Un micro espion GSM professionnel Première partie : le matériel


Ce concentré de technologie dans si peu de centimètres cubes deviendra vite indispensable pour l’écoute discrète à l’intérieur des véhicules…mais il peut aussi bien être utilisé dans les habitations ou au bureau. Dans cette première partie, nous allons l’analyser et le réaliser et dans la seconde en étudier les logiciels.

Caractéristiques techniques

- Fréquence de travail       : GSM 900 / 1 800 MHz
- Microphones : Knowles (2 éléments)
- Programmation et contrôles : SMS et DTMF
- Tension d’alimentation : 5-32 VCC
- Consommation au repos : 20 mA max
- Consommation maximale : 300 mA
- Dimensions : 56 x 75 x 15 mm
- Capteur de mouvement : oui.

Ce n’est pas le premier montage d’écoute discrète VHF ou GSM que nous vous proposons de réaliser. Cette fois il s’agit d’un appareil GSM aux caractéristiques professionnelles.
La réalisation sera profitable –outre son utilité intrinsèque dans bien des domaines d’applications– pour tous ceux qui veulent se faire la main avec un montage utilisant un module GSM programmable (le fameux Sony-Ericsson GR47) et un nouveau PIC Microchip programmable également, comme tout microcontrôleur qui se respecte.
Un système professionnel d’écoute discrète GSM doit tout d’abord avoir des dimensions réduites, notamment en épaisseur : il doit en effet pouvoir être dissimulé sous le paresoleil de la voiture (le nôtre fait 56 x 75 x 15 millimètres, seuls composants externes, les deux microphones et l’antenne). A l’intérieur une alimentation à découpage permet d’accepter des tensions entre 5 et 32 V.
Ensuite, le signal audio doit être de grande qualité, indemne de tout parasite GSM et capable de s’adapter à l’environnement (l’habitacle du véhicule) : c’est pourquoi nous avons choisi des microphones spéciaux, minuscules –voir figure 3– et blindés pour résister à la HF ; le signal audio est égalisé par la section audio numérique –ou DSP– présente à l’intérieur du module GR47. Cet étage permet de programmer différents profils de réponses en fréquence, que l’on peut choisir facilement sur place. Nous avons monté deux microphones car il est nécessaire pour une bonne écoute d’en placer un à l’arrière de la voiture : ce sont des Knowles ou des Sennheiser qui coûtent une fortune (par rapport aux “sans marque” !) mais qui conviennent très bien à la plupart des applications.
Le câble de liaison blindé est du type ultra flexible, de grande qualité, tant du point de vue électrique que mécanique.
Un système d’écoute professionnel doit également avoir une section HF impeccable : avec le GR47, nous avons déniché (et vous le savez, bien des montages utilisent déjà ce module) l’oiseau rare. C’est à notre avis (et pas seulement !) le module GSM bibande le plus fiable du commerce. Un tel système doit en outre disposer de nombreuses fonctions liées aux ressources matérielles disponibles : nous pensons en particulier à la présence d’un capteur de mouvement (indispensable pour savoir si la voiture est arrêtée ou si elle se déplace), à la disponibilité de sorties numériques (pour activer d’éventuels dispositifs supplémentaires) et d’un décodeur DTMF (pour faciliter les opérations de programmation et de contrôle). Bien sûr notre montage dispose de toutes ces ressources.
Les fonctions logicielles sont aussi très importantes : nous avons conçu un programme extrêmement complexe, si lourd en termes de nombre de lignes que nous avons dû prendre le microcontrôleur que Microchip vient de sortir (en 2005), le PIC18F2620. Sa caractéristique principale est de comporter une mémoire “flash” de 64 ko, tous occupés par le logiciel de gestion !
La programmation des paramètres de fonctionnement est effectuée au moyen de SMS envoyés par un ou plusieurs téléphones mobiles habilités ; pendant la connexion audio il est possible d’utiliser également les tons DTMF (plus conviviaux) pour modifier le paramétrage.
La section logique contrôle aussi le fonctionnement correct du GSM et elle peut même déterminer quelles cellules sont “verrouillées”, ce qui permet une sorte de localisation fort utile dans bien des cas : par exemple, quand le véhicule surveillé sort d’une certaine zone, un SMS d’alarme peut être envoyé et une liaison entre la centrale d’écoute et l’unité distante établie. Parmi les fonctions remarquables du programme résident, vous en avez une qui inhibe le fonctionnement de l’appareil pendant une certaine durée quand la ligne d’alimentation est interrompue ; une autre rend la SIM inutilisable quand l’appareil est découvert et ouvert, de façon à garder secret le numéro de téléphone. Bref, nous avons fait tout ce qui est possible pour ne rien laisser de côté !…et vous rendre plus faciles les opérations de programmation à distance et l’utilisation de l’appareil par toute personne, même non spécialiste.

Figure 1 : Schéma synoptique du micro espion GSM professionnel.

Le circuit utilise dans la section HF un module bibande GR47 de Sony-Ericsson et un microcontrôleur Microchip PIC18F2620 gère toutes les fonctions logiques.

Le schéma électrique
Vous le trouvez figure 2 : le coeur en est U2, le microcontrôleur PIC18F2620, dont relèvent toutes les fonctions logiques ; le poumon est le module GSM1, un GR47 de Sony-Ericsson (bien connu de nos plus fidèles lecteurs) ; on trouve en outre le régulateur à découpage U1, le décodeur DTMF U3 et un interrupteur électronique U4, plus bien sûr quelques composants passifs annexes.
Procédons par ordre.

Figure 2 : Schéma électrique du micro espion GSM professionnel.

Liste des composants (ce sont tous des CMS):
R1 ....... 0,1 1 W
R2 ....... 1,2 k
R3 ....... 2,2 k
R4 ....... 10 k
R5 ....... 68 k
R6 ....... 220
R7 ....... 4,7 k
R8 ....... 470
R9 ....... 470
R10 ...... 100 k
R11 ...... 100 k
R12 ...... 220 k
R13 ...... 10
R14 ...... 560 k
R15 ...... 2,2 k
R16 ...... 1 k
R17 ...... 4,7 k
R18 ...... 10 k
R19 ...... 4,7 k
C1 ....... 100 nF
C2 ....... 6,8 μF 50 V tantale
C3 ....... 680 μF 4 V tantale
C4 ....... 100 nF
C5 ....... 100 pF
C6 ....... 680 μF 4 V tantale
C7 ....... 100 nF
C8 ....... 100 μF 4 V tantale
C9 ....... 100 nF
C10 ...... 22 μF 6,3 V tantale
C11 ...... 100 nF
C12 ...... 470 nF
C13 ...... 10 pF
C14 ...... 10 pF
C15 ...... 22 pF
C16 ...... 22 pF
C17 ...... 100 nF
C18 ...... 100 nF
C19 ...... 100 nF
C20 ...... 100 μF 4 V tantale
C21 ...... 100 nF
C22 ...... 470 μF 4 V tantale
C23 ...... 470 μF 4 V tantale
C24 ...... 100 nF
C25 ...... 1 nF
C26 ...... 100 nF
C27 ...... 220 μF 4 V tantale
C28 ...... 100 nF
C29 ...... 100 nF
C30 ...... 100 nF
C31 ...... 4,7 μF 4 V tantale
D1 ....... SMAJ33A
D2 ....... 20BQ030
D3 ....... ZLLS400
LD1 ...... LED 3 millimètres rouge
LD2 ...... LED 3 millimètres verte
T1 ....... BC847
U1 ....... MC34063
U2 ....... PIC16F2620-EF607A
U3 ....... MT88L70AS
U4 ....... ADG711
Q1 ....... quartz 20 MHz
Q2 ....... quartz 3,58 MHz
S1 ....... capteur de mouvement
SIM1 ..... porte-SIM
GSM ...... module GR47-EF607B
L1 ....... self 20 μH
L2 ....... self 1 μH


La section alimentation
Le circuit est un classique “step-down” capable de donner une tension de sortie parfaitement stabilisée à 3,6 V avec une tension d’entrée entre 5 et 32 V environ ; le courant maximum que cet étage peut fournir est de 1 à 1,5 A, ce qui suffit amplement pour alimenter un appareil consommant au maximum 250 à 300 mA.
Toutes les fonctions sont assurées par le MC34063 version CMS (comme tous les autres composants de ce montage, ce qui nous a permis d’atteindre le niveau de miniaturisation nécessaire). Même les selfs L1 ert L2 sont de minuscules CMS ! D1 protège le circuit contre une inversion de polarité accidentelle de l’alimentation et la tension en aval (+V) est utilisée par le microcontrôleur (plus précisément par le convertisseur A/N, broche 2) pour vérifier le niveau de la tension de batterie et signaler, le cas échéant, par l’envoi d’un SMS, que sa tension est passée en dessous du seuil de fonctionnement normal.

Le microcontrôleur
Puisque nous venons de l’évoquer, continuons : c’est un nouveau PIC à 8 bits Microchip de la famille 18, à 28 broches, doté d’une mémoire “flash” de 64 ko, sa fréquence d’horloge doit tout à un quartz de 20 MHz (sans lequel ce coeur ne battrait pas) relié aux “artères” que sont les broches 9 et 10.
A une seconde entrée A/N (broche 2) correspond le circuit de détection de mouvement (détectant la mise en mouvement du véhicule protégé).
A la place du traditionnel capteur à vapeur de mercure, nous avons utilisé un composant beaucoup plus sensible pouvant détecter des mouvements de très faible amplitude. Bien sûr, cette sensibilité peut être réglée à volonté par voie logicielle. Ce capteur est donc capable de détecter des variations très faibles, mais cela n’implique pas nécessairement l’envoi d’un SMS d’alarme.
Aux lignes RB0 et RB4 correspondent deux LED de signalisation qui visualisent, au fur et à mesure, les opérations exécutées (entrée en réseau, réception / émission SMS, connexion audio, etc.). Aux lignes Vpp, SDT, SCK, DEBUG et GND de la prise à 5 pôles nommée “PROG” correspond la programmation “in-circuit” du microcontrôleur.
Dans ce cas, en effet, comme cela se produit presque toujours avec des CMS, la programmation du microcontrôleur est effectuée après son montage sur la platine ; cette solution permet de modifier facilement le programme résident pour lui ajouter de nouvelles fonctions sans intervention matérielle.
En fonctionnement normal, deux de ces lignes, SDT (broche 28) et SCK (broche 27) sont utilisées comme sorties numériques pour l’activation d’éventuels dispositifs externes.
Le PIC communique avec le GR47 par la ligne série (broches 17 et 18 du microcontrôleur). Par ailleurs, de nombreuses autres lignes numériques sont utilisées pour le contrôle de fonctions spécifiques. Soulignons à ce propos que les deux circuits (PIC et GR47) se contrôlent l’un l’autre : si, pour une raison ou une autre, le module GSM se bloque, le microcontrôleur s’en aperçoit immédiatement et envoie une impulsion de “reset” par le port RA4 (broche 6) qui agira sur la broche 14 de mise en marche du module.
De même, le microcontrôleur peut être réinitialisé par le module GSM à travers la ligne aboutissant à T1 (lequel agit sur la broche 1 MCLR du PIC et qui est contrôlé par le port IO3 du GR47).
Par les ports RA2 et RA3, le PIC commande l’interrupteur numérique U4, ce qui permet de choisir quel microphone connecter à l’entrée audio du module GSM. Rappelons qu’il est possible d’utiliser un microphone à la fois ou bien les deux en même temps.
Parviennent également au microcontrôleur les informations provenant du décodeur DTMF U3 (un 8870 alimenté en 3,6 V) : ce circuit intégré vérifie la présence d’éventuelles commandes envoyées par les touches du clavier et, le cas échéant, il les identifie et les envoie au PIC à travers les six lignes de contrôle aboutissant à RC0-RC5.
Le fonctionnement correct du décodeur DTMF est assuré par le quartz Q2 et le gain de l’étage analogique d’entrée dépend du rapport R10/R11.
Le signal BF du module est disponible sur la broche 57 (AFMS) d’où, à travers C17, il est envoyé à l’entrée du 8870.

Le module GSM GR47
C’est le “poumon”. Le module GSM1 Sony-Ericsson GR47 dispose d’un contrôleur interne auquel revient la charge de gérer les appels et la réception des SMS (il décharge le PIC de cette lourde tâche).
Rappelons encore une fois que ce module est extrêmement fiable par rapport aux dispositifs analogues du marché. C’est pourquoi le couplage PIC/GR47 fait de ce montage une réalisation véritablement professionnelle… destinée à des applications tout aussi professionnelles.

Figure 3 : Photo de la minuscule capsule microphonique Knowles utilisée dans ce circuit.

Figure 4 : Photo d’ensemble de notre système d’écoute discrète (ou dissimulée) d’un environnement à surveiller. Tous les composants trouvent place dans un boîtier de très petites dimensions ; les seuls éléments externes sont l’antenne GSM et les deux microphones miniatures.

Figure 5a-1 : Schéma d’implantation des composants du micro espion GSM professionnel, avec les composants CMS montés.

Figure 5a-2 : Schéma d’implantation des composants du micro espion GSM professionnel sans les composants CMS montés.

Figure 5b-1 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés du micro espion GSM professionnel, côté opposé aux composants.

Figure 5b-2 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés du micro espion GSM professionnel, côté composants.

Figure 6 : Photos d’un des prototypes du micro espion GSM professionnel.

Figure 7 : Montage dans le boîtier plastique du micro espion GSM professionnel.

Ici la platine est encore dépourvue de son module GSM. Nous avons utilisé des CMS afin de réaliser un appareil de très petites dimensions. La programmation est effectuée in-circuit.

Les autres lignes
Les autres lignes utilisées sont celles (broches 15-19) relatives au connecteur de la SIM et à l’entrée audio correspondant aux sorties 59 (ATMS) et 60 (AGND) qui à leur tour aboutissent à l’interrupteur numérique U4 contrôlé par le PIC.
Avec des commandes à distance on peut choisir quel microphone activer.
Quelques rares composants passifs complètent le circuit : condensateursde filtrage multicouches et électrolytiques adéquatement reliés aux broches d’alimentation des divers circuits intégrés.
Au repos le circuit consomme 15 à 20 mA et en fonctionnement connecté au réseau 250 à 300 mA.
L’appareil travaille sur les réseaux 900 et 1 800 MHz et il peut fonctionner avec des SIM ordinaires (rechargeables ou avec abonnement) des opérateurs historiques ou non !
N’oubliez pas Vola.it qui vous propose des SMS à des prix canons.

Conclusion et à suivre
Pas de réalisation pratique cette fois, vous avez compris que cette platine à CMS est disponible déjà montée et testée, prête à fonctionner… à moins que l’aventure ne vous tente : rien ne vous empêche en effet de vous servir des figures 5 à 7 (et la liste des composants visible en page ci-avant) pour réaliser la platine et ensuite l’appareil vous-mêmes.
La prochaine fois nous analyserons avec vous le programme résident dans le PIC et celui du GR47 : vous saurez tout sur l’aspect logiciel des différentes fonctions disponibles et du paramétrage à distance par SMS et DTMF.

Seconde partie : le logiciel

1 commentaires:

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...