Une vidéosurveillance d'ambiance VHF télécommandée en UHF



Ce mini émetteur audio/vidéo en VHF, peut être activé et désactivé au moyen d’une radiocommande codée sur 433 MHz. Il est adapté aux contrôles vidéo dans des locaux divers, mais également à la surveillance à distance d’une habitation, d’une chambre d’enfants, etc. La transmission peut être facilement reçue sur un téléviseur quelconque.

Pour assurer la surveillance d’une enceinte fermée, nous savons tous qu’il est suffisant d’y placer un mini-émetteur radio afin de pouvoir écouter les conversations ou les bruits qui en émanent.
Il existe, pour ce faire, une myriade de dispositifs, plus ou moins miniaturisés, basés sur différentes technologies.
Toutefois, à ces systèmes utilisés avec succès par des professionnels, ou même par des amateurs, il manque quelque chose qu’aujourd’hui nous pouvons ajouter, sans trop de complications, grâce à la technologie moderne : la vidéo.
En fait, si dans de nombreux cas, écouter est plus que suffisant, nous ne pouvons pas nier que voir ce qui se passe, même si c’est par l’intermédiaire d’une caméra, est décidément mieux que d’entendre seulement. Voir, c’est aussi avoir immédiatement une certitude sur ce qui se passe réellement dans l’endroit surveillé.
C’est pour satisfaire ce besoin de savoir de façon sûre que nous avons étudié et réalisé le mini-émetteur audio/vidéo décrit dans ces pages.
Il s’agit d’un dispositif assimilable à un petit émetteur de télévision, que l’on peut installer en tous lieux, au besoin camouflé. C’est l’appareil idéal pour de nombreuses applications, que ce soit dans des locaux industriels (par exemple, à un endroit dangereux ou sensible), ou dans des locaux domestiques (comme une chambre d’enfant), etc.
Le montage a été prévu pour fonctionner avec une alimentation secteur. L’émetteur devra donc être placé près d’une prise 220 volts.
Ce circuit se différencie d’autres émetteurs analogues par la présence d’un système d’activation à distance par l’intermédiaire d’une radiocommande codée.
L’émetteur de télévision est normalement éteint jusqu’au moment où la personne qui veut surveiller le mette en service à l’aide d’un petit émetteur de radiocommande de poche (télécommande).
Cette solution permet de contrôler plusieurs lieux pour peu, bien entendu, que chaque lieu à surveiller dispose d’un émetteur. Néanmoins, les émetteurs utilisant le même canal vidéo, ils ne pourront être activés qu’alternativement.
Pour ce faire, il suffit d’utiliser une radiocommande multicanaux et de programmer chaque émetteur vidéo de façon à être activé par un code approprié.

Etude du schéma

Figure 1 : Schéma électrique de la vidéosurveillance d’ambiance VHF télécommandée en UHF.

La transmission du signal vidéo est confiée au module hybride U5, le très populaire Aurel TX-AV, que nous connaissons déjà, pour l’avoir utilisé dans un précédent projet.
Nous traitons ici d’un émetteur complet audio/vidéo opérant sur la fréquence de 224,5 MHz (canal 12 en bande III) avec un étage HF de tout juste 2 milliwatts, capable toutefois d’être reçu par un quelconque téléviseur dans un rayon de 50 à 100 mètres.
Ce module accepte directement un signal vidéo composite de 1 volt sur 75 ohms suivant la norme CCIR ou PAL.
Il peut ainsi être directement piloté par une petite caméra CCD ou CMOS comme celles que l’on trouve actuellement dans le commerce.
Pour simplifier les raccordements, nous avons prévu un bornier 3 points pour fournir la tension de 12 volts nécessaire à l’alimentation de la caméra et l’entrée du signal vidéo.
Certes, il existe des caméras qui s’alimentent en 5 volts. Il est alors conseillé de disposer d’un second régulateur, identique à U4, câblé de façon analogue, de manière à disposer de 5 volts stabilisés indépendants de l’étage HF. Dans ce cas, il ne faut surtout pas utiliser les points "+" et "–" du bornier caméra.
Pour ce qui concerne l’audio, les voix et les bruits sont captés par l’intermédiaire d’un petit microphone. Nous avons prévu un amplificateur de signal, formé par les deux amplificateurs opérationnels U6a et U6b, dimensionné de manière à garantir une sensibilité très élevée et une fidélité que vous ne pourrez qu’apprécier.
Aux bornes MIC, il faut appliquer une capsule microphonique préamplifiée à deux fils (le "+" est sur le point nodal R13/C13) de sorte que le faible signal généré, rejoigne l’entrée de U6a, monté comme amplificateur inverseur à gain variable (par l’intermédiaire du trimmer R9, il est possible de le faire varier entre 1 et 230 fois). De cet amplificateur, le signal passe par le second étage pratiquement identique.
De ce dernier étage, le signal sort avec un niveau 10 fois supérieur et peut ainsi piloter de façon adéquate la broche 2 du module hybride TX-AV, l’entrée audio.
Notez que les deux amplificateurs opérationnels fonctionnent en alimentation simple, c’est pour cela qu’il a été nécessaire de polariser les broches non inverseuses à la moitié du potentiel d’alimentation (5 : 2 = 2,5 volts) de façon à avoir 2,5 volts au repos sur la sortie de chacun d’eux. Cela permet d’avoir une bonne excursion du signal sur les deux alternances.
Les deux étages sont isolés du courant continu par les condensateurs C13, C12, C10 qui laissent passer la BF seulement en bloquant la composante continue.
Le préamplificateur et le module hybride sont alimentés avec la tension de 5 volts stabilisée fournie par le régulateur U4, (7805). Ce dernier prend l’alimentation sur la ligne principale à +12 volts en aval de la cathode de la diode de protection D1.
Il faut noter que l’émetteur ne fonctionne pas en permanence car, même s’il reçoit le +5 volts, sa ligne commune (masse) n’est pas constamment reliée au négatif d’entrée.
Cette fonction est confiée au transistor T1, qui passe en conduction (ON) en présentant une résistance minimale (Rdson < 0,1 ohm) lorsqu’il est polarisé, sur sa porte, avec un niveau positif.
Le mosfet est donc l’interrupteur statique que le récepteur de radiocommande utilise pour allumer ou éteindre l’émetteur vidéo.
Voyons de quelle façon en nous référant à la partie gauche du schéma électrique.
Un second module CMS Aurel NB-CE, U1, accordé sur 433,92 MHz est utilisé comme récepteur haute fréquence.
Le signal radio capté par l’antenne est amplifié et démodulé en amplitude. Il est ensuite mis en forme de manière à obtenir en sortie un train d’impulsions, le plus possible identique à celui envoyé par l’émetteur.
De la broche 14 (sortie du module), le signal est envoyé au circuit intégré UM86409 ou MM53200 utilisé comme décodeur (la broche 15 est au 0 logique), son rôle est d’interpréter le signal codé.
Sa broche 17, qui se trouve normalement au niveau haut, passe à zéro lorsque sur la broche d’entrée (broche 16) arrive un code produit par un émetteur dont le codeur sur 12 bits est positionné de façon analogue à DS1 et DS2.
En pratique, le décodeur est activé seulement si le signal reçu a été transmis par un émetteur dont les dip-switchs sont disposés un à un comme ceux de notre circuit.
Par exemple, si dans l’émetteur les dix premiers dip-switchs sont fermés, les autres ouver ts, et que dans le récepteur nous avons tous les dipswitchs de DS1 et DS2 ouverts, chaque commande éventuelle sera inopérante.
Si au lieu de cela, nous avons tous les dip-switchs de DS1 fermés et les deux de DS2 ouverts, lorsqu’un ordre est envoyé par l’émetteur, le décodeur U2 active sa sortie en émettant une impulsion négative.
L’émetteur de radiocommande a été étudié non pas pour prendre en compte le niveau logique dû à l’activation, mais le front de relâchement.
Ainsi, tant que le bouton poussoir de l’émetteur est appuyé, la sortie du UM86409 reste à zéro, à son relâchement, le niveau passe au 1 logique. C’est vraiment à ce moment, que la bascule U3 reçoit le signal d’horloge (transition 0/1) et inverse l’état des sorties Q et Q barre.
Il faut noter que, de par l’effet du réseau C2/R14, U3 est remis à zéro au moment où le circuit est alimenté. Donc, initialement, la bascule se retrouve avec la broche 1 (Q) à l’état 0 et la broche 2 (Q barre) au niveau haut.
A la suite de la première impulsion, la situation s’inverse, Q passe à l’état haut, ce qui permet au transistor T3 de devenir conducteur. Le collecteur de celui-ci passe pratiquement au potentiel de la masse et polarise également T2 (qui est un PNP).
Un niveau positif est ainsi transmis au transistor mosfet, ce dernier est activé, devient donc passant, et ferme ainsi le retour de l’alimentation de l’émetteur vidéo.
L’émetteur est ainsi mis en service et commence à transmettre les images captées par la caméra ainsi que les sons captés par le microphone.
Le tout reste en l’état jusqu’au moment où le bouton de l’émetteur de radiocommande est appuyé, puis relâché une seconde fois. Alors, la sortie de U2 passe de nouveau au zéro logique donnant une nouvelle impulsion à la bascule. La broche 1 de U3 se positionne à l’état bas, T3 et T2 sont bloqués, ainsi que le transistor mosfet, étant donné qu’il ne reçoit plus de polarisation. Le drain est isolé et la section TV est éteinte.
La portée de la commande à distance est d’environ 50 à 100 mètres, en utilisant un petit émetteur standard de 10 milliwatts et nous pensons que cela est suffisant car c’est également la portée de l’émetteur audio/vidéo. Il est logique de commander le fonctionnement de l’appareil de l’endroit où les images seront regardées, de façon à contrôler immédiatement si la réception est correcte.

Caractéristiques techniques


Section TV :
Fréquence de transmission ........................................224,5 MHz +- 75 kHz
Puissance rayonnée (sur 75 Ω) ...................................................2 mW
Fréquence de la sous-porteuse audio ..........................................5,5 MHz
Portée (réception sur TV standard) .............................................100 m
Préaccentuation ................................................................50 μs
Modulation vidéo en amplitude ..........................PAL négative en bande de base
Modulation audio en fréquence ...........................................Δ +/– 75 kHz
Section radiocommande :
Fréquence de réception ....................................................433,92 MHz
Sensibilité (avec antenne 50 Ω) ...........................................2 à 2,5 μV
Portée avec TX standard 10 mW ..................................................100 m
Nombre de combinaisons ..........................................................4096
Codeur.............................................................MM53200 ou UM86409


Notre système est composé d’un émetteur de télévision opérant sur le canal 12, qui peut être allumé et éteint à distance à l’aide d’un petit émetteur de radiocommande codé du même modèle que ceux employés dans les systèmes d’ouver ture de garage ou de portails ou dans les systèmes d’alarmes pour voitures. La portée maximale de l’émetteur TV et de la radiocommande est similaire : environ 100 mètres.

Quelques recommandations
Avant de conclure et de passer à la partie pratique, nous devons prendre en considération quelques éléments utiles pour vous permettre d’utiliser au mieux ce montage.
Le plus important, concerne la partie réception de la radiocommande, qui utilise un module Aurel validé par des essais en laboratoire comme le seul adapté à cet usage.
En pratique, la proximité de l’émetteur TV crée de multiples problèmes au module de réception de télécommande.
Lors des essais, en utilisant les classiques modules Aurel RF290A, BC-NB ou encore BC-NBK, nous avons constaté qu’une fois le circuit activé, il était difficile de le désactiver à distance. En effet, la porteuse rayonnée par l’antenne d’émission, repasse dans celle de réception, sature l’étage haute fréquence (même si le premier travaille en VHF et le deuxième en UHF) et en réduit considérablement la sensibilité.
Dans ces circonstances, le signal émis par le petit émetteur de radiocommande, ne peut être reçu par le récepteur qu’à une distance variant entre 2 et 10 mètres.
Evidemment, cela ne se produit pas si l’émetteur TV est éteint, mais cette restriction n’est pas du tout acceptable.
Pour éviter des problèmes de ce genre, il est nécessaire d’utiliser des modules à bande étroite comme le récepteur superhétérodyne faible coût référencé STD-LC (accordé par un résonateur SAW à 433,92 MHz, conversion de fréquence sur une FI de 500 kHz, sensibilité de 2 μV) ou bien le récepteur à super-réaction blindé NB-CE (accord à 433,92 MHz, sensibilité 2,24 μV, sélectivité meilleure que 300 kHz). C’est ce dernier que nous avons choisi.
Néanmoins, tous les deux sont insensibles à l’émission en VHF à 224,5 MHz due à l’oscillateur de l’émetteur audio/vidéo grâce à la bonne sélectivité qui réduit la bande passante d’entrée à quelques centaines de kHz.
Le second point concerne les antennes.
Toujours pour éviter les retours HF et les interférences et faire cohabiter sur le même circuit imprimé un émetteur et un récepteur qui, à un cer tain moment, doivent fonctionner en même temps, nous avons positionné les antennes aux deux côtés opposés du circuit imprimé.
La recommandation est de ne pas les approcher durant l’utilisation, mais, au contraire, de les orienter, si possible, une d’un côté et l’autre dans la direction opposée.

En pratique
Pensons à présent à construire l’émetteur pour lequel a été prévu un circuit imprimé que vous pouvez facilement réaliser par la méthode photographique.
Ayez recours, pour ce faire, à une bonne photocopieuse et effectuez un tirage du tracé du circuit imprimé représenté à l’échelle 1/1 sur du calque ou sur un transparent.
Après avoir gravé et percé le circuit imprimé, vous pouvez procéder au montage de tous les composants. En vous aidant du plan d’implantation donné en figure 2, commencez par les diodes, en respectant le sens de leur bague, continuez par les résistances et les condensateurs céramique et multicouche puis par les supports de circuits intégrés en veillant à l’orientation de leur encoche-détrompeur.
Poursuivez par les dip-switchs puis par les condensateurs électrolytiques en faisant surtout attention à leur sens (la patte la plus longue au "+").
Montez les transistors en boîtier plastique en prenant garde de bien orienter leur boîtier dans le sens indiqué sur le schéma d’implantation.
Pour le mosfet, rappelez-vous que la partie métallique doit être orientée vers R4, R15 et R16. Le régulateur est disposé de sorte que le côté écrit de son boîtier soit dirigé vers la diode D1.
Montez enfin les deux petits modules hybrides sans vous préoccuper de leur sens car ils ne peuvent pas être installés autrement dans les trous prévus pour leur implantation sur le circuit imprimé.
A propos du récepteur, nous vous conseillons d’adopter le modèle NB-CE à super réaction (moins coûteux), mais rien n’interdit d’opter pour le modèle superhétérodyne STD-LC.
Tous deux sont adaptés et le circuit imprimé est dessiné pour accueillir indifféremment l’un ou l’autre, il suffit de souder les broches disponibles.
Pour relier l’alimentation, les liaisons avec la caméra et le microphone électret, utilisez des borniers à vis pour circuit imprimé au pas de 5 mm.
Ne pas oublier l’unique liaison (strap) qui se trouve entre C14 et C15 réalisé avec une chute de queue de résistance.
Vous pouvez à présent vous occuper des antennes. Pour cette application, il est possible d’utiliser des antennes “faites maison” avec des morceaux de fils rigides (personnellement, nous utilisons du fil de cuivre émaillé utilisé pour bobiner les transformateurs). Le diamètre du fil peut être compris entre 0,8 et 1,2 mm.
Pour celle d’émission, soudez sur la pastille du circuit imprimé ANT2 (broche 11 de U5), un morceau de fil rigide long de 35 centimètres. Par contre, pour la radiocommande, il suffit d’un morceau de fil de 18 centimètres soudé sur la pastille ANT1 (broche 3 du module hybride U1).
Pour ce qui concerne l’alimentation, vous pouvez utiliser n’importe quelle alimentation secteur capable de fournir 12 volts avec un courant de 100 milliampères, plus la consommation de la caméra que vous comptez relier au +12 volts et au négatif (masse).
Naturellement, si vous le souhaitez, vous pouvez opter pour un fonctionnement sur batterie et cela peut être utile dans le cas où il vous faut installer momentanément la caméra dans des lieux où il est difficile ou impossible d’utiliser le secteur 220 volts. Nous vous conseillons, dans ce cas, d’utiliser une batterie de 12 volts 2 A/h. Il faut considérer qu’au repos, (émetteur TV éteint) le tout consomme à peine une dizaine de milliampères. Ainsi, en attente, vous pouvez compter sur une autonomie de 100 heures par A/h de capacité.
L’émetteur activé, nous pouvons voir, à distance, les images transmises pour une durée dépendant strictement de l’alimentation utilisée.
En pratique, sur batterie, en supposant que votre caméra consomme 100 milliampères, nous pouvons dire que l’autonomie en fonctionnement normal (émetteur allumé) est d’environ 5 heures pour chaque A/h. Faites vos calculs en conséquence afin de choisir la batterie la mieux adaptée à votre usage.
Voyons maintenant les dernières phases de la préparation du dispositif.
Pour terminer, il suffit de relier un microphone électret au bornier concerné (le négatif, qui est l’électrode reliée au boîtier du microphone, va sur le plot marqué d’un symbole de masse). Il ne reste plus qu’à relier la caméra sur le bornier prévu à cet effet.
Nous vous proposons d’utiliser une petite caméra CCD, ou pour des applications particulières, une CMOS.
Tous ces modèles ont de toute façon trois fils : le positif qui sera relié sur le bornier à trois plots marqué "+", le négatif relié au plot marqué du symbole masse et le signal vidéo relié sur le plot marqué IN. La seule chose importante est de s’assurer que votre caméra fonctionne bien en 12 volts.

Quel récepteur utiliser ?



Durant les essais en laboratoire, nous avons constaté que, pour un fonctionnement correct de la radiocommande, il était nécessaire d’utiliser des récepteurs hybrides avec une bande passante très étroite comme celle des modèles STD-LC et NB-CE. Le premier est la version faible coût du prestigieux STD433, module superhétérodyne à quartz, caractérisé par une excellente sélectivité, une sensibilité optimale et une stabilité par faite. Le second, le NB-CE, est un récepteur à super-réaction à bande étroite assurée par un filtre SAW, très sensible et répondant aux normes CE ETS-300-220 relatives aux émissions parasites. Les autres modèles, comme le simple RF290A/433, se sont montrés trop influençables, car une fois le récepteur allumé, la porteuse HF rayonnée par l’antenne de l’émetteur TV, rentre dans le récepteur par l’antenne de réception (trop grande proximité) et sature les étages d’entrée, avec pour conséquence une très forte perte de sensibilité. Le résultat est qu’une fois que le dispositif est activé, il n’est plus possible de le désactiver sauf quant à s’en approcher entre 2 à 10 mètres. Suivez donc nos recommandations et vous verrez que tout se passera bien.

Les caractéristiques optimales des deux modules sont indiquées ci-dessous.

STD-LC NB-CE
Fréquence de réception ................433,92 MHz...............433,92 MHz
Impédance d’antenne..........................50 Ω.....................50 Ω
Sensibilité d’antenne........................2 μV..................2,24 μV
Moyenne fréquence ........................500 kHz........................–
Bande passante ...........................100 kHz..................300 kHz
Emission HF parasite (50 Ω) .............– 60 dBm.................– 60 dBm
Consommation typique ......................3,5 mA...................3,5 mA


Disposez les 10 dip-switchs de DS1 de manière à ce qu’ils correspondent à ceux positionnés dans la radiocommande. DS2 sélectionne les deux derniers bits du codage, lesquels, normalement, dans les petites radiocommandes, sont contrôlés par les boutons poussoirs. Dans le cas d’une radiocommande monocanal, positionnez les deux dip-switchs sur la position fermée.


Vue du prototype final de la vidéo surveillance d’ambiance VHF télécommandée en UHF. Sur le bornier "MIC", sera reliée une capsule microphonique électret. Sur l’entrée "IN" sera reliée une caméra noir et blanc ou couleur.

Liste des composants FT299
R1 = 1,5 kΩ
R2 = 10 kΩ
R3 = 220 kΩ
R4 = 10 kΩ
R5 = 10 kΩ
R6 = 10 Ω
R7 = 10 kΩ
R8 = 2,2 kΩ
R9 = 470 kΩ trimmer
R10 = 4,7 kΩ
R11 = 47 kΩ
R12 = 4,7 kΩ
R13 = 4,7 kΩ
R14 = 22 kΩ
R15 = 22 kΩ
R16 = 10 kΩ
R17 = 2,2 kΩ
C1 = 100 μF 16 V électrolytique
C2 = 22 μF 25 V électrolytique
C3 = 100 pF céramique
C4 = 10 nF céramique
C5 = 10 nF céramique
C6 = 470 μF 16 V électrolytique
C7 = 100 μF 16 V électrolytique
C8 = 100 nF multicouche
C9 = 10 μF 63 V électrolytique
C10 = 100 nF multicouche
C11 = 100 nF multicouche
C12 = 100 nF multicouche
C13 = 10 pF céramique
C14 = 10 μF 63 V électrolytique
C15 = 10 μF 63 V électrolytique
C16 = 100 nF multicouche
C17 = 1000 pF céramique
D1 = Diode 1N4007
DZ1 = Diode zener 5,1V
T1 = Transistor mosfet BUZ11
T2 = Transistor PNP BC557
T3 = Transistor NPN BC547
U1 = Module Aurel 433 MHz NB-CE
U2 = Intégré UM86409
U3 = Intégré 4013
U4 = Régulateur 7805
U5 = Module Aurel TX-AV
DS1 = Dip switch 10 inter
DS2 = Dip switch 2 inter
MIC = Microphone préamplifié 2 sorties
ANT1 = Antenne 433 MHz
ANT2 = Antenne 224 MHz

Divers :
1 support 2 x 9 broches
1 support 2 x 7 broches
1 support 2 x 4 broches
2 borniers 2 contacts
1 bornier 3 contacts
1 circuit imprimé réf. S299

(Sauf indication contraire, toutes les résistances sont des 1/4 W à 5 %)

Figure 2 : Schéma d’implantation des composants.

Figure 3 : Dessin du circuit imprimé à l’échelle 1.



Figure 4 : Schéma synoptique du système de vidéosurveillance illustrant le fonctionnement de l’émetteur après activation par la radiocommande. L’émetteur transmet le signal vidéo et le signal audio sur le canal 12.

Réglage
Pour pouvoir essayer l’émetteur audio/vidéo, il faut d’abord l’alimenter (alimentation ou batterie 12 volts). Il faut également disposer d’un petit émetteur UHF pour radiocommande à 433,92 MHz avec un codeur MM53200 ou UM86409, dont les dip-switchs ont été positionnés de façon identique à ceux de DS1.
Attention, seuls les émetteurs de poche ont 10 dip-switchs, car il est possible de positionner seulement les 10 premiers bits, étant donné que les deux derniers sont gérés directement par les boutons poussoirs pour obtenir des dispositifs à 1 canal, 2 canaux, ou 4 canaux. Donc, disposez les 10 dip-switchs comme ceux de DS1. Par contre, pour DS2, essayez d’abord de laisser les deux dip-switchs fermés, cela devrait être en accord avec le TX monocanal (CH1 = 0).
Allumez le téléviseur de surveillance et réglez-le sur le canal 12. De temps en temps, activez l’émetteur vidéo avec la radiocommande en appuyant et en relâchant immédiatement après, le bouton poussoir. A un certain point, vous devriez voir à l’écran les images transmises par la caméra et entendre dans le haut-parleur les sons captés par le microphone (à ce propos, maintenez le volume assez bas, car vous pourriez déclencher un désagréable effet Larsen).
Si l’échelle de votre téléviseur est graduée en bande, sur la bande III, la réception doit intervenir en correspondance avec le canal H2, par contre pour les téléviseurs avec la numérotation de 0 à 100, le bon canal est le 12. Si vous ne recevez rien, essayez d’appuyer et de relâcher de nouveau le poussoir de la radiocommande.
Vérifiez également la disposition des dip-switchs de DS1 et de ceux de la radiocommande, puis essayez les quatre combinaisons de DS2, jusqu’au moment où vous trouverez celle qui active l’émetteur Audio/Vidéo et fasse apparaître à l’écran les images de la caméra.
Lorsque vous serez par venu à capter le signal et à voir convenablement la vidéo, réglez R9 de façon à avoir le son le plus approprié, assez fort et clair sans arriver à la distorsion. Cherchez le bon compromis entre le réglage de R9 et le volume du téléviseur.
Tous ces essais terminés, pensez à installer le système dans un coffret tel le "Teko Coffer 2" par exemple. Laissez les antennes à l’extérieur, si possible bien séparées l’une de l’autre pour limiter l’interférence de l’étage émetteur sur l’étage récepteur.

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