HackerBox 0038: TeknoDactyl: 17 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

HackerBox Hackers utforskar elektronisk fingeravtrycksigenkänning och mekaniska spinnleksaker med ytmonterad mikrokontroller och LED-kretsar. Denna instruktionsbok innehåller information om hur du kommer igång med HackerBox #0038, som kan köpas här så länge lagret räcker. Om du också vill få en sån här HackerBox direkt i din brevlåda varje månad, prenumerera på HackerBoxes.com och gå med i revolutionen!

Ämnen och inlärningsmål för HackerBox 0038:

• Utforska elektronisk fingeravtrycksigenkänning
• Konfigurera och programmera Arduino Nano mikrokontroller
• Gränssnittsfingeravtryckssensormoduler till mikrokontroller
• Integrera fingeravtryckssensorer i inbäddade system
• Öva ytmonterade lödtekniker
• Montera ett akryl LED fidget spinner projekt
• Konfigurera och programmera Digispark mikrokontroller
• Experimentera med nyttolast för injektion av USB -tangenttryckningar

HackerBoxes är den månatliga prenumerationstjänsten för DIY -elektronik och datorteknik. Vi är hobbyister, tillverkare och experimenterande. Vi är drömmarnas drömmare.

HACKA PLANET

Steg 1: HackerBox 0038: Boxinnehåll

• Fingeravtryckssensormodul
• Arduino Nano 5V 16MHz microUSB
• LED Fidget Spinner Lödkit
• CR1220 myntceller för spinnarsats
• USB Digispark mikrokontroller modul
• ESD pincett
• Desoldering Braid
• Två fyrvägs spänningsnivåreglage
• USB -förlängningskabel
• Exklusivt HackerBox smidesdekal
• Exklusivt "Quad Cut Up" -hackerdekal
• Exklusiv stolburen plåster

Några andra saker som kommer att vara till hjälp:

• Lödkolv, löd och grundläggande lödverktyg
• Lödflöde (exempel)
• Lighted Magnifier (exempel)
• Dator för att köra mjukvaruverktyg
• Fingrar för fidget spinning
• Fingrar för experiment med fingeravtryck

Viktigast av allt, du behöver en känsla av äventyr, hackeranda, tålamod och nyfikenhet. Att bygga och experimentera med elektronik, samtidigt som det är mycket givande, kan vara svårt, utmanande och till och med frustrerande ibland. Målet är framsteg, inte perfektion. När du fortsätter och njuter av äventyret kan du få stor tillfredsställelse från denna hobby. Ta varje steg långsamt, tänk på detaljerna och var inte rädd för att be om hjälp.

Det finns en mängd information för nuvarande och potentiella medlemmar i HackerBoxes FAQ. Nästan alla icke-tekniska support-e-postmeddelanden som vi får besvaras redan där, så uppskattar verkligen att du tar några minuter att läsa vanliga frågor.

Steg 2: Elektronisk fingeravtrycksigenkänning

Fingeravtrycksskannrar är biometriska säkerhetssystem för analys av friktionsryggar från en mänsklig fingertopp, även känd som ett fingeravtryck (dactylograph). Dessa skannrar används för brottsbekämpning, identitetssäkerhet, åtkomstkontroll, datorer och mobiltelefoner.

Alla har märken på fingrarna. De kan inte tas bort eller ändras. Dessa märken har ett mönster som kallas fingeravtryck. Varje fingeravtryck är speciellt och skiljer sig från alla andra i världen. Eftersom det finns otaliga kombinationer har fingeravtryck blivit ett idealiskt sätt att identifiera.

Ett fingeravtrycksskannersystem har två grundläggande jobb. Först tar den en bild av fingret. Därefter bestämmer det om mönstret för åsar och dalar i denna bild matchar mönstret för åsar och dalar i förskannade bilder. Endast specifika egenskaper, som är unika för varje fingeravtryck, filtreras och sparas som en krypterad biometrisk nyckel eller matematisk representation. Ingen bild av ett fingeravtryck sparas någonsin, bara en serie siffror (en binär kod), som används för verifiering. Algoritmen kan inte reverseras för att konvertera den kodade informationen tillbaka till en fingeravtrycksbild. Detta gör det extremt osannolikt att extrahera eller kopiera användbara fingeravtryck från den kodade bildinformationen.

(Wikipedia)

Steg 3: Arduino Nano mikrokontrollerplattform

En Arduino Nano, eller liknande mikrokontrollerkort, är ett utmärkt val för gränssnitt med fingeravtrycksskannermoduler. Det medföljande Arduino Nano -kortet levereras med huvudstiften, men de är inte lödda till modulen. Lämna stiften av för tillfället. Utför dessa inledande tester av Arduino Nano -modulen FÖR att löda huvudet på Arduino Nano. Allt som behövs för nästa par steg är en microUSB -kabel och Arduino Nano precis som den kommer ur väskan.

Arduino Nano är ett ytmonterat, brödbrädvänligt, miniatyriserat Arduino-kort med integrerat USB. Det är fantastiskt komplett och lätt att hacka.

Funktioner:

• Mikrokontroller: Atmel ATmega328P
• Spänning: 5V
• Digitala I/O -stift: 14 (6 PWM)
• Analoga ingångsstift: 8
• Likström per I/O -stift: 40 mA
• Flashminne: 32 KB (2KB för bootloader)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• Klockhastighet: 16 MHz
• Mått: 17 mm x 43 mm

Denna speciella variant av Arduino Nano är den svarta Robotdyn -designen. Gränssnittet är via en inbyggd MicroUSB-port som är kompatibel med samma MicroUSB-kablar som används med många mobiltelefoner och surfplattor.

Arduino Nanos har ett inbyggt USB/seriellt bryggchip. På den här varianten är bryggchippet CH340G. Observera att det finns olika andra typer av USB/Serial bridge -chips som används på de olika typerna av Arduino -kort. Med dessa chips kan datorns USB -port kommunicera med det seriella gränssnittet på Arduinos processorchip.

En dators operativsystem kräver att en enhetsdrivrutin kommunicerar med USB/Serial -chipet. Föraren tillåter IDE att kommunicera med Arduino -kortet. Den specifika enhetsdrivrutinen som behövs beror på både OS -versionen och även typen av USB/seriellt chip. För CH340 USB/Serial -chips finns drivrutiner tillgängliga för många operativsystem (UNIX, Mac OS X eller Windows). Tillverkaren av CH340 levererar dessa förare här.

När du först ansluter Arduino Nano till en USB -port på din dator ska den gröna strömlampan tändas och kort efter ska den blå lysdioden börja blinka långsamt. Detta händer eftersom Nano är förinstallerad med BLINK-programmet, som körs på den helt nya Arduino Nano.

Steg 4: Arduino Integrated Development Environment (IDE)

Om du ännu inte har Arduino IDE installerat kan du ladda ner det från Arduino.cc

Om du vill ha ytterligare introduktionsinformation för arbete i Arduino -ekosystemet föreslår vi att du läser guiden för HackerBoxes Starter Workshop.

Anslut Nano till MicroUSB -kabeln och andra änden av kabeln till en USB -port på datorn, starta Arduino IDE -programvaran, välj lämplig USB -port i IDE under verktyg> port (troligen ett namn med "wchusb" i den). Välj också "Arduino Nano" i IDE under verktyg> kort.

Slutligen ladda upp en bit exempelkod:

Arkiv-> Exempel-> Grunder-> Blink

Detta är faktiskt koden som förinstallerades på Nano och borde köras just nu för att långsamt blinka den blå lysdioden. Följaktligen, om vi laddar den här exempelkoden, kommer ingenting att förändras. Låt oss istället ändra koden lite.

När du tittar noga kan du se att programmet tänder lysdioden, väntar 1000 millisekunder (en sekund), släcker lysdioden, väntar ytterligare en sekund och gör sedan allt igen - för alltid.

Ändra koden genom att ändra båda "fördröjning (1000)" -uttalandena till "fördröjning (100)". Denna ändring kommer att leda till att lysdioden blinkar tio gånger snabbare, eller hur?

Låt oss ladda den modifierade koden till Nano genom att klicka på UPLOAD -knappen (pilikonen) strax ovanför den modifierade koden. Titta nedanför koden för statusinformation: "kompilering" och sedan "uppladdning". Så småningom ska IDE indikera "Uppladdning klar" och din lysdiod ska blinka snabbare.

Grattis i så fall! Du har just hackat din första inbäddade kod.

När din snabbblinkade version har laddats och körs, varför inte se om du kan ändra koden igen så att lysdioden blinkar snabbt två gånger och sedan vänta ett par sekunder innan du upprepar? Ge det ett försök! Vad sägs om några andra mönster? När du väl lyckats visualisera ett önskat resultat, koda det och observera att det fungerar som planerat, har du tagit ett enormt steg mot att bli en kompetent hårdvaruhacker.

Steg 5: Lödning av Arduino Nano Header Pins

Nu när din utvecklingsdator har konfigurerats för att ladda kod till Arduino Nano och Nano har testats, koppla bort USB -kabeln från Nano och gör dig redo att löda huvudstiften. Om det är första gången på fight club måste du lödda.

Det finns många bra guider och videor online om lödning (till exempel). Om du känner att du behöver ytterligare hjälp kan du försöka hitta en lokal maker -grupp eller hackerutrymme i ditt område. Amatörradioklubbar är också alltid utmärkta källor till elektronikupplevelse.

Löd de två raderna med en rad (femton stift vardera) till Arduino Nano -modulen. Den sexstifts ICSP-kontakten (seriell programmering) i kretsen kommer inte att användas i detta projekt, så lämna bara dessa stift. När lödningen är klar, kontrollera noggrant för lödbroar och/eller kalla lödfogar. Slutligen kopplar du tillbaka Arduino Nano till USB -kabeln och kontrollerar att allt fortfarande fungerar som det ska.

Steg 6: Fingeravtryckssensormodul

Fingeravtryckssensormodulen har ett seriellt gränssnitt som gör det superenkelt att lägga till i dina projekt. Modulen har integrerat FLASH -minne för att lagra alla fingeravtryck som den är utbildad att känna igen, en process som kallas registrering. Anslut bara fyra ledningar till din mikrokontroller som visas här. Observera att VCC är 3,3V (inte 5V).

Adafruit publicerade ett mycket trevligt Arduino -bibliotek för fingeravtryckssensorer. Biblioteket innehåller några användbara skisser. Till exempel demonstrerar "enroll.ino" hur man registrerar (tränar) fingeravtryck i modulen. Efter träning demonstrerar "fingerprint.ino" hur man skannar ett fingeravtryck och söker det mot den utbildade informationen. Adafruits dokumentation för biblioteket hittar du här. Du kan få ytterligare fingeravtrycksläsare där eller kolla in några fjädermoduler.

INTEGRATION

Fingeravtryckssensorer kan läggas till olika projekt, inklusive säkerhetssystem, dörrlås, tidsuppföljningssystem och så vidare. Det gör till exempel en fantastisk uppgradering till projekt från Locksport HackerBox.

Den här videon visar ett exempel på ett system som arbetar med en fingeravtryckssensor.

Steg 7: Fidget Spinner LED -kit

Den snurrande LED -kitet använder två Microchip PIC -styrenheter och 24 lysdioder för att visa olika färgglada mönster. Mönstren är synliga med hjälp av en Persistence of Vision (POV) teknik. Mönstren kan ändras genom att trycka på knappen.

Innan vi börjar, kolla igenom alla bitarna ovan. Det finns förmodligen några extra motstånd, kondensatorer, lysdioder, skruvar och akrylstycken i satsen, så låt det inte förvirra dig. Även om ditt kit innehåller ett instruktionsblad, bör instruktionerna här vara mycket lättare att följa.

Steg 8: Fidget Spinner LED Kit - Schematisk och PCB

Vår första fråga när vi tittar på denna schematiska bör vara: Hur exakt driver du 24 lysdioder med bara tio I/O -linjer? Magi? Ja, magin i Charlieplexing.

KOMPONENT ORIENTERING OBS. Granska noggrant diagrammet över PCB -polaritetsmarkeringarna. De två mikrokontrollerna måste roteras i rätt riktning. Lysdioderna är också polariserade och måste vara rätt orienterade. Mot kontrakt kan motstånden och kondensatorerna lödas åt alla håll. Knappen passar bara på ett sätt.

Steg 9: Fidget Spinner - Börjar med SMT -lödning

Fidget spinner kit PCB är ytmonterad teknik (SMT), vilket vanligtvis är ganska utmanande att löda. Layouten på kretskortet och komponentval gör dock detta SMT -kit relativt lätt att lödas. Om du aldrig har arbetat med SMT -lödning finns det en riktigt trevlig demovideo online (till exempel).

STARTSÄLJNING: Knappen och dess 10K ("103") motstånd är förmodligen det enklaste stället att börja eftersom det finns mycket utrymme runt dem. Ta dig tid och få båda dessa komponenter lödda på plats.

Kom ihåg att även om din lödning inte är helt lyckad är resan utanför din nuvarande komfortzon den bästa praxisen. Den monterade satsen fungerar fortfarande som en snygg elektronikinspirerad spinnare även om lysdioderna inte fungerar perfekt.

Steg 10: Fidget Spinner - Lödning av mikrokontroller

Löd de två mikrokontrollerna (notera orienteringsmarkeringen). Följ med de två 0.1uF -kondensatorerna som ligger bredvid mikrokontrollerna. Kondensatorerna är inte polariserade och kan orienteras åt båda hållen.

Steg 11: Fidget Spinner - LED -lödning

Det finns två rader med lysdioder på kretskortet och två remsor av LED -komponenter. Varje remsa har en annan färg (röd och grön), så håll lysdioderna från varje remsa tillsammans i samma rad på kretskortet. Det spelar ingen roll vilken rad som är grön och vilken är röd, men samma färgade lysdioder behöver vara alla tillsammans i samma rad.

Det finns en "-" markering på varje PCB-pad för lysdioderna. Dessa markeringar alternerar sidor när du går längs raden med kuddar, vilket innebär att LED -lampornas riktning i raden kommer att växla fram och tillbaka. De gröna markeringarna på ena sidan av varje lysdiod bör vara riktade mot "-" märket för den LED-plattan.

Steg 12: Fidget Spinner - Slutför lödning

Löd de sex 200 Ohm ("201") motståndarna. Dessa är inte polariserade och kan placeras i båda riktningarna.

Löd de tre knappcellsbatteriklämmorna genom att sätta in dem i kretskortsbotten och sedan lödas i de två hålen från brädans ovansida.

Sätt i tre myntceller och tryck på knappen för att testa lysdioderna. Du kommer inte att kunna se POV -mönstren medan kretskortet är stillastående men du kommer att märka olika ljusstyrkor mellan de två lysdioderna när du cyklar genom visningslägen. Observera att korta och långa tryckningar har olika effekter.

Steg 13: Fidget Spinner - Förbered akrylhus

Ta bort skyddspapperet från akrylbitarna.

Lägg ut de fem bitarna av akryl och kretskortet som numrerade i bilden. Detta representerar beställningen av den sista stacken.

Lägg märke till de tre små cirklarna i varje bit. Vänd på bitarna tills de små cirklarna är riktade åt samma håll.

Börja med lager 2, som är den med cirklar i myntcellstorlek i var och en av de tre armarna.

Placera lagret i mitten av lager 2 och tvinga in det i det stora hålet. Detta kommer att kräva mycket kraft. Försök att inte spricka akryl medan du gör detta. Som sagt, en enda liten spricka runt lagerfästhålet kan bildas. Detta är helt acceptabelt.

Steg 14: Fidget Spinner - mekanisk montering

Stapla upp lagren - 1 till 5.

Lägg märke till att bitarna 4 och 5 faktiskt ligger på samma lager.

Sätt i tre av de gängade mässingskopplingarna.

Lägg lager 6 på bunten.

Lägg märke till att lager 1 och 6 har mindre hål för att hålla mässingskopplingarna på plats.

Använd de sex korta skruvarna för att fästa lager 1 och 6 på mässingskopplingarna.

Steg 15: Fidget Spinner - Center Hub

Ta bort skyddspapperet från tre av akrylcyklerna - två stora och en liten.

Sätt en lång skruv genom en av de stora akrylcirklarna; stapla den lilla akrylcirkeln på skruven; och vrid en gängad mässingskopplare på skruven för att göra en bunt som visas på bilden.

För in bunten genom mittnavet.

Fånga bunten i navet genom att fästa den återstående stora akrylcirkeln på den öppna sidan med en lång skruv.

C'est fin! Laissez les bon fidget rouler.

Steg 16: Digispark och USB Rubber Ducky

Digispark är ett open source -projekt som ursprungligen finansierades genom Kickstarter. Det är ett super-miniatyr ATtiny-baserat Arduino-kompatibelt kort som använder Atmel ATtiny85. ATtiny85 är en 8 -stifts mikrokontroller som är en nära kusin till typiska Arduino -chip, ATMega328P. ATtiny85 har ungefär en fjärdedel av minnet och bara sex I/O -stift. Det kan dock programmeras från Arduino IDE och det kan fortfarande köra Arduino -kod utan problem.

USB Rubber Ducky är ett favorithackerverktyg. Det är en tangenttrycksinjektionsanordning förklädd till en generisk flash -enhet. Datorer känner igen det som ett vanligt tangentbord och accepterar automatiskt dess förprogrammerade nyckeltal för tangenttryckningar med över 1000 ord per minut. Följ länken för att lära dig allt om Rubber Duckies från Hak5 där du också kan köpa den riktiga affären. Under tiden visar denna videohandledning hur du använder en Digispark som en Rubber Ducky. En annan videohandledning visar hur du konverterar Rubber Ducky Scripts för att köra på Digispark.

Steg 17: HackLife

Vi hoppas att du har haft denna månads resa till DIY -elektronik. Nå ut och dela din framgång i kommentarerna nedan eller på HackerBoxes Facebook Group. Hör av dig till oss om du har några frågor eller behöver hjälp med något.

Gå med i festen. Lev HackLife. Du kan få en cool låda med hackbar elektronik och datatekniska projekt levererade direkt till din brevlåda varje månad. Surfa bara över till HackerBoxes.com och prenumerera på den månatliga HackerBox -tjänsten.