 19" puisque GDO0 est maintenant cavalier de la broche 19 à la broche 7. Ensuite, dans le fichier CC1101_RXinterruprt, recherchez la fonction d'appel de ligne attachInterrupt() et changer le premier paramètre (numéro d'interruption) de "0" à "4". Ceci est fait parce que la broche 7 du ProMicro est associée à l'interruption #4.

Étape 15: HACKER LA PLANÈTE

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