Un détecteur de présence pour caméra vidéo



Ce circuit analyse l’image produite par une caméra vidéo et détecte la moindre variation se produisant dans le champ visuel (il excite alors un relais et lance éventuellement un enregistrement vidéo). Grâce à ce dispositif vous pourrez vous amuser à observer les animaux sauvages dans leur habitat et réaliser de magnifiques films animaliers. Moins amusant : cet appareil pourra aussi constituer un chaînon d’une installation de vidéosurveillance avec ou sans alarme.

Ce circuit a en effet été conçu d’abord pour la prise de vues animalière, mais rien ne vous interdit de l’utiliser en vidéosurveillance pour déclencher une alarme (le circuit détecte l’intrusion d’un objet dans l’image et déclenche l’alarme et / ou un enregistrement vidéo, ce qui permet ensuite d’identifier la nature de l’incident, typiquement de reconnaître l’intrus). Dans la nature, “l’intrus” est bien sûr l’animal sauvage que vous souhaitez filmer sans qu’il se doute de votre présence. Si vous disposez une ou plusieurs caméras vidéo dans le milieu fréquenté par l’animal –ou les animaux– convoité, vous pouvez les relier à notre émetteur audio-vidéo EN1557 et recevoir les images sur le récepteur 4 canaux EN1558 : dès que l’animal apparaît dans le champ des caméras vidéo, le circuit détecteur de présence active l’émetteur et, chez vous, vous pouvez regarder les images sur un téléviseur ou les enregistrer sur un magnétoscope ou un enregistreur de DVD. A défaut d’émetteur et de récepteur A / V, vous pourrez tout de même enregistrer le film en vous inspirant de la figure 10. De plus, notre circuit à balayage d’image fonctionnant aussi avec des caméras vidéo sensibles aux infrarouges, vous pourrez, si vous le souhaitez, filmer des scènes nocturnes.
Mais si vous possédez une caméra vidéo, vous devez déjà savoir qu’on peut s’en servir dans de multiples cas : couplée à ce contrôleur vidéo, les applications en seront encore plus nombreuses.

Le principe de fonctionnement
La figure 3 montre le déroulement du signal sur une ligne vidéo, dans laquelle la luminance varie progressivement de gauche à droite, en partant du noir (qui correspond au niveau de tension 0,3 V) pour arriver au blanc (correspondant au niveau maximum de tension 1 V), en passant par tous les tons de gris (correspondant aux tensions intermédiaires).
En réalité la distribution du noir, du blanc et des tons de gris, ainsi que des valeurs de tension correspondantes n’est pas aussi progressive, mais elle dépend de la composition de l’image représentée par la ligne (voir figure 4). Si nous additionnons les valeurs de tension présentes en chaque point d’une ligne et que nous divisons la valeur obtenue par le nombre de points sur la ligne, nous trouvons une valeur de tension moyenne pour cette ligne, comme le montre la figure 5. Si nous considérons les 312,5 lignes composant une trame, soit un balayage complet de l’image vidéo, en additionnant les valeurs moyennes calculées pour chacune des lignes et en divisant la valeur obtenue par le nombre de lignes, nous obtenons une valeur moyenne de tension caractéristique de l’image vidéo complète. Cette valeur reste constante pour tous les balayages suivants, à condition que l’image filmée ne subisse aucun changement (voir figure 5). Mais dès qu’un changement se produit dans l’image, par exemple parce qu’un objet, un animal, ou une personne entre dans le champ de la caméra vidéo, sa valeur moyenne de tension se modifie (voir figure 6), événement détecté par le circuit de contrôle. La différence entre la valeur moyenne mémorisée en absence de variation et la valeur moyenne obtenue par l’échantillonnage de la nouvelle image, dûment amplifiée, permet d’exciter un relais dont les contacts pourront être exploités pour activer un émetteur A / V ou un magnétoscope (voir figure 10), ou une alarme, bien sûr, si besoin est.
Note : Ce contrôleur vidéo (ou détecteur de présence) peut travailler indifféremment avec une caméra vidéo N & B ou couleur, ce qui précède concernant les deux types.

Figure 1 : Si vous reliez ce contrôleur vidéo (détecteur de présence) à une caméra vidéo B & N ou couleur, vous pourrez filmer des scènes animalières automatiquement, sans que l’animal sauvage ne décèle une présence humaine (voir photo de première page).

Le schéma électrique
Jetons un coup d’oeil au schéma électrique de la figure 2 : le signal vidéo provenant de la caméra est appliqué à l’entrée Vidéo In, à laquelle est reliée en parallèle la sortie Vidéo Out ; il est ainsi possible d’envoyer en même temps le signal de la caméra à d’autres dispositifs comme émetteur ou magnétoscope, etc. Après avoir traversé le filtre passebas R1/C2, le signal arrive, à travers C1, sur la broche 2 de IC1 LM1881 (un séparateur de synchronisme télévision utilisé ici pour sélectionner le groupe de lignes dont nous allons mesurer continûment la valeur moyenne). En effet, chaque fois que sur la broche 2 de IC1 une trame complète de 312,5 lignes est reçue (rappelons que dans le système PAL une image vidéo est constituée de deux trames consécutives de 312,5 lignes chacune, l’une correspondant aux lignes impaires et l’autre aux lignes paires), sur la broche de sortie 7 de IC1 une commutation produit une onde carrée parfaite de 20 ms, soit le temps nécessaire pour analyser une trame complète de 312,5 lignes. Ce signal carré est utilisé pour piloter les deux interrupteurs électroniques internes IC3/B et IC3/C contenus dans le CMOS CD4066 IC3 : ces interrupteurs sont pilotés en opposition de phase par le signal carré, grâce à IC3/A, de façon à réaliser la condition pour laquelle lorsque IC3/B est fermé, IC3/C est fermé et vice versa.
Les deux interrupteurs sont reliés d’un côté à l’émetteur de TR2 BC547 et de l’autre respectivement à l’entrée non inverseuse et à l’entrée inverseuse de l’amplificateur opérationnel IC4/A.
Le signal Vidéo In ne va pas seulement vers la broche 2 de IC1, mais aussi sur la base de TR2 lequel, étant monté en émetteur suiveur, a pour fonction de fournir plus de courant aux deux interrupteurs IC3/B et IC3/C à travers R12 et R13. Comme les deux interrupteurs IC3/B et IC3/C sont pilotés alternativement, quand IC3/B est fermé, une trame complète de 312,5 lignes est appliquée aux extrémités de C12 ; quand IC3/C est fermé, la trame suivante de 312,5 lignes est appliquée aux extrémités de C13. Ces deux derniers condensateurs ont pour fonction d’intégrer toutes les valeurs de tension présentes sur chaque ligne de l’image vidéo et de trouver ainsi la valeur moyenne de tension de la trame complète ; notez que leurs capacités sont dans un rapport 100 (100 et 1 μF), ainsi la constante de temps produite par C12 et R16 est cent fois plus grande que celle engendrée par C13 et R17. Il s’ensuit que la tension aux extrémités de C12 est utilisée comme tension de référence, car elle n’est nullement influencée par les variations rapides de l’image, comme l’intrusion d’un objet, d’un animal ou d’une personne dans le champ de la caméra ; en revanche la tension aux extrémités de C13 est considérée comme échantillonnage car elle est en mesure de suivre les variations se produisant à l’intérieur d’une seule trame, soit dans un laps de temps de 20 ms. En image statique la tension aux extrémités de C12 est égale à la tension aux extrémités de C13, car une trame et la suivante sont alors identiques.
Dès qu’une variation de la trame d’une image se produit, immédiatement la tension aux extrémités de C13 varie également, alors que la tension de référence aux extrémités de C12 ne peut changer instantanément (à cause de sa capacité élevée) et reste stable.
Entre broches les 2 et 3 de l’ampli-op IC4/A se produit donc une différence de tension que nous retrouvons amplifiée environ dix fois sur sa broche 1.
Cette tension est acheminée à travers C16 et C17 (montés en opposition de polarité de façon à former un seul condensateur de capacité moitié moindre mais non polarisé) et R21 vers un second ampli-op IC4/B qui l’amplifie cette fois d’un facteur cent. La nouvelle tension ainsi obtenue est présentée à l’étage suivant, les deux amplis-op IC6/A et IC6/B montés en comparateur à fenêtre. Le trimmer R27 monté sur l’entrée inverseuse de IC6/B permet de régler la sensibilité du circuit en fonction des variations pouvant se produire dans l’image : cela autorise la prise en compte des seuls événements qui nous intéressent.
Sur les entrées non inverseuses de IC4/A, IC4/B et IC6/A une tension “d’offset” de +5 V est appliquée, elle est produite par le régulateur IC5 78L05 : cette tension “d’offset” permet au circuit de travailler avec une différence entre la tension d’échantillonnage et celle de référence positive ou négative. La tension obtenue sur l’anode de DS7 et DS8, montées sur les sorties du comparateur, correspond (en image statique) à un niveau logique 1. Dès qu’une variation supérieure au seuil de sensibilité paramétré se produit dans l’image, cette tension passe du niveau logique 1 au niveau logique 0, ce qui active un FLIP-FLOP RS constitué de IC2/B et IC2/C et excite le relais 1 à travers TR1 BC547. L’excitation du relais se poursuit pendant la durée paramétrée par le trimmer R9 (en liaison avec C9 dont le temps de charge varie en fonction de la résistance de R9) : après ce délai, le “reset” du FLIP-FLOP intervient par l’intermédiaire de l’inverseur IC2/D et le relais se relaxe. L’inverseur IC2/A, relié à la tension d’alimentation +12 V, a pour fonction d’empêcher que le relais ne “colle” de manière intempestive à la mise sous tension de l’appareil. L’interrupteur IC3/D est utilisé uniquement pour signaler, par l’allumage de DL3, la présence du signal vidéo à l’entrée du circuit.

Figure 2 : Schéma électrique du détecteur de présence pour caméra vidéo. On remarque le séparateur de synchronisme IC1 LM1881 lequel, après avoir reçu une trame entière de 312,5 lignes, produit sur la broche 7 une impulsion de signal carré de 20 ms, qui habilite les interrupteurs électroniques internes IC3/A, IC3/B, IC3/C et IC3/D.

Brochage des circuits intégrés utilisés vus de dessus, du transistor BC547 et du régulateur 78L05 vus de dessous et de la LED vue de face (la patte la plus longue est l’anode A).

Liste des composants
R1 ...... 470
R2 ...... 1 k
R3 ...... 470 k
R4 ...... 680 k
R5 ...... 10 k
R6 ...... 10 k
R7 ...... 2,2 k
R8 ...... 10 k
R9 ...... 100 k trimmer
R10 ..... 1 k
R11 ..... 1 k
R12 ..... 10 k
R13 ..... 10 k
R14 ..... 10 k
R15 ..... 100 k
R16 ..... 100 k
R17 ..... 100 k
R18 ..... 1 M
R19 ..... 470
R20 ..... 1 M
R21 ..... 10 k
R22 ..... 2,2 M
R23 ..... 10 k
R24 ..... 10 k
R25 ..... 10 k
R26 ..... 330
R27 ..... 10 k
R28 ..... 10 k
R29 ..... 10 k
R30 ..... 10 k
C1 ...... 10 μF électrolytique
C2 ...... 470 pF céramique
C3 ...... 100 μF électrolytique
C4 ...... 100 μF électrolytique
C5 ...... 100 nF polyester
C6 ...... 100 nF polyester
C7 ...... 100 nF polyester
C8 ...... 100 nF polyester
C9 ...... 47 μF électrolytique
C10 ..... 100 nF polyester
C11 ..... 22 nF polyester
C12 ..... 100 μF électrolytique
C13 ..... 1 μF électrolytique
C14 ..... 470 nF polyester
C15 ..... 0 nF polyester
C16 ..... 47 μF électrolytique
C17 ..... 47 μF électrolytique
C18 ..... 470 nF polyester
C19 ..... 47 μF électrolytique
C20 ..... 100 nF polyester
C21 ..... 100 nF polyester
C22 ..... 47 μF électrolytique
C23 ..... 100 nF polyester
DS1 ..... 1N4148
DS2 ..... 1N4148
DS3 ..... 1N4148
DS4 ..... 1N4148
DS5 ..... 1N4007
DS6 ..... 1N4148
DS7 ..... 1N4148
DS8 ..... 1N4148
DL1 ..... LED
DL2 ..... LED
DL3 ..... LED
TR1 ..... NPN BC547
TR2 ..... NPN BC547
IC1 ..... LM1881
IC2 ..... CMOS 4093
IC3 ..... CMOS 4066
IC4 ..... LM358
IC5 ..... MC78L05
IC6 ..... LM358
RL1 ..... relais 12 V 1 contact
S1 ...... interrupteur

Note : toutes les résistances sont des 1/4 de W.


Figure 3 : Cette figure représente un signal vidéo variant progressivement du niveau noir de 0,3 V jusqu’au niveau blanc de 1 V.

Figure 4 : Le signal vidéo varie en fonction de la quantité de blanc et de noir présente sur la ligne et par conséquent son niveau moyen de tension varie aussi.

Figure 5 : Si l’image est statique, c’est-à-dire sans aucune variation décelable, les valeurs moyennes de tension calculées sur chaque ligne et la valeur moyenne de l’ensemble de la trame sont constantes.

Figure 6 : Dès que quelque chose altère la composition de l’image, les valeurs de chaque ligne varient, ainsi que la valeur moyenne de la trame.

La réalisation pratique
Pour réaliser ce détecteur de présence pour caméra vidéo, il vous faut le circuit imprimé EN1625 : c’est un double face à trous métallisés dont la figure 7b-1 et 2 donne les dessins à l’échelle 1.
Si vous observez bien les figures 7a et 8 et la liste des composants, vous n’aurez aucune difficulté à y monter les composants. Enfoncez d’abord et soudez les deux picots auxquels vous souderez (lors de l’installation dans le boîtier) les deux fils allant à S1 (monté en face avant). Commencez par insérer et souder les supports des circuits intégrés et terminez par le relais, la prise d’alimentation, les deux RCA et le bornier (avant de souder les pattes des LED, ajustez leur longueur afin qu’elles affleurent à la surface de la face avant).
Accordez, comme d’habitude beaucoup d’attention aux soudures (ni court-circuit entre pistes ou pastilles ni soudure froide collée). Attention aussi à l’orientation (et donc à la polarité) des condensateurs électrolytiques, des diodes, des LED, des transistors et du régulateur et des circuits intégrés (vous insèrerez ces derniers dans leurs supports une fois toutes les soudures effectuées et le montage dans le boîtier effectué). Vérifiez que vous n’avez pas interverti TR1, TR2 et IC5 qui se ressemblent et l’orientation de leur méplat repère-détrompeur : TR1 vers DS5, TR2 vers R11 et IC5 vers C21.

Figure 7a : Schéma d’implantation des composants du détecteur de présence pour caméra vidéo. En haut à droite, détail de câblage du jack d’alimentation permettant d’alimenter l’appareil avec une banale alimentation bloc secteur 230 V ou bien à partir d’une batterie (le + est au centre). Le bornier va aux sorties du relais A (normalement ouvert), B (central) et C (normalement fermé). Les trimmers R9 et R27 permettent de régler la durée d’activation du relais et la sensibilité du circuit.

Figure 7b-1 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés du détecteur de présence pour caméra vidéo, côté soudures.

Figure 7b-2 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés du détecteur de présence pour caméra vidéo, côté composants.

Figure 8 : Photo d’un des prototypes de la platine du détecteur de présence pour caméra vidéo.

Le montage dans le boîtier
Regardez bien la figure 9 : c’est aussi simple que d’habitude ! Fixez la platine au fond du boîtier plastique avec face avant et panneau arrière en aluminium anodisé, à l’aide de quatre vis autotaraudeuses.
Placez en face avant les deux RCA “cinch”, les trois LED et l’interrupteur S1 (câblez ce dernier : deux fils vers les picots) ; sur le panneau arrière la prise d’alimentation (elle est déjà soudée au ci) et le passe-fils pour le passage des fils provenant du relais (vissez ceux-ci au bornier dans la position voulue : normalement fermé ou normalement ouvert, voir figure 7a).
Vous pouvez maintenant insérer les circuits intégrés dans leurs supports, attention à l’orientation des repèredétrompeurs en U (IC1 vers R27, IC2 vers DS2, IC3 vers R14, IC4 vers C15, IC6 vers R30).
Que vous utilisiez, pour alimenter le circuit, une batterie ou une petite alimentation bloc secteur 230 V, réalisez un câble d’alimentation (fil R & N) terminé par un jack mâle approprié dont le + sera situé sur le contact central (voir figure 7a).

Figure 9 : Photo d’un des prototypes de la platine du détecteur de présence pour caméra vidéo installée dans le boîtier plastique avec face avant et panneau arrière en aluminium anodisé. En face avant, les RCA “cinch” d’E / S, les LED et l’interrupteur M / A ; sur le panneau arrière la prise d’alimentation et les sorties du relais à travers un passe-câble caoutchouc.

Les essais et le réglage
Pour vérifier le bon fonctionnement de
l’appareil, procédez ainsi :
  - Tournez le trimmer R9 (il règle la durée d’excitation du relais entre 2 et 10 secondes) jusqu’à mi course.
  - Tournez le trimmer R27 (il règle la sensibilité du déclenchement) jusqu’à mi course (soit pour une sensibilité moyenne).
  - Reliez le câble du signal vidéo provenant de la caméra à la RCA Vidéo Inp de votre Contrôleur Vidéo.
  - Mettez en fonctionnement la caméra vidéo et vérifiez que la LED Vidéo s’allume (elle clignote à 25 Hz environ) : si elle s’allume, c’est que le signal vidéo arrive bien à l’appareil.
  - Attendez environ une minute, de façon à éliminer le “reset” de mise sous tension réalisé par IC2/A.
  - Passez un objet (votre main…) dans le champ de la caméra afin de provoquer un changement de valeur moyenne de la trame et constatez à l’oreille que le relais s’excite puis se relaxe après quelques secondes. Vous avez là la confirmation du bon fonctionnement de l’appareil, lequel est prêt à prendre son service.
  - Réglez avec R9 la durée d’excitation du relais en fonction de votre application.
  - Réglez avec R27 la sensibilité dont vous avez besoin pour cette application (vous allez devoir tâtonner) : par exemple, si vous voulez “espionner” le gîte d’un animal sauvage, réglez le circuit en fonction de la luminosité ambiante et des dimensions de la bête. Pour une bonne sélectivité, vous devrez faire en sorte que le sujet occupe une grande partie de l’image, si possible au centre et sans interposition d’un obstacle (attention au feuillage qui, remué par le vent, risque de provoquer un “faux” déclenchement).

Figure 10 : Si vous disposez d’un magnétoscope (ou d’un enregistreur de DVD), vous pouvez déclencher sa mise en fonctionnement en reliant sa prise de contrôle à distance (REMOTE) à la sortie relais du contrôleur vidéo. La prise IN de ce dernier sera reliée à la sortie vidéo de la caméra et la prise OUT à l’entrée vidéo du magnétoscope.

Conclusion
Répétons-le, vous allez devoir tâtonner, mais avec un peu de patience (il en faut pour observer et filmer avec succès des bêtes sauvages !) vous obtiendrez un réglage optimal et vous étonnerez votre entourage en visionnant les cassettes ou les DVD que vous aurez réalisés.

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