Un antivol 10 GHz pour la maison



L’électronique, comme chacun sait, fait des pas de géant. C’est pourquoi, seule une revue suivant ces importants progrès peut se considérer comme à l’avant garde et donc être en mesure d’expliquer à ses lecteurs comment s’utilisent les nouveaux composants disponibles dans le commerce.
Dans cet article, nous vous parlerons des modules DRO (Dieletric Resonated Oscillator) et de leur utilisation dans un système antivol.

Si l’on vous demandait de réaliser un antivol radar avec un module DRO, vous vous trouveriez probablement en difficulté car il n’existe ni livre, ni revue, ni manuel expliquant comment les utiliser.
Pourtant, ce genre de système de protection est très demandé en raison du nombre, toujours croissant, de vols.
Les histoires de voleurs qui s’introduisent à l’intérieur des maisons ou des appartements et qui, à l’aide de gaz somnifères, endorment leurs habitants pour se livrer tranquillement à leurs pillages, font désormais partie de la chronique quotidienne.
Tout le monde voudrait protéger sa propre résidence en l’équipant d’antivols fiables. C’est la raison pour laquelle nous nous proposons de vous expliquer, dans cet article, comment construire, par vous-même, cet appareil dont le coeur est un des meilleurs composants actuellement disponibles sur le marché.

Fonctionnement d’un antivol radar
Les modules DRO sont caractérisés par quatre petites surfaces de cuivre (voir figure 4) faisant office d’antennes.
Deux sont utilisées comme antennes d’émission et les deux autres comme antennes de réception.
En alimentant le module avec une tension positive de 5 volts, les antennes d’émission rayonnent un faisceau de micro-ondes de 10 GHz qui, après avoir atteint un obstacle, un mur par exemple, est réfléchi vers les antennes de réception.
Par ailleurs, une partie du faisceau émis atteint également, de façon directe, les deux antennes de réception. Le mixeur, présent sur l’autre face du module, mélange l’onde réfléchie et l’onde directe, produisant, sur la broche de sortie, une tension de 2,5 volts.
Si un corps quelconque entre en mouvement à l’intérieur de la pièce dans laquelle se trouve le capteur, la tension positive, normalement à 2,5 volts, varie entre 2,48 à 2,52 volts.
Ces faibles variations de tension sont amplifiées environ 2000 fois par un double amplificateur opérationnel (IC1/A et IC1/B en figure 2). On retrouve sur la broche de sor tie de IC1/B, une tension alternative qui, de 2,5 volts de référence, peut descendre entre 2 et 1,5 volts ou bien monter entre 3 et 3,5 volts.
Pour éviter que les étages amplificateurs ne captent le 50 Hz du secteur, nous réalisons deux réseaux en parallèle : le premier avec la résistance R4 de 330 kΩet le condensateur de 10 nF (C6) et le second, avec la résistance R7 de 100 kΩ et le condensateur de 33 nF (C10). Concrètement, nous avons réalisé un filtre passe-bas avec une fréquence de coupure d’environ 48 Hz, et, en effet, si l’on essaie de calculer la valeur de la fréquence de coupure avec la formule :

Hz = 159000 : (R en kΩ x C en nF)

nous savons que, avec les valeurs attribuées à R4-C6 et R7-C10, on peut amplifier sans atténuer toutes les fréquences au-delà des :
159000 : (330 x 10) = 48,18 Hz
159000 : (100 x 33) = 48,18 Hz

La tension alternative qui apparaît sur la broche de sortie de IC1/B est appliquée sur l’entrée d’un comparateur à fenêtre composé de deux opérationnels IC1/C et IC1/D. En tournant le potentiomètre R10, relié à ce comparateur, il est possible de faire varier la sensibilité de notre antivol.
Lorsque la tension présente sur la sortie de IC1/B dépasse le niveau du seuil minimum et maximum du comparateur à fenêtre, les sorties des deux opérationnels IC1/C et IC 1/D, passent au niveau logique 0 et alimentent les deux diodes DS1 et DS2. En réduisant de + 5 à + 0,7 volt la tension présente sur les anodes des diodes ou, en termes digitaux, en passant du niveau logique 1 au niveau logique 0, la broche 2 du circuit intégré IC2, un simple ICM7555CN utilisé comme oscillateur monostable, passe au niveau logique 0. En conséquence, la broche de sortie 3 passe automatiquement au niveau logique 1. Cette tension positive polarise la base TR1. Ce transistor provoque alors l’excitation du relais et l’allumage de la diode LED DL1, tous deux reliés à son collecteur.
Le trimmer R14, raccordé d’un côté aux broches 6 et 7 de IC2 et de l’autre côté à la tension positive d’alimentation, nous sert à régler le délai d’excitation du relais. En ajustant ce trimmer d’un extrême à l’autre, nous pouvons maintenir le relais excité entre 1 seconde minimum et 50 secondes maximum.
Une fois alimenté, il faut environ 30 secondes à l’antivol avant de s’activer.
Ce délai est suffisant pour pouvoir quitter la pièce protégée. Si toutefois ce délai vous semblait insuffisant, vous pouvez l’augmenter en remplaçant simplement le condensateur C15 de 220 μF par un 470 μF.
Le circuit antivol est alimenté par une tension de 12 volts. Le régulateur intégré IC3 assure l’alimentation stabilisée sous 5 volts nécessaires au module DRO et à tous les circuits intégrés.
Lorsque le relais est excité, la consommation du circuit est d’environ 90 milliampères. Elle chute à 40 milliampères lorsque le circuit est au repos.

Fig. 1 : L’antivol radar doit être installé en face de la porte d’entrée ou à proximité des fenêtres ou des endroits à protéger, à une hauteur d’environ 2,5 mètres du sol, légèrement incliné vers le bas.

Fig. 2 : Schéma électrique complet de l’antivol radar.

Fig. 3 : Les circuits intégrés LM324 et ICM7555 vus de dessus. Les BC547 et MC78L05 vus de dessous.

Fig. 4 : Vue de la face avant du module radar. Les quatre surfaces en cuivre de forme rectangulaire, visibles sur les côtés du circuit imprimé, représentent les deux antennes d’émission et les deux antennes de réception.

Fig. 5 : Au dos du circuit imprimé est fixé le module DRO. Ce composant de très petite taille est l’étage oscillateur utilisé pour générer la fréquence 10 GHz. Vous remarquerez également les quatre broches assurant les connexions au montage.

Fig. 6 : Photo du circuit imprimé de l’antivol LX.1396 terminé.

Dessin du circuit imprimé, échelle 1.

Fig. 7 : Plan d’implantation des composants de l’antivol sur le circuit imprimé.
Dans les deux premiers emplacements, à gauche du bornier, sera connectée la tension d’alimentation 12 volts et la masse, tandis que dans les deux autres emplacements sera raccordée la sirène d’alarme comme indiqué en figure 10.


Liste des composants
R1 = 330 kΩ
R2 = 330 kΩ
R3 = 4,7 kΩ
R4 = 330 kΩ
R5 = 10 kΩ
R6 = 3,3 kΩ
R7 = 100 kΩ
R8 = 1 kΩ
R9 = 220 Ω
R10 = 5 kΩ
R11 = 1 kΩ
R12 = 10 kΩ
R13 = 4,7 kΩ
R14 = 200 kΩ
R15 = 1 MΩ
R16 = 10 kΩ
R17 = 47 kΩ
R18 = 1 kΩ
C1 = 100 nF polyester
C2 = 47 μF électrolytique
C3 = 10 nF polyester
C4 = 22 μF électrolytique
C5 = 22 μF électrolytique
C6 = 10 nF polyester
C7 = 100 μF électrolytique
C8 = 10 nF polyester
C9 = 22 μF électrolytique
C10 = 33 nF polyester
C11 = 100 nF polyester
C12 = 100 nF polyester
C13 = 220 μF pF électrolytique
C14 = 100 nF polyester
C15 = 220 μF électrolytique
C16 = 100 nF polyester
C17 = 100 nF polyester
C18 = 220 μF électrolytique
DS1 = diode 1N4148
DS2 = diode 1N4148
DS3 = diode 1N4148
DS4 = diode 1N4007
DS5 = diode 1N4007
DL1 = diode LED
TR1 = transistor NPN BC547
IC1 = circuit intégré LM324
IC2 = circuit intégré ICM7555CN
IC3 = circuit intégré MC78L05
RELAIS 1 = relais 12 volts
CAPTEUR = module SE6.10


Réalisation pratique
Pour réaliser cet antivol radar 10 GHz, vous devez disposer sur le circuit imprimé LX.1396 tous les composants comme montré sur la figure 7. Nous vous conseillons de commencer par installer les deux supports pour les circuits intégrés IC1 et IC2. Après avoir soudé toutes leurs broches sur les pistes du circuit imprimé, vous pourrez passer aux résistances. Une fois cette opération terminée, installez toutes les diodes en dirigeant leur bande de référence comme montré dans le schéma d’implantation.
La bande noire de la diode DS1 est donc tournée vers le bornier à quatre emplacements, celle de la diode DS2 vers la résistance R12 et celle de la diode DS3 vers la résistance R13.
La bande blanche de la diode DS4 doit être tournée vers le haut, tandis que celle de la diode DS5 doit être tournée vers le condensateur électrolytique C18.
Poursuivez le montage en soudant en bas à gauche le trimmer R10 de 5 kΩ et sur la droite le trimmer R14 de 200 kΩ. Sur son corps figure le chiffre 204, ce qui signifie 20 et 4 zéros soit 200000 Ω. Vous pouvez, ensuite, monter tous les condensateurs polyesters en veillant à ne pas confondre leurs valeurs.
A présent, vous pouvez souder tous les condensateurs électrolytiques en respectant la polarité. Dans les trous marqués d’un +, vous devrez insérer la patte la plus longue (c’est toujours le positif) lorsqu’il s’agit d’un condensateur électrolytique.
Comme vous pouvez voir dans le schéma d’implantation, les deux électrolytiques C7 et C2 sont placés à proximité des deux trimmers R10 et R14, mais en position horizontale.
Insérez le relais près du circuit intégré IC2. Au-dessus de celui-ci, placez le petit bornier à quatre emplacements pour connecter la tension d’alimentation de 12 volts et les deux fils du relais. Maintenant, prenez le circuit intégré stabilisateur 78L05 et insérez-le dans les trous indiqués IC3 en dirigeant la par tie plate de son corps vers le condensateur C16. Montez, ensuite, le transistor BC547 dans les trous indiqués TR1 en tournant la partie plate de son corps vers les résistances R18 et R16.
Entre les deux trimmers R10 et R14, insérez la diode LED après avoir plié ses pattes en L. En accomplissant cette opération, souvenez-vous que la patte A (anode), qui est plus longue que la patte K (cathode), doit être tournée vers le trimmer R10, sinon la diode LED ne s’allumera pas!
En dernier lieu, vous devez monter, sur le circuit imprimé, les connecteurs femelles qui vous serviront pour installer le module DRO. Ces connecteurs sont indiqués sur le circuit imprimé par les abréviations GND, +12V et OUT, GND. Pour éviter que ces connecteurs ne soient fixés de travers, nous vous suggérons de les insérer sur les prises mâles du module DRO, et seulement ensuite, de les enfiler dans les quatre trous du circuit imprimé où vous les souderez.
Pour conclure, insérez dans leurs supports les circuits intégrés IC1 et IC2 en dirigeant leurs encoches vers le haut (voir figure 7). Une fois le montage terminé, il ne vous reste plus qu’à installer le circuit dans son boîtier avant de l’essayer !

Montage à l’intérieur du boîtier
Le circuit doit être fixé à l’intérieur du petit boîtier en plastique livré avec le kit. Sur la face avant en plastique, vous devez effectuer trois trous de 5 mm : un pour la diode LED et deux pour pouvoir régler, à l’aide d’un petit tournevis, les trimmers R10 et R14.
Le module DRO ne nécessite pas d’ouverture dans le boîtier car le faisceau d’ondes à 10 GHz peut traverser toutes sortes de plastique sans aucun affaiblissement.

Fig. 8 : A l’intérieur du petit boîtier en plastique, fixez le circuit imprimé avec trois vis autotaraudeuses. Sur la face avant, effectuez trois trous : un pour la diode LED et deux pour le réglage des curseurs des trimmers.

Fig. 9 : Le module RDO doit être installé par-dessus le circuit imprimé LX.1396. Le boîtier ne nécessite aucune ouverture supplémentaire car le faisceau d’ondes à 10 GHz le traversera sans affaiblissement.

Essais
Après avoir fixé le circuit à l’intérieur de son boîtier et avant de lui affecter son emplacement définitif, nous vous conseillons d’effectuer un essai pour vérifier qu’aucune erreur ne se soit produite pendant le montage.
Posez le montage sur une table, alimentez le circuit et attendez environ 30 secondes, le temps qu’il s’active.
Ensuite, restez immobile quelques instants puis effectuez un petit mouvement et vous verrez la diode LED s’allumer, après l’excitation du relais. Vous pouvez répéter cet essai une fois la diode éteinte. Essayez aussi d’entrer dans la pièce en ouvrant une porte ou une fenêtre et vous verrez encore une fois la diode s’allumer.
Le bon fonctionnement de l’appareil vérifié, vous pouvez régler la sensibilité et la durée d’excitation du relais en tournant les curseurs des trimmers R10 et R14. Il faut considérer que la distance maximum couver te par le faisceau d’ondes est d’environ 6 mètres.
Mais, en plaçant l’antivol à un point stratégique, comme à côté d’une porte, par exemple, ou, d’une façon générale, près d’un passage obligé, vous réussirez à protéger une surface plus importante pouvant aller entre 8 et 12 mètres.
Le déplacement d’un corps dans cet espace sera suffisant pour actionner l’alarme.

Où placer l’antivol ?
Il est conseillé de fixer l’antivol sur un mur, à une hauteur d’environ 2,5 mètres du sol et légèrement incliné vers le bas (voir figure 1). Il est généralement recommandé de placer les capteurs radar face aux entrées possibles.
Mais ce n’est pas vraiment indispensable, car, normalement, les individus qui ont l’intention de dévaliser ou de cambrioler une maison, se déplacent dans toutes les pièces et finissent par passer dans le faisceau radar invisible sans avoir aucune chance de l’éviter ! Le déclenchement du système sonore raccordé au relais les mettra en fuite.
En positionnant le capteur à l’horizontal, vous obtiendrez un faisceau avec un angle de radiation de 45° en vertical et de 100° en horizontal. En le tournant dans la direction verticale, vous obtiendrez un faisceau avec un angle de radiation de 100° en vertical et de 45° en horizontal.

Comment installer l’antivol ?
Sur le circuit imprimé est présent un bornier à quatre pôles (voir figure 7).
Deux pôles sont utilisés pour relier l’alimentation 12 volts tandis que les deux autres pôles sont reliés au relais. Si votre sirène d’alarme demande également une tension d’alimentation de 12 volts, vous pouvez la connecter au bornier comme indiqué dans la figure 10.
En supposant vouloir installer plusieurs capteurs radar à l’intérieur d’un même appar tement mais n’utiliser qu’une même sirène d’alarme, les sorties du bornier devront être connectées comme indiqué dans la figure 11.
Pour alimenter les capteurs, il est conseillé d’utiliser de petites batteries étanches de 12 volts qui pourraient rester en charge permanente grâce à un chargeur raccordé au 220 volts.
Cette solution est certainement la plus efficace car, dans l’hypothèse d’une coupure de secteur, soit accidentelle, soit malveillante, votre système antivol restera toujours actif.
De nombreux voleurs parviennent à entrer dans les habitations, même lorsque leurs occupants sont présents, regardant la télévision ou endormis.
Pour se protéger contre ce type d’intrusion, il serait judicieux d’installer un capteur dans chaque pièce présentant un point d’accès possible pour les voleurs. Ces capteurs devront alors disposer d’une commande de mise en fonctionnement indépendante mais pouvant être pilotée en fonction de l’endroit où vous vous trouvez. Si vous décidez de placer une commande générale dans la chambre à coucher, par exemple, il est bien entendu qu’avant d’en sortir il vaudrait mieux penser à couper l’alimentation de la sirène d’alarme!

La sirène d’alarme
Dans une habitation, il est conseillé d’installer de simples sirènes comme celles montrées dans la figure 10.
Malgré de petites dimensions, ces appareils sont capables de fournir une puissance sonore très élevée : environ 115 décibels. Ce genre de sirènes peut être alimenté sous 12 volts et ne consomme, en fonctionnement, que 300 milliampères. Autre avantage : trois tonalités sont programmables.

Son continu, impulsions, deux tons
En ouvrant la face arrière de ces sirènes, vous trouverez 5 bornes (voir figure 12). La première à gauche, marquée par le signe +, doit être reliée à la tension positive de 12 volts, tandis que la deuxième, marquée par le signe –, doit être reliée à la tension négative.
Les autres bornes, repérées par les numéros 1, 2 et 3, permettent de choisir un des trois sons générés par la sirène (voir figure 12).

Fig. 10 : Dans une habitation vous pouvez utiliser la petite sirène APO1.115, qui est capable de fournir une puissance sonore de 115 décibels. Nous vous indiquons comment connecter cette sirène, fonctionnant sous 12 volts, au bornier à quatre emplacements.

Fig. 11 : Si vous avez installé trois capteurs radar ou plus et, si vous souhaitez utiliser la même sirène, vous devez connecter en parallèle tous les borniers d’alimentation comme indiqué sur le dessin. Il est conseillé d’alimenter les modules avec une batterie étanche de 12 volts, du même type que celles utilisées pour les appareils électromédicaux. De cette façon les capteurs assureront toujours leur fonction même si, pour une raison quelconque, la tension d’alimentation secteur 220 volts venait à disparaître.

Fig. 12 : Ce bornier est installé à l’intérieur du boîtier de la sirène.
Si aucune des bornes 1, 2 ou 3 n’est connectée (voir A), vous obtiendrez un son CONTINU.
Si les bornes 1 et 3 sont connectées (voir B), vous obtiendrez un son DEUX TONS.
Si les bornes 1 et 2 sont connectées (voir C), vous obtiendrez un son à IMPULSIONS.

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