HackerBox 0034: SubGHz: 15 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:38

Den här månaden utforskar HackerBox Hackers Software Defined Radio (SDR) och radiokommunikation på frekvenser under 1 GHz. Denna instruktionsbok innehåller information om hur du kommer igång med HackerBox #0034, 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 0034:

• Konfiguration och användning av SDR -radiomottagare
• Mobil SDR -verksamhet
• Montering av CCStick Sub-GHz-sändtagare
• Programmering av CCStick med Arduino ProMicros
• Montering av FM -ljudsändare och mottagare

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 0034: Boxinnehåll

• USB Software Defined Radio (SDR) mottagare
• MCX -antenn för SDR -mottagare
• Två kretskort med CCStick
• Två CC1101 -sändtagare med antenner
• Två Arduino ProMicros 3.3V 8MHz
• FM -ljudsändarsats
• FM -ljudmottagarsats
• MicroUSB -kabel
• Exklusiv radiooscillator "Hertz" Pin

Några andra saker som kommer att vara till hjälp:

• Lödkolv, löd och grundläggande lödverktyg
• Dator för att köra mjukvaruverktyg

Viktigast av allt, du kommer att behöva en känsla av äventyr, DIY -anda och hacker -nyfikenhet. Hardcore DIY -elektronik är inte en trivial strävan, och HackerBoxes vattnas inte. Målet är framsteg, inte perfektion. När du fortsätter och njuter av äventyret kan stor tillfredsställelse härledas från att lära dig ny teknik och förhoppningsvis få några projekt att fungera. Vi föreslår att du tar varje steg långsamt, tänker på detaljerna och var inte rädd för att be om hjälp.

Det finns en mängd information för nuvarande och potentiella medlemmar i HackerBoxes FAQ.

Steg 2: Välkommen till Sub-GHz-radio

Cue -musik: Radio KAOS

Sub-GHz-teknik är ett idealiskt val för trådlösa applikationer som kräver lång räckvidd och låg strömförbrukning. Smalbandssändningar kan överföra data till avlägsna nav, ofta flera mil bort, utan att hoppa från nod till nod. Denna långdistansöverföringsförmåga minskar behovet av flera dyra basstationer eller repeaters. Proprietära sub-GHz-protokoll gör det möjligt för utvecklare att optimera sin trådlösa lösning till sina specifika behov istället för att följa en standard som kan sätta ytterligare begränsningar för nätverksimplementering. Medan många befintliga sub-GHz-nätverk använder proprietära protokoll, lägger industrin långsamt till standardbaserade, driftskompatibla system. Till exempel blir IEEE 802.15.4g-standarden populär i hela världen och antas av olika branschallianser som Wi-SUN och ZigBee.

Några intressanta frekvenser att utforska inkluderar: 88-108 MHz FM BroadcastNOAA Weather RadioAir Traffic Control315 MHz Keyless Entry Fob (de flesta amerikanska bilar) 2m Ham Calling (SSB: 144.200 MHz, FM: 146.52 MHz) 433 MHz ISM/IoT902-928 MHZ ISM/ IoT

Olika moduleringsscheman används för olika typer av radiokommunikation på dessa frekvenser. Ta några minuter att bekanta dig med grunderna.

Steg 3: Software Defined Radio (SDR) -mottagare

Traditionella radiokomponenter (såsom modulatorer, demodulatorer och tuners) implementeras med hjälp av en samling hårdvaruenheter. Tillkomsten av modern dator och analog-till-digital-omvandlare (ADC) gör att de flesta av dessa traditionellt hårdvarubaserade komponenter kan implementeras i programvara istället. Därför är termen programvarudefinierad radio (SDR). Datorbaserade SDR ger implementering av billiga, bredbandiga radiomottagare.

RTL-SDR är en USB-dongel som kan användas som en datorbaserad radiomottagare för mottagning av levande radiosignaler. Ett brett spektrum av information är tillgänglig online för att experimentera med RTL-SDR-teknik, inklusive en snabbstartguide.

Steg 4: RTL-SDR USB Dongle Hardware

RTL2832U är en högpresterande DVB-T COFDM-demodulator som stöder ett USB 2.0-gränssnitt. RTL2832U stöder 2K- eller 8K -läge med 6, 7 och 8 MHz bandbredd. Modulationsparametrar, t.ex. kodhastighet och vaktintervall, detekteras automatiskt. RTL2832U stöder tuners vid IF (mellanfrekvens, 36,125 MHz), låg-IF (4,57 MHz) eller Zero-IF-utgång med en 28,8 MHz kristall och inkluderar FM/DAB/DAB+ radiostöd. Inbyggd med en avancerad ADC (analog-till-digital-omvandlare) har RTL2832U hög stabilitet vid bärbar mottagning. R820T2 Digital Tuner stöder drift i intervallet 24 - 1766 MHz.

Observera att SDR -dongeln har en MCX -koaxial RF -ingång för att koppla ihop med den medföljande MCX -piskantennen. Eftersom många vanliga signalkällor och antenner använder SMA-koaxialkontakter kan en MCX-SMA-kopplare vara användbar.

Steg 5: SDR -programvara - GNU Radio

GNU Radio är en fri och öppen källkod för mjukvaruutveckling som tillhandahåller signalbehandlingsblock för att implementera programvaroradioer. Den kan användas med lättillgänglig extern RF-hårdvara för att skapa programvarudefinierade radioapparater. GNU Radio används ofta i hobby-, akademiska och kommersiella miljöer för att stödja både forskning om trådlös kommunikation och verkliga radiosystem.

Det finns många smaker och implementeringar av GNU Radio. GQRX är en trevlig variant för OSX- och Linux -användare.

Steg 6: Mobil SDR

SDR Touch kan göra din mobiltelefon eller surfplatta till en prisvärd och bärbar programvarudefinierad radioskanner. Lyssna på live FM -radiostationer, väderrapporter, polis, brandkår och nödstationer, taxitrafik, flygplanskommunikation, ljud från analoga TV -sändningar, HAM -radioamatörer, digitala sändningar och många fler.

En on-the-go (OTG) USB-kabel eller adapter krävs för att ansluta SDR USB-dongeln till en mobil enhet. En OTG -kabel med en extra (extra) strömport kan behövas för att driva dongeln. En extra strömport kan vara en bra idé oavsett, eftersom en app som SDR Touch är benägen att snabbt tömma batterierna för mobila enheter.

Steg 7: Mikrofonsändarsats

Denna lödningssats är en enkel tre-transistor frekvensmodulerande (FM) ljudsändare. Den fungerar i frekvensområdet 80MHz-108MHz tilldelat för FM-sändningsradio. Sändarens arbetsspänning är 1,5V-9V och den överför över 100 meter beroende på levererad effekt, antennkonfiguration, inställning och omgivande elektromagnetiska faktorer.

Satsens innehåll:

• PCB
• ONE 500KOhm Trimmer Pot
• TVÅ NPN 9018 -transistorer
• ONE NPN 9014 Transistor
• ONE 4.5 varv induktor (4T5)
• TVÅ 5,5 varv induktorer (5T5)
• EN Electret -mikrofon
• ONE 1M motstånd (BrownBlackGreen)
• TVÅ 22K -resistorer (RedRedOrange)
• Fyra 33ohm -resistorer (OrangeOrangeBlack)
• TRE 2.2K (2K2) motstånd (RedRedRed)
• ONE 33uF elektrolytkåpa
• FYRA 30pF keramiska kondensatorer “30”
• FYRA 100nF keramiska kondensatorer “104”
• ONE 10nF keramisk kondensator “103”
• TVÅ 680pF keramiska kondensatorer “681”
• TVÅ 10pF keramiska kondensatorer “10”
• Antenntråd
• 9V batteriklämma
• Header Pins (bryt till 2 och 3 pins)

Observera att de tre transistorerna, mikrofonen och den ena elektrolytkondensatorn måste orienteras så som visas på PCB -silkscreen. Induktorerna och de keramiska kondensatorerna är inte polariserade. Även om värdena och typerna inte är utbytbara kan var och en infogas i båda riktningarna.

Om du är ny på lödning: Det finns många bra guider och videor online om lödning. Här är ett 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.

Steg 8: Design av mikrofonsändarsatsen

En ingångsljudsignal kan samlas in av den inbyggda elektretmikrofonen eller tillhandahållas från en annan elektrisk källa till ingångsspetsarna. Mikrofonledningarna kan förlängas med hjälp av tråd eller trimmade ledningar från andra komponenter för att möjliggöra anslutning till kretskortet. Mikrofonledningen ansluten till mikrofonens yttre hölje är den negativa ledningen som visas på bilden.

Vid transistorn Q1 uppnås frekvensmodulering när en bäraroscillatorfrekvens modifieras av ljudsignalen. Trimmerpotentiometern kan användas för att justera ingångsdämpning av ljudsignalen. Ljudsignalen kopplas till basen på transistorn Q1 via C2.

Transistorn Q2 (tillsammans med R7, R8, C4, C5, L1, C8 och C7) tillhandahåller högfrekvensoscillatorn. C8 är återkopplingskondensatorn. C7 är DC-blockerande kondensator. C5 och L1 tillhandahåller resonansbehållaren för oscillatorn. Om du ändrar värdena för C5 och/eller L1 ändras sändningsfrekvensen. Efter den första monteringen är standardöverföringsfrekvensen cirka 83 MHz. Försiktigt spridning av spolen L1 en liten bit kommer att ändra värdet på induktorn L1 och flytta överföringsfrekvensen i enlighet därmed. Att hålla frekvensen runt 88MHz-108MHz gör att signalen kan tas emot med vilken FM-radio som helst, inklusive SDR-mottagaren.

Transistorn Q3 (tillsammans med R9, R10, L2, C10 och C1) bildar en högfrekvent effektförstärkarkrets. Den modulerade signalen kopplas till förstärkningskretsen genom kondensatorn C6. C10 och L2 bildar en förstärkningsinställningstank. Maximal uteffekt uppnås när förstärkningsslingan för C10 och L2 är inställd på samma frekvens som bäraroscillatorslingan för C5 och L1.

Slutligen tillhandahåller C12 och L3 antenn -turing där den förstärkta signalen drivs in i en trådantenn för överföring som radiofrekventa elektromagnetiska vågor.

Steg 9: Receiversats för frekvensmodulering (FM)

Detta FM -mottagarsats är baserat på HEX3653 -chipet, som är en mycket integrerad FM -demodulator.

Satsen innehåller:

• PCB
• U1 HEX3653 Chip SMD 16pin
• Q1 SS8050 NPN -transistor
• L1 Induktor 100uH
• Y1 32.768KHz Crystal
• R1, R2, R3, R4 Motstånd 10KOhm
• C1, C2 elektrolytkondensatorer 100uF
• C3, C5 keramiska kondensatorer (104) 0.1uF
• C4 keramisk kondensator (33) 33pF
• D1, D2 1N4148 Dioder
• Gul LED
• Ljudtelefonkontakt 3,5 mm
• Fyrstiftshuvud med tröja
• Fem tillfälliga tryckknappar
• Dubbel AA -batterihållare

HEX3653-mottagarchipet fungerar över frekvensområdet 76MHz-108MHz, som tilldelas FM-sändningsradio.

Satsen innehåller fem tryckknappar:

• Frekvensinställning (SEEK +, SEEK-)
• Volymkontroll (VOL +, VOL-)
• Effekt (PW)

Kretsen har en arbetsspänning på 1,8-3,6V, som enkelt levereras av två 1,5V-celler.

Steg 10: Utformning av HEX3653 FM -mottagarsats

Det finns två alternativ för en antenningång.

En tråd kan fästas på "A" -kudden på kretskortet eller så kan skärmningen av hörlursledningen fungera som antenn.

Fyrstiftshuvudet fungerar som en antennomkopplare (märkt ASW). Placering av kortslutningsbygeln på ASW väljer mellan de två antenningångarna. Kortslutningsstift 1 och 2 leder den externa antennens "A" -signal till stift fyra på HEX3653 -chipet. Alternativt leder kortstift 2 och 3 skärmstiftet på hörlursuttaget till stift fyra på HEX3653 -chipet.

Stift fyra på HEX3653 -chipet är radiofrekvens (RF) -ingången till mottagarchipet. Den valda RF -signalen går först genom L1 och C4 som fungerar som ett filter. Sedan används två klippdioder för att begränsa överdriven ingångsspänning.

Den fempoliga rubriken (märkt B) gör att mottagarmodulen kan integreras i ett annat system. Det finns två stift för strömförsörjningsingång (+V, jord) och tre för ljudutgång (höger, vänster, jord).

Steg 11: Montering av HEX3653 FM -mottagarsats

De tre keramiska kondensatorerna och kristallen är inte polariserade och kan sättas in i vilken orientering som helst. De är inte utbytbara, men de kan var och en roteras i sin orientering. Alla andra komponenter måste monteras i enlighet med orienteringen som anges på PCB -silkscreen. Som vanligt är det bäst att börja med SMD -chipet och sedan flytta till de minsta/kortaste komponenterna som arbetar från mitten av kretskortet mot kanterna. Fäst huvuden, ljuduttaget och batterihållaren sist.

Steg 12: CCStick

CCStick är en Texas Instruments CC1101 sub-GHz radiosändtagarmodul kopplad till en Arduino ProMicro. Två CCStick -kit ingår i HackerBox #0034 för användning som två slutpunkter för en kommunikationslänk eller i någon annan kommunikationskonfiguration.

Texas Instruments CC1101 (datablad) är en lågkostnads-sub-GHz-sändtagare avsedd för trådlösa applikationer med mycket låg effekt. Kretsen är huvudsakligen avsedd för Industrial, Scientific och Medical (ISM) och Short Range Device (SRD) frekvensband vid 315, 433, 868 och 915 MHz, men kan enkelt programmeras för drift vid andra frekvenser i 300- 348 MHz, 387-464 MHz och 779-928 MHz band. RF -sändtagaren är integrerad med ett mycket konfigurerbart basbandsmodem. Modemet stöder olika moduleringsformat och har en konfigurerbar datahastighet upp till 600 kbps.

Steg 13: Arduino ProMicro 3.3V 8MHz

Arduino ProMicro är baserad på ATmega32U4 mikrokontroller som har ett inbyggt USB -gränssnitt. Det betyder att det inte finns någon FTDI, PL2303, CH340 eller något annat chip som fungerar som mellanhand mellan din dator och Arduino -mikrokontrollern.

Vi föreslår att du först testar Pro Micro utan att löda stiften på plats. Du kan utföra den grundläggande konfigurationen och testningen utan att använda rubrikstiften. Fördröjning av lödning på modulen ger också en mindre variabel att felsöka om du skulle stöta på några komplikationer.

Om du inte har Arduino IDE installerat på din dator, börja med att ladda ner IDE -formuläret arduino.cc. VARNING: Var noga med att välja 3.3V -versionen under verktyg> processor innan du programmerar Pro Micro. Att ha den här uppsättningen för 5V kommer att fungera en gång och då verkar det som om enheten aldrig kommer att ansluta till din dator förrän du följer instruktionerna "Återställ till bootloader" i guiden som diskuteras nedan, vilket kan vara lite knepigt.

Sparkfun har en bra Pro Micro Hookup Guide. Kopplingsguiden har en detaljerad översikt över Pro Micro -kortet och sedan ett avsnitt för "Installera: Windows" och ett avsnitt för "Installera: Mac och Linux." Följ anvisningarna i lämplig version av dessa installationsanvisningar för att få din Arduino IDE konfigurerad för att stödja Pro Micro. Vi börjar vanligtvis arbeta med ett Arduino -kort genom att ladda och/eller ändra standard Blink -skissen. Pro Micro innehåller dock inte den vanliga lysdioden på stift 13. Lyckligtvis kan vi styra RX/TX -lysdioderna och Sparkfun har gett en snygg liten skiss för att visa hur. Detta finns i avsnittet i anslutningsguiden med titeln "Exempel 1: Blinkar!" Kontrollera att du kan kompilera och ladda ner denna Blinkies! exempel innan du går vidare.

Steg 14: Design och drift av CCStick

CC1101 -modulen och Arduino ProMicro sätts in på siden på CCStick -kretskortet. Med andra ord är de två mindre modulerna på sidan av det röda kretskortet som har vit färg på sig och stiften sticker ut från sidan som inte har någon vit färg på sig. Den vita färgen kallas PCB -silkscreen.

Spåren i det röda kretskortet ansluter CC1101 -modulen och Arduino ProMicro så här:

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 snabb start för CC1101 är att använda biblioteket från Elechouse. Ladda ner biblioteket genom att klicka på länken "få kod" på den sidan.

Skapa en mapp för CC1101 i din Arduino Libraries -mapp. Placera de två ELECHOUSE_CC1101 -filerna (.cpp och.h) i den mappen. Skapa också en exempelmapp i den mappen och placera de tre demo-/exempelmapparna där.

Uppdatera stiftdefinitionerna i filen ELECHOUSE_CC1101.h så här:

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

Lägg sedan exempelfilen CC1101_RX på en CCStick och exempelfilen CC1101_TX på den andra CCStick.

Det finns ett antal andra intressanta resurser och projekt för CC1101 -sändtagaren inklusive följande exempel:

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

OBS OM ANVÄNDNING AV AVBROTT:

För att prova Elechouse -exempelskissen CC1101_RXinterruprt, anslut två stift på Arduino ProMicro på undersidan av CCStick -kretskortet. Dessa är stift 7 och 19 (A1) som ansluter sändtagaren GDO0 -signal till stift 7 på mikrokontrollern, som är en av de externa avbrottsstiftarna. Uppdatera sedan en av stiftdefinieringsraderna som diskuterats ovan till "#define GDO0 7 // och 19" eftersom GDO0 nu hoppas från pin 19 till pin 7. Nästa, i filen CC1101_RXinterruprt, hitta linjesamtalsfunktionen attachInterrupt () och ändra den första parametern (avbrottsnummer) från "0" till "4". Detta görs eftersom stift 7 i ProMicro är associerat med avbrott #4.

Steg 15: HACKA PLANET

Om du har tyckt om den här instruktionsboken och vill ha en cool låda med hackbar elektronik och datatekniska projekt som faller ner i din brevlåda varje månad, var vänlig gå med i revolutionen genom att surfa över till HackerBoxes.com och prenumerera på att få vår månatliga överraskningsbox.

Nå ut och dela din framgång i kommentarerna nedan eller på HackerBoxes Facebook -sida. Hör av dig till oss om du har några frågor eller behöver hjälp med något. Tack för att du är en del av HackerBoxes!