Un contrôle à distance des lumières domestiques

Avec un boîtier de télécommande IR nous allons pouvoir allumer/éteindre à distance deux appareils domestiques au choix (téléviseur, home-cinéma, chaîne Hi-Fi, etc.) et disposer en plus de trois canaux pour régler continûment la luminosité de trois ampoules à filament.



On trouve dans le commerce de nombreux “varilights” ou variateurs de luminosité pour ampoules à incandescence ; d’autre part les télécommandes infrarouges permettant d’allumer/éteindre le téléviseur, l’ampli Hi-Fi, etc., envahissent nos appartements ; par contre, on ne trouve pas de système de télécommande IR qui fasse les deux en n’utilisant qu’un seul boîtier.
C’est le défi que relève le montage que cet article vous propose : un boîtier émetteur d’aspect ordinaire (voyez vous-même ci-dessus) et un récepteur. Deux canaux vous permettront d’allumer/éteindre deux appareils électriques au choix (par exemple l’écran à plasma et l’ampli AV) et trois autres canaux, séparés et fonctionnant indépendamment l’un de l’autre, feront varier graduellement à volonté en + ou en – la luminosité de trois luminaires (dotés d’ampoules à filaments).
Utilisation possible typique : on baisse à zéro l’éclairage de plafond du salon, on allume faiblement le chevet (le troisième canal LP3 reste cette fois inutilisé, il commande l’éclairage extérieur), on allume l’écran à plasma et on allume l’ampli “home cinema” AV ; plus tard dans la soirée, on augmentera la luminosité du lustre du salon, on règlera à zéro le chevet, on augmentera la luminosité de l’éclairage de terrasse au maximum (pour permettre à nos amis de regagner leur voiture), on éteindra ampli AV et écran à plasma (pas forcément dans cet ordre-là). Ce ne sont là que des exemples, bien sûr et l’on peut envisager de commander n’importe quel appareil dépourvu de commande IR (vieux poste de radio, ventilateur), il suffit qu’il soit électrique !

Le schéma électrique
Avant de passer à la description complète du schéma électrique du récepteur, figure 4, parlons un peu du circuit intégré IC1 qui en est le cerveau.

Le circuit intégré d’entrée U250B
La figure 1 en donne le schéma synoptique interne. Sur ses broches 5-4 on monte une photodiode IR réceptrice FD1 BPW41 qui capte le signal codé émis par le boîtier de télécommande (ou zapette : c’est l’émetteur, voir figure 2) et l’amplifie. Sur la broche 6 on prélève donc un signal dûment amplifié, ensuite appliqué à quatre amplificateurs internes A2-A3-A4-A5 ; ces derniers servent à filtrer les signaux émis par la télécommande afin d’empêcher qu’un signal provenant d’une autre télécommande ne puisse influencer le circuit.
De la broche 11 sort le signal codé parfaitement nettoyé, prêt à être appliqué à la broche 2 du circuit intégré IC3 suivant U336M lequel, on le verra, a pour rôle de le démoduler.

Figure 1 : Schéma synoptique interne et brochage vu de dessus du détecteur U250B. Le signal capté par la diode FD1 est amplifié, puis filtré par les étages A2-A3-A4-A5 puis prélevé sur la broche 11 pour être transféré vers IC3 (voir figure 4).

Le reste du schéma électrique
Commençons par la photodiode réceptrice FD1, reliée aux broches 4-5 de IC1 U250B : les impulsions qu’elle reçoit à travers l’émetteur de télécommande (la zapette visible figure 2) sont transférées au moyen de C1 sur la broche 2 de IC1 pour être adéquatement amplifiées.
Le signal amplifié est prélevé sur la broche 6 puis, réintroduit par la broche 7, on le fait passer à travers les filtres RC sélectifs passe-bande internes A2-A3-A4-A5 tous en série (voir figure 1) et destinés à éliminer tous les éventuels signaux parasites que la photodiode réceptrice pourrait capter d’une autre source.
Le signal filtré est ensuite transféré à l’étage final A6 qui l’amplifie afin de compenser l’atténuation introduite par les filtres sélectifs A2-A3-A4-A5.
Comme le montre la figure 4 (à gauche), les broches de IC1 sont dotés de nombreux condensateurs et résistances, nécessaires au bon fonctionnement de ces filtres sélectifs : pas de problème, notre circuit imprimé double face est parfaitement dessiné pour un montage aisé (voir figure 8a et b).
Rassurés, revenons donc au schéma électrique de la figure 4 pour préciser que sur la broche 11 de IC1 nous prélevons le signal IR capté par la photodiode réceptrice FD1 rendu parfaitement propre par ce traitement. Ce signal traité est acheminé vers la broche 2 du démodulateur IC3 : pour qu’il fonctionne, on doit appliquer entre ses broches 1 et 27 un quartz de 4 MHz fournissant la fréquence d’horloge.

Première fonction : la commande des relais
Pour activer les relais RL1 ou RL2, il faut presser (sur la zapette visible figure 2, bien sûr) les touches 1-2-3-4, comme le montre la figure 6. Quand on presse une de ces touches, sur les broches 12 et 13 de IC3 nous obtenons les niveaux logiques suivants :

Télécommandebroche12broche 13
touche 1 pressée00
touche 2 pressée10
touche 3 pressée01
touche 4 pressée11

Note : rappelons que le zéro logique est une absence de tension et que le un logique est une tension positive. Les autres touches de la télécommande peuvent
activer ou désactiver les relais RL1 et RL2.

Figure 2 : Aspect extérieur du boîtier de télécommande IR utilisée pour commander notre contrôle de lumières à distance. Une pile 6F22 de 9 V prend place dans le compartiment prévu à cette effet (elle n’est pas fournie avec le boîtier).

Les niveaux logiques présents sur les broches de sortie 12-13 de IC3 sont transférés sur les broches 2-3 du décodeur IC4 CD4555 (à l’intérieur, il comporte deux décodeurs identiques, mais nous n’en utiliserons qu’un seul) au moyen d’un signal d’horloge présent sur la broche 11 de IC3.
Si nous pressons la touche 1 de la télécommande, c’est une impulsion positive qui arrivera sur la broche 6 de Set de IC5/A : cette impulsion positionne le FLIP-FLOP interne et sur la broche 1 Q nous obtenons une tension positive qui atteint la base de TR4 lequel, en se mettant à conduire, colle RL1.
Si maintenant nous pressons la touche 2 de la télécommande, c’est une impulsion positive qui arrivera sur la broche 4 de Reset de IC5/A : cette impulsion repositionne le FLIP-FLOP interne et sur la broche 1 Q nous n’obtenons plus aucune tension positive, TR4 ne peut conduire, ce qui décolle RL1. Le réseau C16/DS4/DS6 sert à repositionner (à réinitialiser en fait) automatiquement les deux FLIP-FLOP seulement quand nous alimentons pour la première fois le circuit, afin d’éviter que les deux relais ne prennent une condition anormale (phénomène d’oscillation).

Seconde fonction : augmentation et diminution graduelles de la luminosité de trois ampoules
Trois canaux indépendants LP1-LP2-LP3 agissent en tant que variateurs de tension sur le secteur 230 V au moyen des TRIACS TRC1-TRC2-TRC3.
Cette variation de tension a pour effet de modifier en + ou en – et graduellement la luminosité de trois luminaires, à la condition qu’ils soient constitués d’ampoules à filaments : cela est obtenu simplement en commandant les TRIACS en retard par rapport au passage par zéro de la tension du secteur (voir figure 5) ; ce détecteur de “zero crossing” (passage par zéro) engendre une impulsion au moment précis où la demi onde alternative passe de la polarité positive à la négative et vice-versa ; pour nous, la détection de passage par zéro est faite par le NPN TR1, lequel prélève la tension impulsionnelle à 100 Hz sur le pont redresseur RS1. Ces impulsions sont appliquées sur la base du NPN TR3.
Note : une parenthèse pour préciser que le PNP TR2 est monté ici en générateur de courant constant ; il alimente C20 afin que nous obtenions une rampe de tension pour l’appliquer sur la broche 6 inverseuse de l’amplificateur opérationnel IC6/A.
Sur la broche 7 de IC6/A on obtient donc une rampe de tension, ensuite elle est acheminée vers les entrées non-inverseuses (signe +) des trois comparateurs IC6/B-IC6/C-IC6/D. Les entrées inverseuses (signe –) de ces mêmes comparateurs sont pilotées par les broches 8-9-10 de IC3.
Quand on appuie sur les touches + ou – de la télécommande (voir figure 7) on fait varier en + ou en – la luminosité des ampoules reliées indépendamment à la sortie des trois canaux, c’est-à-dire à chaque TRIAC. Les photocoupleurs OC1-OC2-OC3, montés entre les sorties des amplificateurs opérationnels IC6/B-IC6/C-IC6/D et les TRIACS, servent bien sûr à isoler électriquement notre circuit récepteur de la tension du secteur 230 V.

L’alimentation
Pour alimenter ce récepteur, il faut une tension stabilisée de 12 V : le transformateur secteur 230 V comporte un secondaire fournissant 8 et 15 V, c’est le 15 V qui nous intéresse ; après l’avoir redressée grâce à RS1, cette tension est stabilisée à 12 V par le classique régulateur IC2, L7812 ou uA7812.

Figure 3 : Brochage de la photodiode vue de devant et de derrière. La face sensible est celle qui NE COMPORTE PAS D’INSCRIPTION.

Figure 4 : Schéma électrique du contrôle IR à distance complet, alimentation secteur 230 V comprise. Vous pourrez l’utiliser pour commander deux relais ou bien faire varier indépendamment la luminosité de trois lampes (LP1-LP2-LP3) reliées à sa sortie, tout cela au moyen du boîtier de télécommande (voir figure 2).

Figure 5 : Pour régler à volonté la luminosité des ampoules reliées aux sorties LP1-LP2-LP3, il suffit de détecter le “zero crossing” (point de passage par zéro) du 100 Hz au moyen de TR1, puis de commander les TRIACS avec un retard approprié.

Figure 6 : Pour commander les relais RL1 et RL2, vous devez presser les touches 1-2-3-4 (représentées ici en jaune). Si on presse 1 on colle le RL1, si on presse 2 on le décolle; si on presse 3 on colle RL2, si on presse 4 on le décolle. Quand le relais est collé, la LED montée en parallèle sur sa bobine s’allume (voir figure 4).

Figure 7 : Pour régler à volonté la luminosité des ampoules LP1-LP2-LP3, pressez les touches +/– (représentées ici en jaune).
Si on presse le + situé au dessus du deuxième symbole à partir de la gauche, on augmente la luminosité de LP1, si on presse le – on la diminue ; si on presse le + situé au dessus du troisième symbole à partir de la gauche, on augmente la luminosité de LP2, si on presse le – on la diminue ; si on presse le + situé au dessus du quatrième symbole à partir de la gauche, on augmente la luminosité de LP3, si on presse le – on la diminue.


Figure 8a : Schéma d’implantation des composants du contrôle IR à distance. Sauf soudure froide collée ou court-circuit entre pistes ou inversion de composants (par exemple deux résistances de valeurs très différentes) ou inversion de polarité (par exemple d’une diode), le circuit fonctionnera tout de suite. Attention, placez bien la face sensible de la photodiode (c’est celle qui ne comporte aucune indication) vers l’extérieur du circuit imprimé (le marquage doit “regarder” C1 et IC1).

Figure 8b-1 : Dessin, a l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés de la platine du contrôle IR à distance, côté soudures.

Figure 8b-2 : Dessin, a l’échelles 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés de la platine du contrôle IR à distance, côté composants.

Figure 9 : Brochages vus de dessus des circuits intégrés utilisés pour ce montage ; celui de la LED est vu de face, tout comme ceux du TRIAC BT137 et du régulateur L7812 en boîtier TO220 ; enfin, ceux des transistors en boîtier plastique demi lune sont vus de dessous.

Figure 10 : Petit rappel toujours utile, des deux pattes A anode et K cathode d’une LED, la plus longue est l’anode et c’este elle qui est reliée au positif (fil de couleur rouge) ; alors, retenez bien ANODE LONGUE ROUGE.

Figure 11 : Photo d’un des prototypes de la platine du contrôle IR à distance. En bas à droite, ce n’est pas une seconde platine superposée que vous voyez, mais localement le côté composants est recouvert d’un plan de masse. Le transfo secteur est boulonné directement sur la platine. Le quartz est monté couché et soudé au plan de masse qu’il côtoie. Les TRIACS sont montés debout sans dissipateur, tout comme le régulateur IC2 (attention, leurs semelles métalliques servent de repère-détrompeurs).

Liste des composants
R1 ........... 100 k
R2 ........... 47
R3 ........... 18 k
R4 ........... 18 k
R5 ........... 8,2 k
R6 ........... 8,2 k
R7 ........... 10 k
R8 ........... 10 k
R9 ........... 15 k
R10 .......... 15 k
R11 .......... 33 k
R12 .......... 33 k
R13 .......... 1 k
R14 .......... 10 k
R15 .......... 10 k
R16 .......... 10 k
R17 .......... 10 k
R18 .......... 100 k
R19 .......... 100 k
R20 .......... 10 k
R21 .......... 1 k
R22 .......... 10 k
R23 .......... 1 k
R24 .......... 10 k
R25 .......... 10 k
R26 .......... 10 k
R27 .......... 680
R28 .......... 10 k
R29 .......... 1 k
R30 .......... 10 k
R31 .......... 100 k
R32 .......... 22 k
R33 .......... 10 k
R34 .......... 1 M
R35 .......... 1 M
R36 .......... 100 k
R37 .......... 100 k
R38 .......... 100 k
R39 .......... 1 k
R40 .......... 1 k 1/2 W
R41 .......... 1 k
R42 .......... 1 k 1/2 W
R43 .......... 1 k
R44 .......... 1 k 1/2 W
C1 ........... 220 pF céramique
C2 ........... 47 μF électrolytique
C3 ........... 220 pF céramique
C4 ........... 220 pF céramique
C5 ........... 680 pF céramique
C6 ........... 330 pF céramique
C7 ........... 1,5 nF céramique
C8 ........... 100 pF céramique
C9 ........... 470 pF céramique
C10 .......... 470 pF céramique
C11 .......... 1 000 μF électrolytique
C12 .......... 47 μF électrolytique
C13 .......... 100 nF polyester
C14 .......... 100 nF céramique
C15 .......... 100 nF polyester
C16 .......... 2,2 μF électrolytique
C17 .......... 10 μF électrolytique
C18 .......... 3,3 nF polyester
C19 .......... 10 μF électrolytique
C20 .......... 100 nF polyester
C21 .......... 100 nF polyester
C22 .......... 470 nF polyester
C23 .......... 470 nF polyester
C24 .......... 470 nF polyester
XTAL ......... quartz 4 MHz
RS1 .......... pont redr. 100 V 1 A
DS1 .......... 1N4007
DS2 .......... 1N4150
DS3 .......... 1N4150
DS4 .......... 1N4150
DS5 .......... 1N4150
DS6 .......... 1N4150
DS7 .......... 1N4007
DS8 .......... 1N4007
DS9 .......... 1N4150
DS10 ......... 1N4150
DZ1 .......... 6,2 V 1/2 W
FD1 .......... BPW41 photodiode réceptrice
DL1 .......... LED
DL2 .......... LED
TR1 .......... NPN BC547
TR2 .......... PNP BC557
TR3 .......... NPN BC547
TR4 .......... NPN BC547
TR5 .......... NPN BC547
IC1 .......... U250B
IC2 .......... L7812
IC3 .......... U336M
IC4 .......... CMOS 4555
IC5 .......... CMOS 4013
IC6 .......... LM324
OC1 .......... MOC3020 photocoupleur
OC2 .......... MOC3020 photocoupleur
OC3 .......... MOC3020 photocoupleur
TRC1 ......... BT137 TRIAC 500 V 5 A
TRC2 ......... BT137 TRIAC 500 V 5 A
TRC3 ......... BT137 TRIAC 500 V 5 A
F1 ........... fusible 145 mA autoréarmable
T1 ........... transformateur 6 VA (T006.02) sec. 8-15 V 0,4 A
S1 ........... interrupteur à levier
RL1 .......... relais 12 V 1 contact
RL2 .......... relais 12 V 1 contact
S1 ........... interrupteur à levier

Note : toutes les résistances sont des 1/4 W, sauf spécification différente.


La réalisation pratique
Pour réaliser ce système de télécommande IR EN1641, vous n’aurez qu’à construire le récepteur. En effet, le boîtier de télécommande (l’émetteur, la zapette si vous préférez) est disponible tout monté et prêt à “attaquer” le récepteur (il n’y manque que la pile 6F22 de 9 V que vous devrez vous procurer à part).
Pour construire ce récepteur, il vous faut le circuit imprimé double face à trous métallisés EN1641, sur lequel tous les composants seront montés, hormis l’interrupteur M/A et les deux LED à placer en face avant (par le panneau arrière sortent le cordon secteur et les paires de commande des cinq canaux), comme le montrent la figure 12. Les figures 8b-1 et 2 donnent les dessins des deux faces à l’échelle 1.
Il serait bon de commencer par enfoncer les quatre seuls picots de la platine, situés vers l’arrière, près des relais et servant à relier les deux LED.
Montez ensuite les huit supports des CI et des OC (attention, ni court-circuit entre pistes ou pastilles ni soudure froide collée), vérifiez bien ce premier travail puis montez tous les autres composants en allant des plus bas (résistances, diodes, etc.) aux plus hauts (électrolytiques, relais, régulateur, borniers, transformateur secteur).
Contrôlez avant soudure l’orientation des composants polarisés (électrolytiques, diodes, transistors, pont redresseur, régulateur et circuits intégrés, n’insérez ces derniers dans leurs supports qu’après le montage dans le boîtier et vérification des connexions).
Il n’y a aucune difficulté si vous regardez bien les figures 8a, 9, 10, 11 et la liste des composants. Le quartz se monte couché et l’extrémité supérieure de son boîtier métallique soudée sur une pastille de masse.
Le régulateur est debout sans dissipateur, semelle “regardant” C11-C12. Les trois TRIACS sont montés également debout sans dissipateur, semelles tournées vers la droite.
Les transistors demi lune ont leurs méplats qui “regardent” tous vers la gauche. Toutes les bagues des diodes sont vers le haut de la platine, sauf DZ1 dont la bague “regarde” R25-R26 et DS1 dont la bague est tournée vers IC2. Le – du pont RS1 est vers le bas de la platine.
Attention, la face sensible de la photodiode réceptrice FD1 (c’est celle qui ne comporte aucune inscription) doit bien sûr être tournée vers l’extérieur (un trou dans la face avant permet à cette face d’être touchée par les IR provenant de l’émetteur). Voir figure 11. Vérifiez bien, plusieurs fois, l’identification et l’orientation de ces composants polarisés et la qualité de toutes les soudures, puis passez à l’installation dans le boîtier.

L’installation dans le boîtier
Prenez la face avant en aluminium anodisé et sérigraphié du boîtier et montez les deux voyants à LED (attention à la polarité : la patte la plus longue est l’anode, comme le montre la figure 10) et l’interrupteur M/A, comme le montrent les figures 8a et 11. Prenez la platine, fixez-la au fond du boîtier, à l’aide des quatre entretoises autocollantes, comme le montre la figure 11. Saisissez-vous enfin du panneau arrière, montez-y les passe-fils en caoutchouc, enfilez le cordon secteur et faites un noeud à l’intérieur afin d’éviter les contraintes mécaniques sur les borniers et les soudures, dans les autres passez les paires de commande des cinq canaux (voir figure 12).
Vous pouvez effectuer les connexions entre la platine et la face avant. Utilisez des paires. Celles des LED sont soudées sur les picots (voir figures 8a et 10), les autres sont vissées sur les borniers (voir figure 12). Toutes ces connexions étant faites et vérifiées, vous pouvez alors insérer les huit circuits intégrés et photocoupleurs dans leurs supports avec beaucoup de soin et dans le bon sens (le repère-détrompeur en U doit “regarder” dans la bonne direction, basez-vous sur les composants voisins, comme le montre la figure 8a : tous regardent vers la gauche sauf le circuit intégré IC3 qui est tourné vers le quartz XTAL). Vérifiiez une dernière fois toutes les connexions et notamment celles au niveau des borniers des sorties ampoules ( évitez tout court-circuit sur le secteur 230 V).

Figure 12 : Photo d’un des prototypes de la platine du contrôle IR à distance installée dans le boîtier plastique avec face avant et panneau arrière en aluminium percés et sérigraphiés (voir aussi figures 8a et 11). La fixation se fait par quatre entretoises autocollantes au fond du boîtier et les connexions avec la face avant et le panneau arrière se font au moyen de borniers à vis (picots à souder pour les LED) et de paires, y compris le cordon secteur. Les seules soudures sont en face avant (interrupteur et LED).Vous n’enfoncerez les circuits intégrés DIL dans leurs supports qu’une fois toutes les soudures et interconnexions terminées, c’est-à-dire lorsque la platine aura été installée dans le boîtier.

L’émetteur de télécommande
Ce boîtier disponible tout monté et prêt à l’emploi est visible en figure 2 : installez simplement une pile de 9 V (6F22) dans le compartiment qui lui est destiné. Dirigez la partie avant de la télécommande (zapette) vers le boîtier récepteur : la portée est de 7 à 8 mètres. Comme le montre la figure 6, pour commander les relais utilisez les touches 1-2-3-4.
Comme le montre le dessin de la figure 7, pour régler la luminosité des ampoules LP1-LP2-LP3, servez-vous des trois touches + et des trois touches – (il y en a deux fois quatre, n’utilisez que les deux fois trois de droite).

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