HackerBox 0038: TeknoDactyl: 17 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

HackerBox Hakerzy badają elektroniczne rozpoznawanie odcisków palców i mechaniczne zabawki obrotowe z mikrokontrolerem do montażu powierzchniowego i obwodami LED. Ta instrukcja zawiera informacje, jak zacząć korzystać z HackerBox #0038, który można kupić tutaj do wyczerpania zapasów. Ponadto, jeśli chcesz otrzymywać co miesiąc taki HackerBox bezpośrednio do swojej skrzynki pocztowej, zasubskrybuj na HackerBoxes.com i dołącz do rewolucji!

Tematy i cele edukacyjne dla HackerBox 0038:

• Poznaj elektroniczne rozpoznawanie odcisków palców
• Skonfiguruj i zaprogramuj mikrokontroler Arduino Nano
• Interfejs modułów czytników linii papilarnych do mikrokontrolerów
• Zintegruj czujniki odcisków palców z systemami wbudowanymi
• Ćwicz techniki lutowania powierzchniowego
• Złóż akrylowy projekt spinnera LED fidget
• Skonfiguruj i zaprogramuj mikrokontroler Digispark
• Eksperymentuj z ładunkami wstrzykiwanymi po naciśnięciu klawisza USB

HackerBoxes to miesięczna usługa subskrypcji dla elektroniki DIY i technologii komputerowej. Jesteśmy hobbystami, twórcami i eksperymentatorami. Jesteśmy marzycielami marzeń.

ZHAKUJ PLANETĘ

Krok 1: HackerBox 0038: Zawartość pudełka

• Moduł czujnika odcisków palców
• Arduino Nano 5V 16MHz microUSB
• Zestaw lutowniczy LED Fidget Spinner
• CR1220 Baterie monetowe do zestawu Spinner
• Moduł mikrokontrolera USB Digipark
• Pęsety ESD
• Rozlutownica
• Dwa czterokierunkowe przełączniki poziomu napięcia
• Przedłużacz USB
• Ekskluzywna naklejka na kucie HackerBox
• Ekskluzywna naklejka hakera „Quad Cut Up”
• Ekskluzywna naszywka na krzesło

Kilka innych rzeczy, które będą pomocne:

• Lutownica, lut i podstawowe narzędzia lutownicze
• Topnik lutowniczy (przykład)
• Podświetlana lupa (przykład)
• Komputer do uruchamiania narzędzi programowych
• Palce do kręcenia fidget
• Palce do eksperymentów z odciskami palców

Co najważniejsze, będziesz potrzebować poczucia przygody, ducha hakera, cierpliwości i ciekawości. Budowanie i eksperymentowanie z elektroniką, choć bardzo satysfakcjonujące, może być trudne, trudne, a czasem nawet frustrujące. Celem jest postęp, a nie doskonałość. Kiedy wytrwasz i cieszysz się przygodą, to hobby może przynieść wiele satysfakcji. Zrób każdy krok powoli, pamiętaj o szczegółach i nie bój się prosić o pomoc.

W FAQ HackerBoxes znajduje się mnóstwo informacji dla obecnych i przyszłych członków. Odpowiedzi na prawie wszystkie nietechniczne e-maile, które otrzymujemy, są już tam udzielane, więc naprawdę dziękujemy za poświęcenie kilku minut na przeczytanie FAQ.

Krok 2: Elektroniczne rozpoznawanie odcisków palców

Skanery linii papilarnych to biometryczne systemy bezpieczeństwa do analizy grzbietów tarcia ludzkiego palca, znane również jako odcisk palca (daktylograf). Skanery te są używane w organach ścigania, bezpieczeństwie tożsamości, kontroli dostępu, komputerach i telefonach komórkowych.

Każdy ma ślady na palcach. Nie można ich usunąć ani zmienić. Znaki te mają wzór zwany odciskiem palca. Każdy odcisk palca jest wyjątkowy i różni się od wszystkich innych na świecie. Ponieważ istnieje niezliczona ilość kombinacji, odciski palców stały się idealnym sposobem identyfikacji.

System skanera linii papilarnych ma dwa podstawowe zadania. Najpierw przechwytuje obraz palca. Następnie określa, czy wzór grzbietów i dolin na tym obrazie pasuje do wzoru grzbietów i dolin na wstępnie zeskanowanych obrazach. Tylko określone cechy, które są unikalne dla każdego odcisku palca, są filtrowane i zapisywane jako zaszyfrowany klucz biometryczny lub matematyczna reprezentacja. Nigdy nie zapisuje się obrazu odcisku palca, a jedynie ciąg cyfr (kod binarny), który służy do weryfikacji. Algorytmu nie można odwrócić w celu przekształcenia zakodowanych informacji z powrotem w obraz odcisku palca. To sprawia, że bardzo mało prawdopodobne jest wyodrębnienie lub powielenie użytecznych odcisków palców z zakodowanych informacji o obrazie.

(Wikipedia)

Krok 3: Platforma mikrokontrolera Arduino Nano

Arduino Nano lub podobna płytka mikrokontrolera to doskonały wybór do współpracy z modułami skanera linii papilarnych. Dołączona płytka Arduino Nano jest wyposażona w piny nagłówkowe, ale nie są one przylutowane do modułu. Na razie zostaw szpilki wyłączone. Przeprowadź te wstępne testy modułu Arduino Nano PRZED przylutowaniem pinów nagłówka Arduino Nano. Wszystko, czego potrzeba do następnych kilku kroków, to kabel microUSB i Arduino Nano zaraz po wyjęciu z torby.

Arduino Nano to zminiaturyzowana płytka Arduino do montażu powierzchniowego, przyjazna dla płytek stykowych, ze zintegrowanym portem USB. Jest niesamowicie w pełni funkcjonalny i łatwy do zhakowania.

Cechy:

• Mikrokontroler: Atmel ATmega328P
• Napięcie: 5V
• Cyfrowe piny we/wy: 14 (6 PWM)
• Piny wejścia analogowego: 8
• Prąd DC na pin we/wy: 40 mA
• Pamięć Flash: 32 KB (2 KB dla bootloadera)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• Szybkość zegara: 16 MHz
• Wymiary: 17mm x 43mm

Ten szczególny wariant Arduino Nano to czarna konstrukcja Robotdyn. Interfejs jest przez wbudowany port MicroUSB, który jest kompatybilny z tymi samymi kablami MicroUSB, które są używane w wielu telefonach komórkowych i tabletach.

Arduino Nanos ma wbudowany układ mostka USB/szeregowego. W tym konkretnym wariancie układ mostkowy to CH340G. Zwróć uwagę, że istnieją różne inne typy układów mostków USB/szeregowych używanych na różnych typach płyt Arduino. Te układy umożliwiają komunikację portu USB komputera z interfejsem szeregowym w układzie procesora Arduino.

System operacyjny komputera wymaga sterownika urządzenia do komunikacji z układem USB/szeregowym. Sterownik umożliwia komunikację IDE z płytą Arduino. Konkretny sterownik urządzenia, który jest potrzebny, zależy zarówno od wersji systemu operacyjnego, jak i typu układu USB/szeregowego. Dla układów CH340 USB/Serial dostępne są sterowniki dla wielu systemów operacyjnych (UNIX, Mac OS X lub Windows). Producent CH340 dostarcza te sterowniki tutaj.

Po pierwszym podłączeniu Arduino Nano do portu USB komputera powinna zaświecić się zielona lampka zasilania, a wkrótce po tym niebieska dioda LED powinna zacząć powoli migać. Dzieje się tak, ponieważ Nano jest fabrycznie załadowany programem BLINK, który działa na zupełnie nowym Arduino Nano.

Krok 4: Zintegrowane środowisko programistyczne Arduino (IDE)

Jeśli nie masz jeszcze zainstalowanego Arduino IDE, możesz pobrać je ze strony Arduino.cc

Jeśli chcesz uzyskać dodatkowe informacje wstępne dotyczące pracy w ekosystemie Arduino, zalecamy zapoznanie się z przewodnikiem dla warsztatu HackerBoxes Starter.

Podłącz Nano do kabla MicroUSB, a drugi koniec kabla do portu USB w komputerze, uruchom oprogramowanie Arduino IDE, wybierz odpowiedni port USB w IDE pod narzędzia>port (prawdopodobnie nazwa z wchusb w nim). Wybierz również "Arduino Nano" w IDE w menu narzędzia>płyta.

Na koniec załaduj przykładowy kod:

Plik->Przykłady->Podstawy->Mrugnięcie

W rzeczywistości jest to kod, który został wstępnie załadowany do Nano i powinien teraz działać, aby powoli migać niebieską diodą LED. W związku z tym, jeśli załadujemy ten przykładowy kod, nic się nie zmieni. Zamiast tego zmodyfikujmy nieco kod.

Przyglądając się uważnie, widać, że program włącza diodę, czeka 1000 milisekund (jedna sekunda), wyłącza diodę, czeka kolejną sekundę, a potem robi to wszystko od nowa - na zawsze.

Zmodyfikuj kod, zmieniając obie instrukcje „delay(1000)” na „delay(100)”. Ta modyfikacja spowoduje, że dioda LED będzie migać dziesięć razy szybciej, prawda?

Załadujmy zmodyfikowany kod do Nano, klikając przycisk PRZEŚLIJ (ikona strzałki) tuż nad zmodyfikowanym kodem. Obejrzyj poniżej kod, aby uzyskać informacje o stanie: „kompilowanie”, a następnie „przesyłanie”. W końcu IDE powinno wskazać „Przesyłanie zakończone”, a dioda LED powinna migać szybciej.

Jeśli tak, to gratulacje! Właśnie zhakowałeś swój pierwszy fragment kodu osadzonego.

Po załadowaniu i uruchomieniu wersji z szybkim miganiem, dlaczego nie sprawdzić, czy możesz ponownie zmienić kod, aby dioda LED szybko mignęła dwukrotnie, a następnie odczekać kilka sekund przed powtórzeniem? Spróbuj! Co powiesz na inne wzory? Kiedy już uda Ci się zwizualizować pożądany rezultat, zakodować go i obserwować, jak działa zgodnie z planem, zrobiłeś ogromny krok w kierunku zostania kompetentnym hakerem sprzętowym.

Krok 5: Lutowanie pinów Arduino Nano Header

Teraz, gdy komputer programistyczny został skonfigurowany do ładowania kodu do Arduino Nano, a Nano zostało przetestowane, odłącz kabel USB od Nano i przygotuj się do lutowania pinów nagłówka. Jeśli to twój pierwszy raz w fight clubie, musisz lutować.

Istnieje wiele świetnych przewodników i filmów online na temat lutowania (na przykład). Jeśli czujesz, że potrzebujesz dodatkowej pomocy, spróbuj znaleźć lokalną grupę twórców lub miejsce dla hakerów w Twojej okolicy. Ponadto, amatorskie kluby radiowe są zawsze doskonałym źródłem doświadczeń z elektroniką.

Przylutuj dwa jednorzędowe nagłówki (piętnaście pinów każdy) do modułu Arduino Nano. Sześciopinowe złącze ICSP (programowanie szeregowe w obwodzie) nie będzie używane w tym projekcie, więc po prostu pozostaw te szpilki wyłączone. Po zakończeniu lutowania należy dokładnie sprawdzić mostki lutownicze i/lub połączenia lutowane na zimno. Na koniec podłącz Arduino Nano z powrotem do kabla USB i sprawdź, czy wszystko nadal działa poprawnie.

Krok 6: Moduł czujnika odcisków palców

Moduł czytnika linii papilarnych ma interfejs szeregowy, dzięki czemu bardzo łatwo można go dodawać do projektów. Moduł ma zintegrowaną pamięć FLASH do przechowywania wszelkich odcisków palców, które są wytrenowane w rozpoznawaniu, proces znany jako rejestracja. Po prostu podłącz cztery przewody do mikrokontrolera, jak pokazano tutaj. Zauważ, że VCC to 3,3 V (nie 5 V).

Adafruit opublikował bardzo ładną bibliotekę Arduino dla czujników linii papilarnych. Biblioteka zawiera kilka przydatnych szkiców. Na przykład „enroll.ino” pokazuje, jak zarejestrować (uczyć) odciski palców do modułu. Po szkoleniu „fingerprint.ino” pokazuje, jak zeskanować odcisk palca i wyszukać go w wytrenowanych danych. Dokumentację Adafruit dla biblioteki można znaleźć tutaj. Możesz tam dostać dodatkowe czytniki linii papilarnych lub sprawdzić kilka modułów piórkowych.

INTEGRACJA

Czujniki odcisków palców można dodawać do różnych projektów, w tym systemów bezpieczeństwa, zamków do drzwi, systemów kontroli czasu i tak dalej. Na przykład stanowi niesamowitą aktualizację projektów z Locksport HackerBox.

Ten film przedstawia przykładowy system współpracujący z czytnikiem linii papilarnych.

Krok 7: Zestaw LED Fidget Spinner

Zestaw obracających się diod LED wykorzystuje dwa kontrolery Microchip PIC i 24 diody LED do wyświetlania różnych kolorowych wzorów. Wzory są widoczne przy użyciu techniki trwałego widzenia (POV). Wzory można zmienić, naciskając przycisk.

Zanim zaczniemy, przejrzyj wszystkie elementy wymienione powyżej. Prawdopodobnie w zestawie są dodatkowe rezystory, kondensatory, diody LED, śruby i elementy akrylowe, więc nie daj się zmylić. Nawet jeśli twój zestaw zawierał instrukcję, instrukcje tutaj powinny okazać się o wiele łatwiejsze do wykonania.

Krok 8: Zestaw LED Fidget Spinner - schemat i płytka drukowana

Nasze pierwsze pytanie podczas patrzenia na ten schemat powinno brzmieć: Jak dokładnie steruje się 24 diodami LED z zaledwie dziesięcioma liniami I/O? Magia? Tak, magia Charlieplexing.

UWAGI DOTYCZĄCE ORIENTACJI ELEMENTÓW. Dokładnie przejrzyj schemat oznaczeń polaryzacji na płytce drukowanej. Oba mikrokontrolery muszą być obrócone do prawidłowej orientacji. Ponadto diody LED są spolaryzowane i muszą być odpowiednio zorientowane. W kontrakcie rezystory i kondensatory można lutować w dowolnym kierunku. Przycisk pasuje tylko w jedną stronę.

Krok 9: Fidget Spinner - Zaczynając od lutowania SMT

Fidget Spinner Kit PCB to technologia montażu powierzchniowego (SMT), która zazwyczaj jest dość trudna do lutowania. Jednak układ PCB i dobór komponentów sprawiają, że ten zestaw SMT jest stosunkowo łatwy do lutowania. Jeśli nigdy nie pracowałeś z lutowaniem SMT, jest kilka naprawdę fajnych filmów demonstracyjnych online (na przykład).

ROZPOCZNIJ LUTOWANIE: Przycisk i jego rezystor 10K („103”) są prawdopodobnie najłatwiejszym miejscem do rozpoczęcia, ponieważ wokół nich jest dużo miejsca. Nie spiesz się i przylutuj oba te komponenty.

Pamiętaj, że nawet jeśli twoje lutowanie nie jest w pełni udane, podróż poza obecną strefę komfortu jest najlepszą praktyką. Ponadto zmontowany zestaw będzie nadal działał jako fajnie wyglądający spinner inspirowany elektroniką, nawet jeśli diody LED nie są idealnie funkcjonalne.

Krok 10: Fidget Spinner - lutowanie mikrokontrolera

Przylutuj dwa mikrokontrolery (zwróć uwagę na oznaczenie orientacji). Podążaj za dwoma kondensatorami 0,1uF, które znajdują się tuż obok mikrokontrolerów. Kondensatory nie są spolaryzowane i można je ustawić w obie strony.

Krok 11: Fidget Spinner - lutowanie LED

Na PCB znajdują się dwa rzędy diod LED i dwa paski komponentów LED. Każdy pasek ma inny kolor (czerwony i zielony), więc trzymaj diody LED z każdego paska razem w tym samym rzędzie na płytce drukowanej. Nie ma znaczenia, który rząd jest zielony, a który czerwony, ale te same kolorowe diody LED muszą znajdować się razem w tym samym rzędzie.

Na każdej podkładce PCB dla diod LED znajduje się oznaczenie „-”. Te oznaczenia zmieniają strony, gdy idziesz wzdłuż rzędu padów, co oznacza, że orientacja diod LED w rzędzie będzie się zmieniać w przód iw tył. Zielone oznaczenia po jednej stronie każdej diody LED powinny być zorientowane w kierunku „-” dla tej podkładki LED.

Krok 12: Fidget Spinner - Zakończ lutowanie

Przylutuj sześć rezystorów 200 Ohm („201”). Nie są one spolaryzowane i mogą być ustawione w dowolnym kierunku.

Przylutuj trzy zaciski baterii pastylkowych, wkładając je w spód płytki drukowanej, a następnie wlutuj w dwa otwory od góry płytki.

Włóż trzy kuwety i naciśnij przycisk, aby przetestować diody LED. Nie będziesz w stanie zobaczyć wzorów POV, gdy płytka PCB jest nieruchoma, ale zauważysz różne jasności między dwoma zestawami diod LED podczas przechodzenia przez tryby wyświetlania. Zauważ, że krótkie naciśnięcia i długie naciśnięcia mają różne efekty.

Krok 13: Fidget Spinner - Przygotuj obudowę akrylową

Usuń papier ochronny z kawałków akrylu.

Rozłóż pięć kawałków akrylu i PCB zgodnie z numerami na obrazku. To reprezentuje kolejność ostatniego stosu.

Zwróć uwagę na trzy małe kółka w każdym kawałku. Odwróć dowolne elementy, aż małe kółka będą zorientowane w tym samym kierunku.

Zacznij od warstwy 2, czyli tej z okręgami wielkości komórki monety w każdym z trzech ramion.

Umieść łożysko na środku warstwy 2 i wciśnij je w duży otwór. Będzie to wymagało dużej siły. Staraj się nie pękać podczas tego akrylu. To powiedziawszy, może powstać pojedyncze małe pęknięcie wokół otworu montażowego łożyska. To jest całkowicie do przyjęcia.

Krok 14: Fidget Spinner - montaż mechaniczny

Ułóż warstwy - od 1 do 5.

Zauważ, że elementy 4 i 5 są w rzeczywistości na tej samej warstwie.

Włóż trzy gwintowane mosiężne złączki.

Umieść warstwę 6 na stosie.

Zauważ, że warstwy 1 i 6 mają mniejsze otwory, aby utrzymać mosiężne łączniki na miejscu.

Użyj sześciu krótkich śrub, aby przymocować warstwy 1 i 6 do mosiężnych łączników.

Krok 15: Fidget Spinner - Centrum Hub

Usuń papier ochronny z trzech cykli akrylowych - dwóch dużych i jednego małego.

Przełóż długą śrubę przez jedno z dużych akrylowych kółek; ułóż małe akrylowe kółko na śrubie; i przekręć gwintowany mosiężny łącznik na śrubę, aby utworzyć stos, jak pokazano na obrazku.

Włóż stos przez środkową piastę.

Uchwyć stos w piaście, mocując pozostały duży akrylowy okrąg na otwartej stronie za pomocą długiej śruby.

C'est płetwa! Laissez les bon fidget ruler.

Krok 16: Digipark i gumowa kaczuszka USB

Digispark to projekt open source, pierwotnie finansowany przez Kickstarter. Jest to superminiaturowa płytka kompatybilna z Arduino oparta na ATtiny i wykorzystująca Atmel ATtiny85. ATtiny85 to 8-pinowy mikrokontroler, który jest bliskim kuzynem typowego układu Arduino, ATMega328P. ATtiny85 ma około jednej czwartej pamięci i tylko sześć pinów I/O. Można go jednak zaprogramować z Arduino IDE i nadal bez problemu uruchamiać kod Arduino.

USB Rubber Ducky to ulubione narzędzie hakerów. Jest to urządzenie do wstrzykiwania klawiszy, zamaskowane jako ogólny dysk flash. Komputery rozpoznają ją jako zwykłą klawiaturę i automatycznie akceptują zaprogramowane naciśnięcia klawiszy z szybkością ponad 1000 słów na minutę. Kliknij link, aby dowiedzieć się wszystkiego o Rubber Duckies z Hak5, gdzie możesz również kupić prawdziwą ofertę. W międzyczasie ten samouczek wideo pokazuje, jak używać Digispark jak gumowa kaczuszka. Kolejny samouczek wideo pokazuje, jak przekonwertować skrypty Rubber Ducky Scripts, aby działały na Digispark.

Krok 17: HackLife

Mamy nadzieję, że spodobała Ci się podróż w tym miesiącu w stronę elektroniki DIY. Sięgnij i podziel się swoim sukcesem w komentarzach poniżej lub na grupie Facebook HackerBoxes. Daj nam znać, jeśli masz jakieś pytania lub potrzebujesz pomocy.

Dołącz do imprezy. Żyj HackLife. Możesz dostawać fajne pudełko z hakowalnymi projektami elektroniki i technologii komputerowych dostarczane co miesiąc prosto na twoją skrzynkę pocztową. Po prostu przejdź do HackerBoxes.com i zasubskrybuj comiesięczną usługę HackerBox.