Un émetteur audio-vidéo programmable de 2 à 2,7 GHz



Ce petit émetteur audio-vidéo, dont on peut ajuster la fréquence d’émission entre 2 et 2,7 GHz par pas de 1 MHz, se programme à l’aide de deux touches. Il comporte un afficheur à 7 segments fournissant l’indication de la fréquence sélectionnée.
Il utilise un module HF à faible prix dont les prestations sont remarquables.

Nous avons à coeur de vous proposer chaque mois des projets innovants, au pas avec les techniques et les technologies les plus avancées.
Si vous êtes un lecteur assidu de notre magazine vous savez que parmi les sujets que nous avons l’habitude de traiter, nombreux sont ceux qui touchent à l’émission radio, grâce, notamment, à l’essor extraordinaire que connaissent les modules hybrides et les modules HF, à la fois très simples à mettre en oeuvre, de qualité exceptionnelle et d’un prix qu’on pourrait considérer comme dérisoire par rapport à leurs prestations.
C’est ainsi que nous avons décrit, par exemple, de nombreuses télécommandes et plusieurs systèmes d’alarme.
Les nouveaux sujets vers lesquels nous orientons nos recherches concernent également l’émission vidéo.
Nous pensons notamment à de petits systèmes permettant de transmettre des images à l’intérieur d’un périmètre restreint.
Les images pouvant être des projections, des films, ou les prises de vues d’une caméra.
L’émission vidéo s’accompagnant d’émission audio (en mode stéréo, bien entendu), ces petits systèmes devraient être utiles, non seulement pour servir dans les domaines de la sécurité (pour la télésurveillance de zones à risque, par exemple), mais aussi pour équiper hôtels, salles de séminaires, appartements, villas, etc. pour y diffuser toutes sortes de supports audiovisuels.

Des modules étonnants
Ces appareils seront équipés de modules émetteurs et récepteurs préfabriqués, opérant dans la bande des 2,4 GHz et plus précisément entre 2,4 et 2,483 GHz.
Nous avons déjà passé plusieurs de ces modules au banc d’essai et sommes en mesure de vous affirmer que leurs prestations sont très étonnantes, car elles dépassent de loin les caractéristiques que le fabricant annonce dans les fiches techniques. Par exemple : les modules vidéo calés sur la fréquence d’émission de 2,4 GHz fonctionnent sans problème dans une bien plus large bande et, notamment entre, 2 GHz et 2,7 GHz.
Ce qui nous a immédiatement suggéré l’idée d’adopter l’un de ces modules dans l’émetteur qui fait l’objet de cet article, à savoir : un émetteur à large bande pouvant justement opérer dans l’étendue des fréquences allant de 2,0 GHz à 2,7 GHz, programmable manuellement par pas de 1 MHz.
Parler d’étendue entre 2,0 et 2,7 GHz équivaut à parler de l’étendue allant de 2 000 à 2 700 MHz.
Bien que l’expression en terme de “mégahertz” soit ici une manière moins orthodoxe que l’expression en termes de “gigahertz”, elle permet de comprendre qu’une programmation par pas de 1 MHz entre 2 000 et 2 700 MHz aboutit à une sélection possible entre 700 canaux.
Ce qui est bel et bien le cas de notre émetteur… et ceci n’est pas une bagatelle !

Pourquoi 700 canaux ?
Vous pourriez vous demander quel est l’intérêt de disposer d’un si grand nombre de canaux.
Bien que l’espacement de 1 MHz entre deux canaux adjacents représente une distance trop réduite pour éviter que deux émetteurs rapprochés n’inter fèrent l’un sur l’autre, l’intérêt majeur de pouvoir choisir parmi un si grand nombre de canaux est représenté par le fait qu’en présence d’un récepteur pourvu d’un nombre de canaux restreint, on peut agir sur la fréquence de l’émetteur pour ajuster l’accord avec la plus grande précision.
Par exemple, si l’on doit émettre en direction de récepteurs accordés sur la fréquence de 2,427 GHz, une résolution de 1 MHz permet de s’approcher très précisément de cette fréquence car il est bon de rappeler que 2,427 GHz correspondent à 2 427 MHz.
En modifiant progressivement la fréquence d’émission, on arrive dans tous les cas à parfaitement se centrer sur celle du récepteur.
Il en découle que la capacité, pour un émetteur, de s’accorder sur un grand nombre de canaux, est une caractéristique très importante.
La résolution, pour ainsi dire, d’un émetteur, est la capacité qu’il possède à s’accorder sur le plus grand nombre de fréquences.
A ce point de vue, un émetteur possédant 700 niveaux de définition peut assurément être catalogué comme un émetteur aux caractéristiques très performantes. Qu’on ne déduise pas par là la possibilité d’utiliser 700 émetteurs-récepteurs en même temps, l’un à côté de l’autre, accordés tous de telle sorte qu’aucun n’interfère sur l’autre !
Nous l’avons dit : 1 MHz est, en matière d’émission vidéo, un espacement insuffisant entre deux canaux adjacents.
La “distance” minimale entre deux canaux vidéo proches l’un de l’autre, dans la bande des 2,4 GHz, doit être d’au moins 15 MHz.

Le schéma électrique
Au fur et à mesure de la lecture de ces lignes, intéressés par notre projet, nous sommes sûrs que vous n’avez pas résisté à la tentation de tourner la tête pour jeter un coup d’oeil au schéma électrique, pensant y trouver une “machine à gaz”, et que vous restez encore incrédules quant à la capacité d’obtenir des prestations d’un tel niveau en si peu de composants, tant le circuit est simple !
Pas besoin de vous dire que nous sommes incapables de faire des miracles.
Le mérite est entièrement dû aux énormes progrès de miniaturisation que permettent de faire les technologies actuelles.
A part un quartz, deux boutons poussoirs et quelques composants, on y trouve – s’il vous plaît ! – un microcontrôleur, un module HF audio-vidéo à 2,4 GHz, un régulateur de tension 5 volts intégré, et un afficheur à 7 segments à anode commune.
Regardez la figure 2. Vous y voyez un afficheur. Rien de quoi étonner quiconque.
Eh bien, vous pouvez en déduire l’extraordinaire simplicité de l’émetteur tout entier !
Le microcontrôleur est un PIC16F84-MF374 programmé. Le module est un modèle référencé FS2400TSIM. L’afficheur est un modèle à anodes communes.
En fait, la plus grande partie de la complexité du système se trouve résolue par le module HF.
Celui-ci reçoit les signaux vidéo composites (1 volt crête à crête sous 75 ohms) et les signaux audio-stéréo (1 volt crête à crête par canal), avec lesquels il module les oscillateurs respectifs à radiofréquence.
Après mélange des porteuses, il met en sortie un signal HF modulé qu’une petite antenne reliée à son connecteur est immédiatement prête à rayonner.
Ainsi qu’on vient de le voir, c’est le module qui gère toute la partie haute fréquence.
Ce qui veut dire que, non seulement il ne faut fabriquer aucune self, mais qu’il n’est nécessaire de sortir ni le grid-dip, ni l’oscillo ni aucun instrument, vu qu’il n’y a aucune mise au point à effectuer !
S’il était nécessaire de le redire, les modules HF sont de vrais bijoux de technologie.
Leurs prestations sont extraordinaires et ils mettent l’émission vidéo à la portée d’un grand nombre d’amateurs.
Ce module FS2400TSIM fait un tas de choses. Cependant il agit sous le contrôle d’une programmation – on ne peut tout de même pas tout avoir – contenue dans un microcontrôleur.
C’est celui-ci qui lui fournit les paramètres principaux, en fonction, bien entendu, de ce que l’utilisateur veut que l’émetteur fasse en dernier ressort.
Bref : la seule chose que l’émetteur ne fait pas de lui même concerne le choix de la fréquence d’émission. Celle-ci doit lui être indiquée. Et c’est bien en cela que se résume, en définitive, le seul “travail” que l’utilisateur doit faire !
Pour fournir ce genre d’information, deux fils seulement sont nécessaires. Ce sont les deux liaisons du bus I2C du module HF.
Qui dit bus I2C, dit inévitablement microcontrôleur associé.
D’où la présence du PIC16F84-MF374 référencé U1 dans le schéma.
De façon schématisée le programme s’occupe de trois choses : il lit les deux touches au moyen desquelles l’utilisateur fixe la fréquence d’émission, gère l’afficheur à 7 segments pour y faire apparaître soit la fréquence en cours soit celle que l’utilisateur est en train de définir, et envoie au module HF les instructions nécessaires à amener le PLL sur le canal choisi.
Le PLL contenu dans le module HF FS2400TSIM peut travailler, nous l’avons déjà dit, dans la plage de fréquences allant de 2 à 2,7 GHz, en comptage avant ou en comptage arrière, par pas de 125 kHz, ce qui représente une résolution exceptionnelle si l’on tient compte des fréquences en jeu.
Résolution certes exceptionnelle, que nous signalons juste pour mettre en avant les étonnantes caractéristiques de ce module, mais complètement inutile dans notre cas. En effet, des pas de 1 MHz, pourtant beaucoup plus larges comparés aux 125 kHz, représentent déjà des espacements trop petits par rapport à la largeur entre canaux requise en matière d’émission vidéo qui, dans tous les cas, doit être supérieure à 10 MHz.
Les deux lignes de bus I2C du module HF correspondent à ses pattes 8 (SCL, “serial clock”) et 9 (SDA, “serial data”).
C’est au moyen de ces deux lignes que l’utilisateur fixe la fréquence de travail du module, déterminant ainsi le canal d’émission.
C’est, entre autres, la raison pour laquelle on utilise un microcontrôleur possédant une EEPROM interne.

Figure 1 : Schéma électrique de l’émetteur audio-vidéo programmable de 2 à 2,7 GHz.

Figure 2 : Un afficheur à 7 segments est un composant donnant à la fois une idée de ce que le mot intégration veut dire et de la simplicité de notre émetteur, dont l’essentiel se résume à l’afficheur en question, à un régulateur de tension, à un microcontrôleur et à un module HF à 2,4 GHz.

Figure 3 : Organigrammes du programme implanté dans le PIC16F84-MF374 employé dans le montage. L’organigramme de gauche correspond au programme principal (main program). Celui de droite détaille la séquence relative à la programmation du PLL déterminant la fréquence d’émission.

Figure 4 : Schéma d’implantation des composants de l’émetteur audio-vidéo programmable de 2 à 2,7 GHz.

Figure 5 : Photo en dimensions presque réelles d’un de nos prototypes.

Figure 6 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de l’émetteur audio-vidéo programmable de 2 à 2,7 GHz.
Remarquez combien il est aéré et l’aisance avec laquelle on peut y souder la petite “pincée” de composants.


Liste des composants
R1-R2 = 1 kΩ
R3 = 4,7 kΩ
R4 à R13 = 1 kΩ
C1 = 220 μF 25 V électrolytique
C2 = 100 μF 16 V électrolytique
C3-C4 = 100 nF multicouche
D1 = Diode 1N4007
U1 = PIC16F84-MF374
U2 = Régulateur 7805
Q1 = Quartz 4 MHz
DS1 = Afficheur 7 segments AC
P1-P2 = Poussoir carré pour ci
MOD = Module TX AV 2,4 GHz FS2400TSIM

Divers :
1 Support 2 x 9 broches
1 Bornier 2 pôles
1 Antenne 2,4 GHz
1 Circuit imprimé réf. S374


Comment caler la fréquence
Pour caler la fréquence de l’émetteur, il faut se servir des deux boutons poussoirs P1 et P2. Les indications sont lues sur l’afficheur à 7 segments. Celui-ci sert aussi pour lire, à n’importe quel moment, la fréquence sur laquelle l’émetteur est en train d’émettre.
La procédure de la programmation de la fréquence est simple et intuitive.
Les organigrammes utilisés pour mener à bien notre travail fournissent toutes les indications nécessaires.
Ainsi, un très court appui sur P1 provoque la lecture de la fréquence en cours. Celle-ci apparaît sur l’afficheur à 7 segments, un chiffre après l’autre, exprimée en MHz.
En maintenant enfoncé P1 pendant plus de trois secondes, on met en route la procédure de programmation de la nouvelle fréquence d’émission.
Dès lors, cette programmation implique la manipulation conjointe des deux boutons poussoirs.
En appuyant sur P2 pendant plus de trois secondes, l’émetteur se cale automatiquement sur 2,4 GHz, considérée comme fréquence par défaut.
On considère comme acquit que le premier chiffre, quelle que soit la fréquence à programmer, est le chiffre 2, étant donné que la fréquence de l’émetteur ne peut varier qu’entre 2 000 MHz et 2 700 MHz. A partir de là, il ne reste plus qu’à saisir les trois chiffres suivants.
En appuyant sur la touche P1 pendant plus de trois secondes, le point décimal de l’afficheur commence à clignoter et le chiffre 0 s’affiche.
L’utilisateur dispose alors de deux secondes, soit pour confirmer ce chiffre, soit pour le modifier en se servant de la touche P2. Ce chiffre se mémorise et le système redémarre la procédure pour la sélection du troisième, puis du quatrième chiffre. A la fin, l’afficheur, en guise d’accusé de réception, fait défiler l’un après l’autre les chiffres saisis, confirmant ainsi la bonne fin de la programmation.

Utilisation des deux touches
Toute action sur les deux boutons poussoirs se reflète sur l’afficheur.
Mais étant donné qu’il n’y a qu’un seul afficheur pour quatre chiffres à visualiser (les GHz étant en fait exprimés en MHz), les chiffres apparaissent en séquence, l’un après l’autre.
Ceci permet de simplifier le circuit imprimé et de faire une importante économie de place et d’argent. Sinon on aurait été conduits à utiliser soit quatre afficheurs à 7 segments soit un afficheur LCD.
Ainsi, par exemple, pour 2,41 GHz (soit 2 410 MHz) on verra s’afficher en séquence 2, puis 4, puis 1, puis 0.
Ceci pour ce qui concerne le principe général sur lequel se base le fonctionnement de l’afficheur.
Examinons maintenant, dans l’ordre, les différentes procédures en partant de celle que l’on pourrait appeler le RESET général, à savoir celle que l’on provoque en maintenant enfoncée pendant plus de 3 secondes la touche P2.
Cette action effectue le RESET de l’EEPROM du microcontrôleur dans laquelle sont stockées les données relatives à la fréquence imposée au cours de la dernière utilisation de l’émetteur et fixe, comme nouvelle valeur de fréquence d’émission, la fréquence de 2,4 GHz, considérée comme valeur par défaut.
Ces informations sont transmises au PLL du module HF qui les traduit en définissant la nouvelle fréquence d’émission (dans le cas présent : 2,4 GHz).
Ce changement est confirmé par l’apparition en séquence, sur l’afficheur, des quatre chiffres : 2, 4, 0, 0.
Quant à la touche P1, elle est affectée à deux autres usages.
En appuyant sur cette touche pendant un très court instant, on force le microcontrôleur à visualiser la fréquence d’émission en cours qui, s’il n’a pas été fait de RESET avec le bouton poussoir P2, est celle qui correspond à la fréquence utilisée lors de la dernière émission.
Il est clair que si cette manoeuvre suit immédiatement celle du RESET effectué au moyen de la touche P2, on doit voir s’afficher 2, 4, 0, 0.
Dans tous les cas, un bref appui sur P1 déclenche l’affichage des quatre chiffres correspondant à la fréquence que l’on appelle la “fréquence actuelle”, c’est-à-dire la fréquence en cours au moment de la consultation.
Enfin, en maintenant enfoncée la touche P1 pendant plus de trois secondes, on met en route la procédure de programmation du PLL. C’est cette procédure qui permet à l’utilisateur de fixer la nouvelle fréquence d’émission, en modifiant tour à tour les trois autres chiffres sur l’afficheur à 7 segments, après le chiffre 2 initial, lequel est, en fait, le seul à ne pas pouvoir être modifié, et pour cause !
A ce point de la procédure, chaque fois que l’on appuie sur la touche P1 pendant plus de trois secondes, le point décimal se trouvant dans l’afficheur se met à clignoter et l’afficheur indique “0”.
Dès lors, par utilisation conjointe des touches P1 et P2, on dispose de deux secondes pour modifier ce chiffre.
Par appuis successifs sur P2 il faut le faire arriver sur la nouvelle valeur qu’on veut atteindre (supposons 5).
Quelques secondes après, le chiffre sélectionné s’éteint et le point décimal se remet à clignoter, en attendant qu’en l’espace de deux secondes un deuxième chiffre soit sélectionné (imaginons que celui-ci soit le chiffre 2).
Attendre encore quelques secondes avant de recommencer la procédure et saisir le dernier chiffre de la fréquence sur laquelle on veut placer l’émetteur (imaginons que ce dernier chiffre soit le chiffre 8).
A ce point, la phase de programmation s’achève d’elle-même et, sans plus appuyer sur aucune touche, l’afficheur, en guise d’accusé de réception, affiche automatiquement, l’un après l’autre, les quatre chiffres correspondant à la nouvelle valeur de fréquence soit, en nous référent à l’exemple, les chiffres 2, 5, 2, et 8.
Cette valeur (que nous avons appelée “fréquence actuelle”) peut être lue à tout moment en appuyant sur la touche P1.
Toutes ces procédures sont détaillées à la figure 3 par les deux organigrammes du programme contenu dans le PIC16F84-MF374 utilisé dans le montage.

La réalisation pratique
La réalisation d’un projet de ce type tient à peu de chose, et ne comporte aucune difficulté.
En fait, l’essentiel du système est, pour ainsi dire, caché à l’intérieur du microcontrôleur et à l’intérieur du module HF, à l’abri derrière le boîtier en tôle constituant un blindage pour ses filtres et ses circuits oscillants.
Il faut commencer par graver ou se procurer le circuit imprimé (figure 6) dont vous remarquerez la limpidité du tracé et la taille des pastilles qui rendent les travaux de soudure particulièrement aisés.
A part les composants intégrés, il n’y a qu’une toute petite “pincée” de composants à loger. Suivez, pour cela, le schéma d’implantation des composants de la figure 4.
Vous obtiendrez un émetteur compact, juste un peu plus grand qu’un téléphone portable, ainsi que la photo de la figure 5 vous en donne une idée en dimensions presque réelles et que la figure 7 vous montre sous un autre angle.
Le régulateur de tension U2 fournit les 5 volts nécessaires au microcontrôleur et à l’afficheur, tandis que le module HF est alimenté directement par les 12 volts redressés par D1 recueillis avant d’arriver sur la patte IN de U2.
Globalement le circuit consomme 150 mA (le seul module HF consomme 140 mA à lui seul).
Pour relier les pattes du module HF au circuit imprimé, utiliser de courts morceaux de câble coupés à la bonne longueur et, après avoir terminé les soudures, n’oubliez pas de relier la masse du circuit imprimé au boîtier métallique.
Pour vérifier le fonctionnement de cet émetteur, il faut disposer soit d’un récepteur conçu pour fonctionner dans la même plage de fréquences, soit du scanner décrit dans ce même numéro dans l’article “Un scanner audio-vidéo large bande”.
Si vous vous amusez à parcourir toutes les gammes des fréquences allant de 2,0 à 2,7 GHz vous constaterez probablement que sur la fréquence centrale (2,4 GHz) le signal émis est plus franc et légèrement plus fort que sur les fréquences extrêmes (supérieure et inférieure).
Vous pouvez éventuellement peaufiner l’accord sur votre fréquence de prédilection en tournant très légèrement le petit condensateur ajustable (trimmer) logé à l’intérieur du module HF, réglable de l’extérieur par un trou aménagé dans la tôle du boîtier.

Figure 7 : L’émetteur audio-vidéo programmable de 2 à 2,7 GHz vu sous un autre angle.

Attention :Cette opération doit obligatoirement se faire avec un tournevis HF (en nylon) et pas n’importe comment, ce qui signifie que si vous n’avez pas de solides connaissances en HF, il vaut mieux vous abstenir et vous contenter de ce qui est déjà plus que satisfaisant !

Petit avertissement
Dans notre beau pays, l’émission de télévision est strictement réglementée.
Utilisez donc cet appareil dans le cadre de la législation, ne faites aucune émission à destination du public et ne transmettez aucune image à caractère discutable (vous voyez bien à quoi je fais allusion !).

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