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“捡垃圾”,拆解CTP300餐厅寻呼机并分析其电路设计缺陷

发布时间:2020-06-17 发布时间:
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我发现自己得了一个怪病,特别喜欢一些另类的电子产品。

这不,几个月前我以20美元的价格购买了一个Catel CPT300餐厅寻呼机。正如你可能已经猜到的那样,虽然买了这玩意,但是我不会去经营一家餐馆。

卖它的人跟我信誓旦旦的保证这个系统运作得很好。在插入电源之后更是如此,它不需要其它设置。但是外表这种东西可能是骗人的,而且据他说所有寻呼机在恢复出厂设置前都已经校准好,完全可以通过正常的指令来操作。

顺便说一句,这些可爱的小型寻呼机不会带来很好的收益,而且做这个的厂家的渠道基本上已经爆发了,不过出于好奇,我还是会对它进行拆解剖析。

拆开之后可以看到里面有几页便条纸折叠起来,还有红色的电工胶带。据推测,PCB已经在基座的金属板上短路了,所以有人拆开并添加了一些绝缘层。这张纸是空白的,除了一张看起来像街道地址和电话号码的纸张。

CPT300底座

拆分CPT300的底座,事实证明,该设备的设计和执行很容易通过原型或某人的个人项目进行开发,包括溢出的焊料和阻塞电阻。

从功能上讲,PCB设计非常简单。键盘下方有一个STC15F204EA微控制器,可读取按钮的状态,以查看用户想要唤醒的寻呼机。按下按钮后,相应的二进制序列将发送到位于充电板上的标准433 MHz发射器模块。一根简单的四线带状电缆将充电板与机箱上半部分的控制板连接起来。

这种带状电缆连接逻辑分析仪测量是非常方便的,使用PulseView中的开关键控(OOK)解码器,我们可以看到最终通过空中发送的实际二进制信号,供寻呼机接收。

按下几个按钮并比较截取的二进制文件后,很容易找到设备标识符。只有最后的4位发生了变化,这给了我们16种可能的组合; 确切地说,每个CPT300基座支持多少个寻呼机。

膨胀的电池

在对基座进行彻底检查后,是时候将注意力转向各个寻呼机了。如前所述,寻呼机即使在被充电后也完全没有反应,所以我很好奇这是什么原理。我的第一个假设是基站根本没有发送,但逻辑分析仪似乎表明它发送了。那么为什么寻呼机没有响应呢?我打开第一个寻呼机后,就得到了答案。

如果您花了一些时间使用锂离子聚合物(LiPo)电池,您可能会立即发现问题。对于那些没有的人,我会给你一个提示:电池不应该像银色棉花糖一样膨胀。

我们之前已经讨论了所涉及的化学反应,但简短的说法是,经过处理的LiPo会经历电解质分解,从而使氢气和氧气等易燃气体充满。因此,不仅这些电池被击中,而且它们很危险,需要小心处理。我检查了其余的寻呼机,几乎所有的电池都在某种程度上膨胀了。

那么什么构成了对LiPo电池的膨胀?通常的罪魁祸首是过度充电或过度放电。由于所有电池似乎都以同样的方式损坏,这让我相信寻呼机的设计存在一些缺陷。我的第一个想法是电池电量过高,所以让我们仔细看看电源电路,并试着找出发生了什么。

在从左到右的黄色迹线之后,我们看到寻呼机的正充电板连接到78M05调节器(标记为紫色)。不是将规定放在充电器本身,而是在每个寻呼机中安装低容量稳压器可能更便宜。因此,虽然基座充电轨上的电压根据当前停靠的寻呼机数量而有很大差异,但寻呼机中的78M05确保它始终具有稳定的5 V.此时,它进入LTC4054-LTH7(蓝色),这是一款非常普通的锂电池充电芯片,设计采用5 V USB供电。在LTC4054之后,走线连接到滑动开关的同一侧,直接进入电池连接器。

所以充电器看起来很好,但是当从基座上取下寻呼机并且电池开始放电时会发生什么?当开关滑动到接通位置时,我们从红色迹线看到电源直接进入7333-A稳压器(绿色),为寻呼机的电子设备提供3.3 V电压。这意味着只要开关打开,调节器及其供电的所有东西都直接连接到电池。

在正常情况下,这不会是一个问题。电子设备可能不会开始吸收大量的电流,而且无论如何,寻呼机每晚都会充电。此外,当电池接近其设计的最低电压(通常约为3 V)时,优质LiPo电池组的内部电子元件应切断。

但是,当我测试了一些包时,有些已经一直掉到1.7V。可能已经有几个月甚至几年了,因为有人试图给这些电池充电。将其与较差的储存条件(例如将它们放在热的车库或阁楼中)相结合,你会发现这是一个不可挽回的错误方式。

另外的问题

那么除了带着膨胀的电池像个小型爆炸装置之外,其中寻呼机还有什么呢?不是很多。开发板的一半是完全空的; 很明显,这些设备的尺寸是为了方便用户而非必需品。每个寻呼机都有一个蜂鸣器,一排LED指示灯和一个小型寻呼机电机,可用于通知,而寻呼机说明书文档告诉你可以通过一系列按键来配置它将使用哪一个。

有一个16针设备显然是某种类型的微控制器,但不幸的是它完全没有任何标记。虽然它旁边还有一个无焊接器件的焊盘,所以也许可以通过这种方式收集一些有趣的东西。顺便提一下,文档说你可以通过在前面按一个小按钮来配对寻呼机,直到LED开始闪烁,因此如果你想要切换它们的数字,则无需进行物理重新编程。

为了从基座接收信号,寻呼机使用工作频率为433.92 MHz的Micrel MICRF211接收器。值得注意的一件事是外部13.52127 MHz晶体没有焊接的很牢靠。我可以说,它以这种方式安装的话位置非常靠近MICRRF211和相关的无源器件,它们可能会因此短路。

教训

我为寻呼机订购了一些电池,一旦安装好,我相信CPT300会被修好,也可以进一步探索。具体来说,我想将它用作处理433 MHz无线信号设备的案例研究。例如,将电路板上的逻辑分析仪与软件定义无线电的无线捕获进行比较。我的大部分拆解最终都是一堆备件,但我认为这一部分还剩下一些有用的东西。

更重要的是,这次拆解提醒你在购买使用内置锂电池的旧设备时需要小心。将这些寻呼机重新充电而不检查电池组的健康状况是错误的,如果其中一个破裂,可能会引发火灾。所以,你在购买任何带锂电池充电的旧电子设备时,请确保他们是安全的,不然一个20美元的东西可能让你意外失去更多有价值的东西。


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