Que tal Hackear seu carro e plugá-lo na nuvem ?!
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Que tal hackear seu carro e plugá-lo na nuvem ?! Ricardo JL Rufino
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Que tal hackear seu carro e plugá-lo na nuvem ?!
Ricardo JL Rufino
Agenda
Introdução;
Um pouco sobre a parte elétrica (sensores) do carro;
Protocolos;
Demonstração das aplicações desenvolvida;
Engenharia reversa de um sensor de estacionamento.
Sobre min
Ricardo JL Rufino
Esp. em Engenharia de SoftwareMestrado em Gestão de TI (UFPE)Sócio fundador da CriativaSoft (Teresina / PI) Sócio fundador da Edu3 ( São Bernardo / SP ) * Nova etapa !
Atuo no desenvolvimento de Software desde 2007, focado em soluções empresariais sobre plataforma JavaEE. Desenvolvedor de softwares open-source como Framework Web MVC Mentawai, Arduino IDE (autocomplete) e instrutor de cursos de Java.
Sobre min
Introdução
Motivação
− Com a crescente evolução tecnológica dos carros, principalmente no ramo de entretenimento e conforto, abre-se novas oportunidades;
− Existe também uma aposta forte na área de Apps para carros;
− E a análise dos dados gerados, o “Big Data”, pode possibilitar a criação de vários serviços.
Introdução
Motivação / Pessoal
− Desafio (gabiarras) !
− Mais uma coisa para conectar na IoT !
− Ficar aberto a oportunidades !
Sensores do Carro (alguns)
Em carros comuns (à injeção eletrônica) possuem vários sensores que são utilizados para controlar as válvulas injetoras de combustível.
Sensores / RPM
Função: Rotação do motor e rodas (ABS) Tipos: Indutivo ( 2/3 pinos) e Hall (3 pinos)
Fonte: https://www.flightsystems.com
Sensores / Pedal
Função: Detectara posição do pedal de acel. Tipos: Resistência e PWM
Fonte: http://www.ds.ind.br
Sensores / Detonação
Função: Detectar a presença das detonações e ajustes do tempo de injeção.
Tipos: Piezo-elétrico / Resistivo
Fonte: http://www.cursosonlinemte.com.br
Sensores / Borboleta / TPS
Função: Determinar a posição da borboleta (que controla o fluxo de ar para o motor) e é influenciada pelo pedal de aceleração.
Tipo: Resistivo
Fonte:http://www.autodaewoospark.com
Sensores / Combustível
Função: Detectar o nível de gasolina no tanque.
– Existem outros sensores para calcular o consumo de combustível.
Tipo: Resistivo
Fonte:http://www.autodaewoospark.com
Sensores de Oxigênio (Sonda Lâmbda)
Função: Determinar se a mistura está pobre ou rica, para ajustar a quantidade de ar/combustível.
Carac. Elétricas: 1...1000mV
Fonte:https://www.soinjecaoeletronica.com.b
Prontos ?!
Calma !!!!
É mais simples e existem padrões para coletar dados de vários sensores;
O protocolo: OBD ( On-Board Diagnostic );
Veículos produzidos desde 1996 (USA, Europa), e no Brasil a partir de 2010 (ODBII), porém a introdução da tecnologia foi em 1980;
Em 2008 (USA), entra a regulamentação da rede CAN ( ISO 15765-4 ), referente ao padrão de transmissão de dados.
Protocolos
SAE J1850 PWM (41.6 kbit/s) SAE J1850 VPW (10.4 kbit/s) ISO 9141-2 (5 baud init, 10.4 kbit/s) ISO 14230-4 KWP (5 baud init, 10.4kbit/s) ISO 14230-4 KWP (fast init, 10.4 kbit/s) ISO 15765-4 CAN (11 bit ID, 500 kbit/s) ISO 15765-4 CAN (29 bit ID, 500 kbit/s) ISO 15765-4 CAN (11 bit ID, 250 kbit/s) ISO 15765-4 CAN (29 bit ID, 250 kbit/s) SAE J1939 (250kbps) SAE J1939 (500kbps)
Female OBD-II connector pinout – front view
Consulte demais pinos: https://en.wikipedia.org/wiki/On-board_diagnostics
Protocolos / ELM327
ELM327 – Abstrai o padrão OBD/II para vários protocolos de comunicação.
É configurado através de comandos AT. Baseado no microcontrolador PIC. Existem muitos clones na versão v1, e
reportam ser uma versão mais nova.
Protocolos / ELM327
https://www.elmelectronics.com/wp-content/uploads/2017/01/ELM327DS.pdf
Protocolos / ELM327
Protocolos / ELM327
Conexão (Bluetooth) Localizar o MAC do dispositivo
# hcitool scan
Pareamento
# bluetooth-wizard
Conectar e criar uma porta serial
# rfcomm connect 1 00:1D:A5:68:98:XX
Connected /dev/rfcomm0 to 00:07:80:93:54:1C on channel 1
Press CTRL-C for hangup
http://www.janosgyerik.com/how-to-communicate-with-bluetooth-devices-in-linux/
Protocolos / ELM327
Protocolos / ELM327
Configuração / Comandos AT: ATZ – Reset ATE0 – Desabilitar o ECHO ATS0 – Desabilitar impressão de espaços. ATAT1 – Ajusta tempos de resposta. ATSP0 – Selecionar protocolo automático.
Lista de Comandos:https://www.sparkfun.com/datasheets/Widgets/ELM327_AT_Commands.pdf
Protocolos / OBD2
A consulta de parâmetros do veículo, como: RPM, velocidade e etc, é feita através dos PIDs.
Os PIDs são padronizados em modos: Mode 01 – Exibir dados atuais; Mode 02 – Exibe dados capturados; Mode 03 – Exibe códigos de erros (se
houver); Mode 04 – Limpar os códigos de erro; Mode 05 – Testes do sensor de oxigênio. …. Mode 0A
https://en.wikipedia.org/wiki/OBD-II_PIDs
Protocolos / OBD2
PID – Modo 01 (resumido) 0100 – Lista os PIDs suportados (01-20); 0101 – Status dos erros que foram limpos; 0102 – Congela os dados para o modo 02; 0103 – Status do sistema de combustível; 0104 – Carga do Motor; 0105 – Temp. liquido de arrefecimento ?!; 010C – RPM (Rotação do Motor); 010D – Velocidade; Até …. 01C4 (196); Lista Completa:
https://en.wikipedia.org/wiki/OBD-II_PIDs#Mode_01
Protocolos / OBD2
PID – Modo 03 – Requisitar Códigos de Erros
Exemplo de erro: P2119
Pesquisar Erros: https://www.obd-codes.com/
OBD2 / Simulador
ObdsimObdsim - Permite simular alguns sensores, podendo criar uma porta serial ou um emulador bluetooth.
Instalação: # apt-get install obdgpslogger
Site: http://icculus.org/obdgpslogger/obdsim.html
OBD2 / Simulador
Comandos Abrir a interface (porta serial)
# obdsim -p 8 -g gui_fltk
Criar adaptador virtual bluetooth
# sudo rfcomm bind 0 48:5A:B6:F4:D9:XX 1
# sudo sdptool add SP
# obdsim -p 8 -b
DO SEU PC
Em seguida é possível parear usando seu celular
OBD2 / APPs
Torque Lite DashCommand
OBD2 / API Java
Foi desenvolvida uma extensão para o OpenDevice[1] que permite se comunicar via USB / Bluetooth / Wi-Fi*;
OpenDevice: Ferramenta para construção de projetos de IoT;
Perite desenvolver aplicações Arduino, Web / Desktop / Android, para visualização e análise dos dados.
[1] http://opendevice.io[*] Não testado
OBD2 / API Java
Instalação / AndroidAdicionar as dependências no app/build.gradle
Compilar os fontes - Opcional (e recomentado)Fontes: https://github.com/OpenDevice/opendevice-extensionsPré-requisitos: Maven + JavaBasicamente: mvn install (na pasta obd-connection)Guia: https://opendevice.atlassian.net/wiki/display/DOC/Building+from+source
dependencies { compile 'br.com.criativasoft.opendevice:opendevice-android-stream:0.1.4-SNAPSHOT' compile 'io.opendevice.ext:obd-connection:0.1.4-SNAPSHOT' compile 'com.noveogroup.android:android-logger:1.3.5'}
OBD2 / API Java
Java / Maven: <dependency> <groupId>br.com.criativasoft.opendevice</groupId> <artifactId>opendevice-wasync-client</artifactId> <version>${opendevice-version}</version></dependency>
<dependency> <groupId>br.com.criativasoft.opendevice</groupId> <artifactId>opendevice-connection-stream</artifactId> <version>${opendevice-version}</version></dependency>
<dependency> <groupId>io.opendevice.ext</groupId> <artifactId>obd-connection</artifactId> <version>${opendevice-version}</version> <type>jar</type></dependency>
// Conexão remota com servidor / websocket
// USB / Serial / TCP / Bluetooh
// Extensão OBD2
OBD2 / API Java Exemplo:
Configurações para usar um servidor remoto
Habilitar sensores individuais...
Conectar todos, e definir o servidor
OBD2 / API Java
O servidor remoto aqui é “opcional”!
Exemplo de como trabalhar com os dados localmente:
OpenDevice
Instalação do servidor OpenDevice:− https://opendevice.atlassian.net/wiki/display/DOC/Setting-up+the+Server
Pré-requisitos: Java Login: admin / admin Serviços:
− Banco Embarcado, HTTP(8181), Rest(8181), WebSocket(8181) e MQTT(1883).
OpenDevice
OpenDevice
OpenDevice
Demo / IoTCar
Código: https://github.com/OpenDevice/opendevice-examples/tree/master/IoTCar
E as GAMBIARRAS ?
Engenharia Reversa – Sensor de Estacionamento
Engenharia Reversa
Engenharia Reversa – Sensor de Estacionamento
Componentes Identificados: NE5532 - Dual Low-Noise High-Speed Audio Operational
Amplifier
74HC4052 - Dual 4-channel analog multiplexer/demultiplexer
EM78P156E - 8-bit microprocessor http://www.xinpian.net/EMC/EM78P/EM78P156.pdf
Engenharia Reversa
O foco dá análise será na saída no microcontrolador que vai para o display.
A análise foi feita utilizando as ferramentas:
Analisado lógico: USBee AX PRO (~R$ 50) Sigrok[1] – Suíte de ferramentas de
analisadores lógicos e osciloscópios, com suporte a vários hardwares.
PulseView – Ferramenta visual que acompanha o Sigrok
Open Bench Logic Sniffer[2] – Similar ao PulseView, só que com uma usabilidade relativamente melhor.
[1] https://sigrok.org/[2] https://lxtreme.nl/projects/ols/
Engenharia Reversa
USBee AX PRO
Engenharia Reversa
Sigrok / PulseView
Engenharia Reversa
Erros cometidos: Utilizar um Arduino para ler os dados como
se fosse Serial/UART. Os dados “pareciam” alguma coisa, muito
tempo perdido !! Queima de um módulo, após dar partida.
Identificação do Padrão de Comunicação
Procedimento: Foram realizadas medidas dos 4 sensores individualmente (usando o PulseView), usando a saída que vai para o display.
As leituras foram feitas e identificadas em intervalos de 10cm.
A analise preliminar identificou que os sensores tem a relação: A = B, e C = D
E que o módulo envia os dados para o display em intervalos de 400ms a 500ms.
Identificação do Padrão de Comunicação
Análise do SINAL
Inicio da transmissão: Sinal de nível baixo, em seguida nível alto por 1000uS = 1ms
Captura na configuração de 25Khz, identificados os pacotes em intervalos de ~450ms
A seguir os detalhes de um pacote:
Identificação do Padrão de Comunicação
Análise dos Dados Foram considerados vários padrões de transmissão em [1],
porém não foi identificado inicialmente nenhuma similaridade.
A codificação dos 0 e 1, é feita através da largura/tempo dos pulsos em alta (5v), algo similar à transmissão IR[2].
[1] https://pt.slideshare.net/RathoreRavindra/line-coding-37072941[2] https://www.vishay.com/docs/80071/dataform.pdf
Identificação do Padrão de Comunicação
Análise dos Dados
Os 8 bits iniciais são do conjunto sensores A e B, ou seja, é uma única medida (Esquerda). O 8bits seguintes são do C e D (Direita);
O valor convertido em decimal varia de : 19 (distância de 0cm) até 4 (distância de 1.7m);
As leituras individuais apresentaram a mesma correlação.
Arduino / Código
A leitura é feita usando as interrupções externas e calculado o tempo do pulso em alta. Usando as interrupções ao invés de pulseIn(), permitimos o arduino executar outras tarefas.
No Arduino UNO (328p) – Pinos 2, 3
No ESP8266 – Todos os pinos GPIO ( - GPIO16 )
O código desenvolvido está disponibilizado em:https://github.com/OpenDevice/opendevice-examples/tree/master/IoTCar/firmware
Arduino / Demo
Setup ESP8266 – Captura os dados vindos da central de
controle, faz a decodificação e envia para o Arduino via Serial/UART;
O ESP8266 também disponibilizará os dados para o App (usando a lib OpenDevice), e permite um sistema de detecção automática no App.
Arduino UNO – Responsável pelo display LCD (usando a lib Tvout).
Demo / Esquemático
NÃO ESQUEÇA , TODOS OS GNDs DEVEM SER CONECTADOS !
Demo / Video
Demo / App
Demo / Esquemático
Dúvidas ?
Obrigado pela sua atenção.
