HackerBox 0034: SubGHz - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:16

Diesen Monat erforschen HackerBox-Hacker Software Defined Radio (SDR) und Funkkommunikation auf Frequenzen unter 1 GHz. Dieses Instructable enthält Informationen für die ersten Schritte mit HackerBox #0034, die hier gekauft werden können, solange der Vorrat reicht. Wenn Sie jeden Monat eine solche HackerBox direkt in Ihre Mailbox erhalten möchten, abonnieren Sie bitte HackerBoxes.com und schließen Sie sich der Revolution an!

Themen und Lernziele für HackerBox 0034:

• Konfiguration und Verwendung von SDR-Funkempfängern
• Mobile SDR-Operationen
• Zusammenbau des CCStick Sub-GHz-Transceivers
• Programmierung des CCSticks mit Arduino ProMicros
• Zusammenbau von FM-Audiosendern und -empfängern

HackerBoxes ist der monatliche Abo-Box-Service für DIY-Elektronik und Computertechnik. Wir sind Bastler, Macher und Experimentatoren. Wir sind die Träumer der Träume. HACK DEN PLANETEN!

Schritt 1: HackerBox 0034: Lieferumfang

• USB Software Defined Radio (SDR)-Empfänger
• MCX-Antenne für SDR-Empfänger
• Zwei CCStick-Leiterplatten
• Zwei CC1101 Transceiver mit Antennen
• Zwei Arduino ProMicros 3.3V 8MHz
• FM-Audio-Sender-Kit
• FM-Audioempfänger-Kit
• MicroUSB-Kabel
• Exklusiver Radiooszillator "Hertz" Pin

Einige andere Dinge, die hilfreich sein werden:

• Lötkolben, Lötzinn und grundlegende Lötwerkzeuge
• Computer zum Ausführen von Softwaretools

Am wichtigsten sind Abenteuerlust, DIY-Geist und Hacker-Neugier. Hardcore-DIY-Elektronik ist kein triviales Unterfangen, und HackerBoxes werden nicht verwässert. Das Ziel ist Fortschritt, nicht Perfektion. Wenn Sie hartnäckig bleiben und das Abenteuer genießen, können Sie viel Befriedigung daraus ziehen, neue Technologien zu lernen und hoffentlich einige Projekte zum Laufen zu bringen. Wir empfehlen, jeden Schritt langsam zu machen, die Details zu beachten und keine Angst davor zu haben, um Hilfe zu bitten.

In den HackerBoxes FAQ finden Sie eine Fülle von Informationen für aktuelle und zukünftige Mitglieder.

Schritt 2: Willkommen beim Sub-GHz-Radio

Stichwort Musik: Radio KAOS

Die Sub-GHz-Technologie ist die ideale Wahl für drahtlose Anwendungen, die eine hohe Reichweite und einen geringen Stromverbrauch erfordern. Schmalbandübertragungen können Daten an entfernte Hubs übertragen, die oft mehrere Meilen entfernt sind, ohne von Knoten zu Knoten zu springen. Diese Langstreckenübertragungsfähigkeit reduziert den Bedarf an mehreren teuren Basisstationen oder Repeatern. Proprietäre Sub-GHz-Protokolle ermöglichen es Entwicklern, ihre drahtlose Lösung für ihre spezifischen Anforderungen zu optimieren, anstatt sich an einen Standard zu halten, der die Netzwerkimplementierung möglicherweise zusätzlich einschränkt. Während viele bestehende Sub-GHz-Netzwerke proprietäre Protokolle verwenden, fügt die Industrie langsam standardbasierte, interoperable Systeme hinzu. So gewinnt beispielsweise der Standard IEEE 802.15.4g weltweit an Popularität und wird von verschiedenen Branchenallianzen wie Wi-SUN und ZigBee übernommen.

Einige interessante Frequenzen, die es zu erkunden gilt, sind: 88-108 MHz FM BroadcastNOAA Weather RadioAir Traffic Control315 MHz Keyless Entry Fob (die meisten amerikanischen Autos)2m Ham Calling (SSB: 144.200 MHz, FM: 146.52 MHz)433 MHz ISM/IoT902-928 MHZ ISM/ IoT

Für verschiedene Arten von Funkkommunikationen auf diesen Frequenzen werden verschiedene Modulationsschemata verwendet. Nehmen Sie sich ein paar Minuten Zeit, um sich mit den Grundlagen vertraut zu machen.

Schritt 3: Software Defined Radio (SDR)-Empfänger

Herkömmliche Radiokomponenten (wie Modulatoren, Demodulatoren und Tuner) werden unter Verwendung einer Sammlung von Hardwaregeräten implementiert. Das Aufkommen moderner Computer und Analog-Digital-Wandler (ADCs) ermöglicht es, die meisten dieser traditionell hardwarebasierten Komponenten stattdessen in Software zu implementieren. Daher der Begriff Software Defined Radio (SDR). Computerbasiertes SDR ermöglicht die Implementierung kostengünstiger Breitband-Funkempfänger.

Der RTL-SDR ist ein USB-Dongle, der als computerbasierter Funkempfänger zum Empfang von Live-Radiosignalen verwendet werden kann. Zum Experimentieren mit der RTL-SDR-Technologie stehen online zahlreiche Informationen inklusive einer Kurzanleitung zur Verfügung.

Schritt 4: RTL-SDR-USB-Dongle-Hardware

Der RTL2832U ist ein leistungsstarker DVB-T COFDM-Demodulator, der eine USB 2.0-Schnittstelle unterstützt. Der RTL2832U unterstützt den 2K- oder 8K-Modus mit 6, 7 und 8 MHz Bandbreite. Modulationsparameter, z. B. Coderate und Schutzintervall, werden automatisch erkannt. Der RTL2832U unterstützt Tuner bei ZF (Zwischenfrequenz, 36,125 MHz), Low-IF (4,57 MHz) oder Zero-IF-Ausgang mit einem 28,8-MHz-Quarz und bietet FM/DAB/DAB+-Radiounterstützung. Eingebettet in einen fortschrittlichen ADC (Analog-to-Digital-Converter) bietet der RTL2832U eine hohe Stabilität beim tragbaren Empfang. Der R820T2 Digital Tuner unterstützt den Betrieb im Bereich von 24 – 1766 MHz.

Beachten Sie, dass der SDR-Dongle über einen koaxialen MCX-HF-Eingang zur Kopplung mit der mitgelieferten MCX-Peitschenantenne verfügt. Da viele gängige Signalquellen und Antennen SMA-Koaxialstecker verwenden, kann ein MCX-SMA-Koppler nützlich sein.

Schritt 5: SDR-Software - GNU-Radio

GNU Radio ist ein kostenloses Open-Source-Toolkit für die Softwareentwicklung, das Signalverarbeitungsblöcke zur Implementierung von Softwareradios bereitstellt. Es kann mit leicht verfügbarer externer HF-Hardware verwendet werden, um softwaredefinierte Funkgeräte zu erstellen. GNU Radio wird häufig in Hobby-, akademischen und kommerziellen Umgebungen verwendet, um sowohl die drahtlose Kommunikationsforschung als auch reale Funksysteme zu unterstützen.

Es gibt viele Varianten und Implementierungen von GNU Radio. GQRX ist eine schöne Variante für OSX- und Linux-Benutzer.

Schritt 6: Mobile SDR

SDR Touch kann Ihr Mobiltelefon oder Tablet in einen erschwinglichen und tragbaren softwaredefinierten Funkscanner verwandeln. Hören Sie live UKW-Radiosender, Wetterberichte, Polizei-, Feuerwehr- und Notrufstationen, Taxiverkehr, Flugzeugkommunikation, Audio von analogen Fernsehsendungen, HAM-Funkamateure, digitale Sendungen und vieles mehr.

Zum Anschließen des SDR-USB-Dongles an ein mobiles Gerät ist ein USB-Kabel oder -Adapter für unterwegs (OTG) erforderlich. Möglicherweise ist ein OTG-Kabel mit einem zusätzlichen (Hilfs-)Stromanschluss erforderlich, um den Dongle mit Strom zu versorgen. Ein zusätzlicher Stromanschluss kann trotzdem eine gute Idee sein, da eine App wie SDR Touch dazu neigt, die Batterien mobiler Geräte schnell zu entladen.

Schritt 7: Mikrofon-Sender-Kit

Dieses Lötkit ist ein einfacher frequenzmodulierender (FM) Audiosender mit drei Transistoren. Es arbeitet im Frequenzbereich von 80 MHz bis 108 MHz, der für FM-Rundfunk zugeteilt ist. Die Betriebsspannung des Senders beträgt 1,5 V bis 9 V und er sendet über 100 Meter, abhängig von der gelieferten Stromversorgung, der Antennenkonfiguration, der Abstimmung und den elektromagnetischen Umgebungsfaktoren.

Kit-Inhalt:

• PCB
• EIN 500KOhm Trimmer Pot
• ZWEI NPN 9018 Transistoren
• EIN NPN 9014 Transistor
• EIN Induktor mit 4,5 Umdrehungen (4T5)
• ZWEI 5,5 Windungen Induktoren (5T5)
• EIN Elektret-Mikrofon
• EIN 1M Widerstand (BraunSchwarzGrün)
• ZWEI 22K Widerstände (RedRedOrange)
• VIER 33 Ohm Widerstände (OrangeOrangeSchwarz)
• DREI 2,2K (2K2) Widerstände (RedRedRed)
• EINE 33uF Elektrolytkappe
• VIER 30pF Keramikkondensatoren „30“
• VIER 100nF Keramikkondensatoren „104“
• EIN 10nF Keramikkondensator „103“
• ZWEI 680pF Keramikkondensatoren „681“
• ZWEI 10pF Keramikkondensatoren „10“
• Antennenkabel
• 9V Batterieklemme
• Header-Pins (auf 2 und 3 Pins brechen)

Beachten Sie, dass die drei Transistoren, das Mikrofon und der eine Elektrolytkondensator wie auf dem PCB-Siebdruck gezeigt ausgerichtet werden müssen. Die Induktivitäten und Keramikkondensatoren sind nicht polarisiert. Die Werte und Typen sind zwar nicht austauschbar, können jedoch in jeder Ausrichtung eingefügt werden.

Wenn Sie neu im Löten sind: Es gibt viele tolle Anleitungen und Videos online zum Thema Löten. Hier ist ein Beispiel. Wenn Sie das Gefühl haben, dass Sie zusätzliche Hilfe benötigen, versuchen Sie, eine lokale Maker-Gruppe oder einen Hacker-Space in Ihrer Nähe zu finden. Außerdem sind Amateurfunkclubs immer ausgezeichnete Quellen für Elektronikerfahrungen.

Schritt 8: Design des Mikrofon-Sender-Kits

Ein Eingangsaudiosignal kann vom integrierten Elektretmikrofon gesammelt oder von einer anderen elektrischen Quelle an die Eingangs-Header-Pins geliefert werden. Die Mikrofonkabel können mit Drähten oder abgeschnittenen Kabeln von anderen Komponenten verlängert werden, um eine Verbindung mit der Leiterplatte zu ermöglichen. Das am Außengehäuse des Mikrofons angeschlossene Mikrofonkabel ist das Minuskabel, wie in der Abbildung gezeigt.

Am Transistor Q1 wird eine Frequenzmodulation erreicht, wenn eine Trägeroszillatorfrequenz durch das Audiosignal modifiziert wird. Das Trimmerpotentiometer kann verwendet werden, um die Eingangsdämpfung des Audiosignals einzustellen. Das Audiosignal wird über C2 an die Basis des Transistors Q1 gekoppelt.

Der Transistor Q2 (zusammen mit R7, R8, C4, C5, L1, C8 und C7) liefert den Hochfrequenzoszillator. C8 ist der Rückkopplungskondensator. C7 ist der DC-Sperrkondensator. C5 und L1 bilden den Resonanztank für den Oszillator. Eine Änderung der Werte von C5 und/oder L1 ändert die Sendefrequenz. Nach der Erstmontage beträgt die Standard-Sendefrequenz etwa 83 MHz. Durch sanftes Spreizen der Windungen der Spule L1 wird der Wert der Induktivität L1 geändert und die Sendefrequenz entsprechend verschoben. Wenn Sie die Frequenz zwischen 88 MHz und 108 MHz halten, kann das Signal mit jedem FM-Radio, einschließlich des SDR-Empfängers, empfangen werden.

Der Transistor Q3 (zusammen mit R9, R10, L2, C10 und C1) bildet eine Hochfrequenz-Leistungsverstärkerschaltung. Das modulierte Signal wird über den Kondensator C6 an die Verstärkerschaltung gekoppelt. C10 und L2 bilden einen Verstärkungs-Abstimmtank. Die maximale Ausgangsleistung wird erreicht, wenn die Verstärkungsschleife von C10 und L2 auf dieselbe Frequenz wie die Trägeroszillatorschleife von C5 und L1 abgestimmt sind.

Schließlich stellen C12 und L3 eine Antennensteuerung bereit, bei der das verstärkte Signal zur Übertragung als elektromagnetische Hochfrequenzwellen in eine Drahtantenne geleitet wird.

Schritt 9: Frequenzmodulation (FM)-Empfänger-Kit

Dieses FM-Empfänger-Kit basiert auf dem HEX3653-Chip, einem hochintegrierten FM-Demodulator.

Das Set beinhaltet:

• PCB
• U1 HEX3653 Chip SMD 16pin
• Q1 SS8050 NPN-Transistor
• L1 Induktivität 100uH
• Y1 32,768KHz Quarz
• R1, R2, R3, R4 Widerstände 10KOhm
• C1, C2 Elektrolytkondensatoren 100uF
• C3, C5 Keramikkondensatoren (104) 0.1uF
• C4 Keramikkondensator (33) 33pF
• D1, D2 1N4148 Dioden
• Gelbe LED
• Audio-Telefonbuchse 3,5 mm
• Vier-Pin-Header mit Jumper
• Fünf momentane Drucktasten
• Dual AA Batteriehalter

Der HEX3653-Empfängerchip arbeitet im Frequenzbereich von 76 MHz bis 108 MHz, der dem UKW-Rundfunk zugewiesen ist.

Das Kit enthält fünf Drucktasten:

• Frequenzabstimmung (SEEK+, SEEK-)
• Lautstärkeregelung (VOL+, VOL-)
• Leistung (PW)

Die Schaltung hat eine Arbeitsspannung von 1,8-3,6V, die problemlos von zwei 1,5V-Zellen versorgt wird.

Schritt 10: Design des HEX3653 FM-Empfänger-Kits

Es gibt zwei Möglichkeiten für einen Antenneneingang.

Am „A“-Pad auf der Platine kann ein Draht befestigt werden oder die Abschirmung des Kopfhörerkabels kann als Antenne dienen.

Der vierpolige Header dient als Antennenschalter (beschriftet mit ASW). Die Platzierung des Kurzschluss-Jumpers auf ASW wählt zwischen den beiden Antenneneingängen. Das Kurzschließen der Pins 1 und 2 leitet das Signal der externen Antenne "A" an Pin vier des HEX3653-Chips. Alternativ führt das Kurzschließen der Pins 2 und 3 den Schirmpin der Kopfhörerbuchse zu Pin vier des HEX3653-Chips.

Pin vier des HEX3653-Chips ist der Hochfrequenzeingang (RF) zum Empfängerchip. Das ausgewählte HF-Signal geht zuerst durch L1 und C4, die als Filter wirken. Dann werden zwei Clipping-Dioden verwendet, um eine übermäßige Eingangsspannung zu begrenzen.

Die fünfpolige Stiftleiste (beschriftet mit B) ermöglicht die Integration des Empfängermoduls in ein anderes System. Es gibt zwei Pins für den Stromversorgungseingang (+V, Masse) und drei für den Audioausgang (rechts, links, Masse).

Schritt 11: Zusammenbau des HEX3653 FM-Empfänger-Kits

Die drei Keramikkondensatoren und der Kristall sind nicht polarisiert und können in beliebiger Ausrichtung eingesetzt werden. Sie sind nicht austauschbar, aber sie können jeweils in ihrer Ausrichtung gedreht werden. Alle anderen Komponenten müssen entsprechend der auf dem PCB-Siebdruck angegebenen Ausrichtung montiert werden. Beginnen Sie wie üblich am besten mit dem SMD-Chip und gehen Sie dann von der Mitte der Leiterplatte zu den Rändern hin zu den kleinsten/kürzesten Bauteilen über. Bringen Sie die Header, die Audiobuchse und den Batteriehalter zuletzt an.

Schritt 12: CCStick

Der CCStick ist ein Texas Instruments CC1101 Sub-GHz-Funk-Transceiver-Modul, das mit einem Arduino ProMicro gekoppelt ist. HackerBox #0034 enthält zwei CCStick-Kits zur Verwendung als zwei Endpunkte einer Kommunikationsverbindung oder in einer anderen Kommunikationskonfiguration.

Der Texas Instruments CC1101 (Datenblatt) ist ein kostengünstiger Sub-GHz-Transceiver, der für drahtlose Anwendungen mit sehr geringem Stromverbrauch entwickelt wurde. Die Schaltung ist hauptsächlich für die Frequenzbänder Industrial, Scientific and Medical (ISM) und Short Range Device (SRD) bei 315, 433, 868 und 915 MHz vorgesehen, kann aber problemlos für den Betrieb bei anderen Frequenzen im 300- 348-MHz-, 387-464-MHz- und 779-928-MHz-Bänder. Der HF-Transceiver ist in ein hochkonfigurierbares Basisbandmodem integriert. Das Modem unterstützt verschiedene Modulationsformate und hat eine konfigurierbare Datenrate von bis zu 600 kbps.

Schritt 13: Arduino ProMicro 3.3V 8MHz

Das Arduino ProMicro basiert auf dem Mikrocontroller ATmega32U4, der über eine integrierte USB-Schnittstelle verfügt. Dies bedeutet, dass kein FTDI, PL2303, CH340 oder ein anderer Chip als Vermittler zwischen Ihrem Computer und dem Arduino-Mikrocontroller fungiert.

Wir empfehlen, das Pro Micro zuerst zu testen, ohne die Pins einzulöten. Sie können die Grundkonfiguration und den Test durchführen, ohne die Stiftleisten zu verwenden. Außerdem gibt das Verzögern des Lötens auf dem Modul eine Variable weniger zum Debuggen, falls Sie auf irgendwelche Komplikationen stoßen.

Wenn Sie die Arduino IDE nicht auf Ihrem Computer installiert haben, laden Sie zunächst das IDE-Formular arduino.cc herunter. WARNUNG: Stellen Sie sicher, dass Sie die 3,3-V-Version unter Tools > Prozessor auswählen, bevor Sie den Pro Micro programmieren. Wenn Sie diese Einstellung für 5 V haben, funktioniert es einmal und das Gerät scheint sich nie mit Ihrem PC zu verbinden, bis Sie die Anweisungen zum Zurücksetzen auf Bootloader in der unten besprochenen Anleitung befolgen, was ein wenig schwierig sein kann.

Sparkfun hat einen großartigen Pro Micro Hookup Guide. Die Hookup-Anleitung enthält eine detaillierte Übersicht über das Pro Micro-Board und dann einen Abschnitt für "Installieren: Windows" und einen Abschnitt für "Installieren: Mac & Linux". Befolgen Sie die Anweisungen in der entsprechenden Version dieser Installationsanweisungen, um Ihre Arduino-IDE für die Unterstützung des Pro Micro zu konfigurieren. Normalerweise beginnen wir mit der Arbeit mit einem Arduino-Board, indem wir die Standard-Blink-Skizze laden und/oder ändern. Allerdings enthält das Pro Micro nicht die übliche LED an Pin 13. Zum Glück können wir die RX/TX-LEDs ansteuern und Sparkfun hat eine nette kleine Skizze bereitgestellt, um zu demonstrieren, wie das geht. Dies steht im Abschnitt des Hookup Guides mit dem Titel "Beispiel 1: Blinkies!" Stellen Sie sicher, dass Sie diese Blinkies kompilieren und herunterladen können! Beispiel, bevor Sie weitermachen.

Schritt 14: Aufbau und Betrieb des CCStick

Das CC1101-Modul und das Arduino ProMicro werden auf die Siebdruckseite der CCStick-Platine gesteckt. Mit anderen Worten, die beiden kleineren Module befinden sich auf der Seite der roten Platine, die weiß lackiert ist, und die Pins ragen von der Seite heraus, die keine weiße Farbe hat. Die weiße Farbe wird PCB-Siebdruck genannt.

Die Spuren in der roten Platine verbinden das CC1101-Modul und Arduino ProMicro wie folgt:

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)

Ein Schnellstart für den CC1101 ist die Nutzung der Bibliothek von Elechouse. Laden Sie die Bibliothek herunter, indem Sie auf dieser Seite auf den Link "Code abrufen" klicken.

Erstellen Sie einen Ordner für CC1101 in Ihrem Arduino Libraries-Ordner. Legen Sie die beiden ELECHOUSE_CC1101-Dateien (.cpp und.h) in diesen Ordner. Erstellen Sie auch einen Beispielordner in diesem Ordner und legen Sie die drei Demo-/Beispielordner darin ab.

Aktualisieren Sie die Pin-Definitionen in der Datei ELECHOUSE_CC1101.h wie folgt:

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

Legen Sie dann die Beispieldatei CC1101_RX auf einen CCStick und die Beispieldatei CC1101_TX auf den zweiten CCStick.

Es gibt eine Reihe weiterer interessanter Ressourcen und Projekte für den CC1101-Transceiver, einschließlich des folgenden Beispiels:

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

HINWEIS ZUR VERWENDUNG VON UNTERBRECHUNGEN:

Um die Elechouse-Beispielskizze CC1101_RXinterruprt zu testen, verbinden Sie zwei Pins des Arduino ProMicro auf der Unterseite der CCStick-Platine. Dies sind die Pins 7 und 19 (A1), die das GDO0-Signal des Transceivers mit Pin 7 des Mikrocontrollers verbinden, der einer der externen Interrupt-Pins ist. Aktualisieren Sie als Nächstes eine der oben besprochenen Pin-Definitionszeilen auf "#define GDO0 7 //and 19", da GDO0 jetzt von Pin 19 auf Pin 7 überbrückt ist ändern Sie den ersten Parameter (Interruptnummer) von "0" auf "4". Dies geschieht, weil Pin 7 des ProMicro mit Interrupt #4 verbunden ist.

Schritt 15: HACK DEN PLANETEN

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