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Klicktafel · Technik · Klasse 8–10 · auch für Fortbildungen

Die Fernbedienung knacken

Reverse Engineering mit Infrarot: Aus rohen Messwerten einer Fernbedienung werden Muster, Bits und Bytes. Am Ende baut ihr den Code nach und sendet ihn selbst.

Praxisbeispiel zur Fortbildung „KI & Reverse Engineering“ · von aimo-ai.de

Einstieg

Unsichtbares Blinken

Alle 3 Sekunden wird eine Taste gedrückt. Tippt auch selbst!

Unsichtbare Lichtblitze der LED seit Seitenstart

0

zuletzt: –
Tastendrücke: 0

Woher weiß der Beamer, welche Taste du gedrückt hast?

Station 1 · Licht

Licht, das wir nicht sehen

Auftrag: Schätzt, wo das Licht der Fernbedienung liegt. Tippt auf die Leiste, dann auflösen.

Noch kein Tipp. Tippt auf die Leiste.

Station 2 · Trägerfrequenz

Warum flackert die LED?

Auftrag: Vermutet zuerst, auf welches Licht der Empfänger reagiert. Dann schaltet die Lichtquellen ein und aus.

Während eines Pulses schaltet die Fernbedienung ihre LED 38 000-mal pro Sekunde an und aus: 38 kHz (Kilohertz).

Im Empfänger (z. B. TSOP4838): Fotodiode, Verstärker mit Regelung (AGC), Bandpass um 38 kHz, Demodulator. Laut Datenblatt unterdrückt er Dauerlicht und Leuchtstofflampen mit elektronischem Vorschaltgerät. Ausgang low-aktiv.

Warum stört die Sonne nicht?

Station 3 · Messung

Die Rohdaten

Auftrag: Was fällt euch an den Zahlen auf? Erst sammeln, dann als Bild zeigen.

Serieller Monitor ·

Station 4 · Muster

Kurz oder lang?

Auftrag: Tippt jede Pause an: einmal = kurz, zweimal = lang. Dann prüfen.

Die 32 Pausen nach dem Start (). Violett = Puls, Zahl = Dauer der Pause in µs.

Zwei Sorten Pausen: Woran erinnert euch das?

Station 5 · Bytes

Von Bits zu Bytes

Auftrag: Rechnet Byte 1 aus: Jede 1 zählt ihren Stellenwert. Dann schaltet „LSB zuerst“ ein. Was ändert sich?

8 Bits sind ein Byte. LSB = niederwertigstes Bit, die Einerstelle. Bei NEC kommt es als Erstes an.

Woher wissen wir, dass das erste Bit die Einerstelle ist? Aus den Pausen allein nicht! Es steht in der Beschreibung des NEC-Protokolls. Wichtig wird es, sobald ihr Zahlen mit anderen austauscht oder mit einem Programm sendet.

Station 6 · Prüfung

Der Prüftrick

Auftrag: Vergleicht Byte 1 mit Byte 2 und Byte 3 mit Byte 4, Bit für Bit. Was fällt euch auf?

Wozu könnte das gut sein?

Station 7 · Adresse und Befehl

Was verrät jede Taste?

Auftrag: Vergleicht die Tasten. Welche Bytes bleiben gleich, welche ändern sich?

Byte 1 bleibt bei allen Tasten gleich. Was verrät es wohl?

Station 8 · Wiederholcode

Taste gedrückt halten

Auftrag: Haltet die Taste gedrückt und beobachtet die Zeitleiste. Schätzt dann: Wie viel Licht braucht ein Wiederholcode?

Zeitlupe: 5-mal langsamer

Gleicher Maßstab (0 bis 70 ms):

Ganzer Code
Wiederholcode

Beamer: Lautstärke · Wiederholcodes: 0

Wie viel Licht braucht ein Wiederholcode im Vergleich zum ganzen Code?

Station 9 · Test

Selbst senden

Auftrag: Wählt eine Taste und verfolgt den Weg bis zur LED. Sagt vorher, was bei Test 2 passiert. Dann sendet.

Arduino Uno 5V Pin 3 GND 100 Ω IR-LED 940 nm BC337 npn CBE 1 kΩ 38 kHz Zum Messen:Empfänger-OUTan Pin 2

Simulation nach den NEC-Regeln. Im Versuch prüft ihr es am echten Beamer.

    Vorhersage: Was passiert bei Test 2?

    Station 10 · Vorgehen

    So arbeitet Reverse Engineering

    Auftrag: Ordnet zu, was wir heute getan haben. Erst eine Karte antippen, dann ein Feld im Kreislauf.

    Klappt der Test nicht?
    Zurück zu Schritt 3.

    Naturwissenschaft arbeitet genauso: beobachten, vermuten, im Experiment prüfen. Technikunterricht: Produktanalyse, also ein Gerät untersuchen, um es zu verstehen.

    Andere Protokolle, gleicher Kreislauf: RC5 (Philips): 36 kHz, Manchester-Code, 14 Bit. Sony SIRC: 40 kHz, hier trägt die Pulslänge das Bit (1,2 ms = 1, 0,6 ms = 0).

    Station 11 · KI

    Und die KI?

    Auftrag: Prüft die Antwort des Chatbots. Entscheidet dann: Was darf er übernehmen?

    Du:

    Chatbot:

    Stimmt die Antwort?

    Was darf ein Chatbot übernehmen, was bleibt bei euch?

    Im Großen: PhotoCraft entstand laut seinen Entwicklern nur aus öffentlichen Beschreibungen und beobachtetem Verhalten, als Black-Box wie hier. Mehr: Klicktafel Reverse Engineering mit KI.

    Abschluss

    Check

    Auftrag: Entscheidet euch zuerst, dann auflösen.

    Warum flackert die IR-LED 38 000-mal pro Sekunde?

    Ein Byte kommt so an (LSB zuerst). Welche Zahl ist das?

    11000000

    Byte 3 ist 18. Was muss in Byte 4 stehen, damit der Code gültig ist?

    Hinweise für Lehrkräfte

    Jahrgang und Zeit

    Klasse 8–10, Technik (auch Informatik). 45 Minuten: Einstieg, Stationen 2 bis 6, Station 1 nur kurz. 90 Minuten: alle Stationen, dazu die Messung am eigenen Aufbau. In Fortbildungen etwa 30 Minuten als Praxisbeispiel.

    Lernziele

    • Eine Fernbedienung überträgt Daten mit unsichtbarem Infrarotlicht (um 940 nm) als zeitlich codierte Lichtpulse.
    • Die Trägerfrequenz (meist 38 kHz) trennt das Signal von Sonne und Lampen.
    • Aus Rohdaten ein Protokoll entschlüsseln: Start, Bits, Bytes, Prüfbytes.
    • Reverse Engineering als Kreislauf: beobachten, Muster, Hypothese, Test.
    • KI beschleunigt die Analyse, Prüfen und Testen bleiben beim Menschen.

    Typische Fehlvorstellungen

    • „Sonnenlicht enthält kein Infrarot.“ Richtig: viel sogar; es stört nur nicht, weil es nicht mit 38 kHz flackert.
    • „Die Handykamera zeigt den Code.“ Richtig: Sie zeigt nur, dass die LED blinkt. Den Code liefert die Messung.
    • „Licht an = 5 V am Empfänger.“ Richtig: Der Ausgang ist low-aktiv, Licht erkannt = 0 V.
    • „Byte 2 verschlüsselt den Code.“ Richtig: Es ist nur eine Prüfung, jeder kann es umrechnen.
    • „Die Adresse ist eine Seriennummer.“ Richtig: Geräte desselben Modells haben dieselbe Adresse.

    Aufbau zum Messen und Senden

    Arduino Uno. Empfänger (z. B. TSOP4838 oder VS1838B): OUT an Pin 2, VCC an 5V, GND an GND. Sender: 5V → 100 Ω → IR-LED (940 nm) → Kollektor BC337, Emitter an GND, Basis über 1 kΩ an Pin 3 (am Uno auch der Standard-Sendepin der Bibliothek IRremote). LED-Strom etwa 35 mA (bei 1,2 bis 1,35 V an der LED), Basisstrom etwa 4 mA. Die Handykamera zeigt das Blinken oft nur mit der Frontkamera; vorher mit den eigenen Geräten ausprobieren. Nur eigene oder freigegebene Geräte ansteuern.

    Eigene Messwerte einsetzen

    Die Werte stehen im Block ir-daten oben in der Datei (Format dort beschrieben, höchstens 4 Tasten). Die Seite rechnet alles selbst: Diagramme, Bits, Bytes, Tabelle, Sendeplan, Chatbot-Beispiel. Dann "beispieldaten": false setzen. Passt Byte 2 nicht zu Byte 1, meldet Station 6 vermutlich Extended NEC. Der Check (letzte Tafel) nutzt feste Zahlen.

    An der Tafel

    Adresse mit #tafel startet den Tafelmodus, #tafel-3 die dritte Tafel. → / Bild↓ weiter, ← / Bild↑ zurück, Esc beendet. Der Umschalter Fortbildung zeigt Fachbegriffe, Toleranzen, Extended NEC und den Bezug zu PhotoCraft. Die Seite speichert nichts im Browser.