使用分組無(wú)線電從500m外發(fā)送秘密消息

描述

理念

對(duì)某些無(wú)線網(wǎng)絡(luò)/協(xié)議的依賴可能會(huì)給項(xiàng)目增加大量成本，并限制它們的距離。WiFi 和藍(lán)牙都使用 2.4GHz 頻段，這將它們限制在距離接入點(diǎn)約 50-60 米的范圍內(nèi)。如果您只想在兩點(diǎn)之間發(fā)送簡(jiǎn)單的消息，這可能是有害的。此外，其他協(xié)議沒(méi)有內(nèi)置加密標(biāo)準(zhǔn)，這會(huì)使消息容易被窺探。

該設(shè)備解決了這些問(wèn)題。通過(guò)使用 RFM69 無(wú)線電模塊，可以將消息發(fā)送到 500 米以外，同時(shí)還可以使用 AES-128 密碼進(jìn)行加密。

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硬件

構(gòu)建這個(gè)項(xiàng)目所需的硬件非常簡(jiǎn)單，由三個(gè)主要組件組成：一個(gè)帶有 RFM69 分組無(wú)線電的 Adafruit Feather M0、一個(gè) 128 x 64 像素的 OLED 顯示器和一個(gè)模擬操縱桿。從這些項(xiàng)目中，可以創(chuàng)建一對(duì)相同的設(shè)備并用于來(lái)回傳遞消息。整個(gè)東西都放在一個(gè)迷你面包板上，可以很容易地適應(yīng) PCB 格式。

接線和設(shè)置

OLED 屏幕在引腳 D20 (SDA) 和 D21 (SCL) 上連接到 Feather 的 I2C 總線，這使得添加變得簡(jiǎn)單。操縱桿的兩個(gè)軸分別連接到 X 和 Y 軸的模擬 0 和模擬 1 引腳。它讀取一個(gè)介于 0 和其模擬分辨率之間的值，并將其轉(zhuǎn)換為介于 -1 和 1 之間的數(shù)字。最后，三個(gè)瞬時(shí)按鈕開關(guān)連接到數(shù)字引腳 5、6 和 9，它們控制諸如繪圖、配對(duì)和發(fā)送消息。

Adafruit Feather 板沒(méi)有 PCB 天線，因此您必須將其焊接到背面的引腳上。由于 EM 頻率與天線的長(zhǎng)度相關(guān)，因此您需要在 7.8 厘米長(zhǎng)的電線上焊接 915MHz 型號(hào)。

軟件概述

我編寫的軟件在開機(jī)時(shí)會(huì)經(jīng)過(guò)幾個(gè)步驟，然后進(jìn)入一個(gè) while 循環(huán)，不斷檢查幾件事并執(zhí)行相應(yīng)的操作。有三個(gè)不同的類來(lái)處理這個(gè)問(wèn)題：RadioComms 類、InputManager 類和 Display 類。使用封裝大大簡(jiǎn)化和清理了開發(fā)過(guò)程，而不是使用一個(gè)單一的 ino 文件。

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連接

當(dāng)設(shè)備首次啟動(dòng)時(shí)，它不知道自己的地址或需要連接到哪個(gè)其他地址。這樣做是為了簡(jiǎn)化編程并允許兩個(gè)以上可能在未來(lái)一起工作。有一個(gè)板載按鈕可以在廣播數(shù)據(jù)包的發(fā)送者和接受潛在連接的接收者之間進(jìn)行選擇。首先，兩個(gè)設(shè)備都為自己分配一個(gè)介于 0 到 50 之間的隨機(jī) ID，這使得它們相同的概率約為 2%。這些可能性很小，因此如果兩個(gè)匹配，代碼無(wú)法重新分配 ID，盡管它可以更改。然后發(fā)送者去向每個(gè)ID發(fā)送一個(gè)測(cè)試包，直到它得到響應(yīng)，從而使接收者與包發(fā)送者的ID綁定，發(fā)送者與響應(yīng)包發(fā)送者的ID綁定。他們兩個(gè)都得救了，他們'

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發(fā)送和接收消息

程序進(jìn)入主循環(huán)后，它會(huì)不斷檢查新的傳入消息和來(lái)自操縱桿的輸入。消息使用位封裝（因?yàn)轱@示為黑色或白色）以二維數(shù)組編碼，這使得消息的大小為原來(lái)的 1/8。如果有新消息可用，程序會(huì)獲取該消息并將其放入結(jié)構(gòu)內(nèi)的緩沖區(qū)中，然后在其中顯示。

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反之，按下發(fā)送按鈕將導(dǎo)致當(dāng)前屏幕緩沖區(qū)被復(fù)制到一個(gè)數(shù)據(jù)包中。接下來(lái)，數(shù)據(jù)包被發(fā)送到目標(biāo)地址以進(jìn)行傳播和顯示。

顯示器

對(duì)于顯示器，我選擇了 DFRobot 的 128 x 64 OLED 屏幕。它使用簡(jiǎn)單，并具有 SSD1306 驅(qū)動(dòng)程序，使其與 Adafruit SSD1306 和 Adafruit GFX 庫(kù)兼容。Display 類包含一個(gè) OLED 對(duì)象，并通過(guò)顯示某些屏幕（在枚舉中定義）和顯示消息來(lái)控制它。

未來(lái)的改進(jìn)

這個(gè)系統(tǒng)并不完美。我想添加同時(shí)支持多個(gè)連接的功能，并列出潛在的發(fā)送者和接收者。

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