Un beeper par courant porteur

Aviser son fils ou sa fille que l’heure du dîner est déjà largement dépassée, alors que sa chambre est située à l’étage et que la musique est à fond, est le calvaire de plus d’une mère ! Comme on ne peut tout de même pas envisager la mise en oeuvre d’une sirène, nous avons trouvé une solution pratique, discrète et mobile. En appuyant sur le bouton d’un petit boîtier situé proche d’une prise secteur dans une pièce quelconque de votre habitation, vous pouvez faire sonner un buzzer situé dans une autre pièce sans devoir tirer des câbles. En effet, ce système utilise les fils de l’installation électrique du secteur 220 volts pour sa liaison entre l’émetteur et le récepteur.


Au premier coup d’oeil, vous pourriez penser que l’utilité d’un tel système n’est pas patente, mais comme nous allons vous l’expliquer, il trouvera son application en de nombreuses circonstances.
Outre appeler un enfant pour dîner, vous pourrez utiliser ce beeper pour relier une personne âgée ou un malade à la personne qui en a la charge.
Comme, dans nombre d’habitations, les différentes pièces sont disposées sur différents niveaux, l’installation de ce beeper peut simplifier les communications entre celui qui se trouve au rez-de-chaussée et celui qui se trouve au premier ou au deuxième étage.
Celui qui travaille dans un garage ou dans un grenier pourra être appelé à tout instant pour lui indiquer qu’il faut rejoindre la personne qui l’appelle.
Si vous définissez un code, il pourra prendre une signification donnée. Une sonnerie brève et une longue pourront signifier “à la soupe !”, deux brèves pourront signifier “téléphone”, etc.
En pratique, ce circuit est un simple beeper portatif, que vous pouvez emporter avec vous d’une pièce à l’autre, sans devoir utiliser d’autres fils que ceux de l’installation électrique du secteur 220 volts.
L’unique limitation de cet appareil, est de ne pas pouvoir franchir votre compteur électrique. Ainsi, si vous insérez la prise de l’émetteur ou du récepteur dans une prise 220 volts alimentée par un autre compteur, il ne fonctionnera pas.
Si, par contre, l’installation de votre appartement est desservie par un unique compteur, ce beeper fonctionnera de la cave jusqu’au grenier.
Considérant que le coût de ce projet est à la portée de toutes les bourses, nous pensons que vous serez nombreux à le réaliser et à l’utiliser.

Figure 1: Photo de l’étage transmetteur déjà installé dans son coffret plastique. Pour éviter qu’en tirant sur le cordon secteur les fils ne puissent s’arracher des deux picots soudés sur le circuit imprimé, nous vous conseillons de faire un noeud (voir figure 6).

Figure 2 : Photo de l’étage récepteur déjà installé dans son coffret plastique. Le transducteur piézo est fixé au circuit imprimé au moyen de deux longues vis équipées d’écrous comme vous pouvez le voir facilement sur la figure 10. Il est également possible de le fixer directement sur le couvercle du coffret.

Schéma électrique
Observons la figure 3, où est représenté le schéma électrique de l’étage transmetteur, vous noterez, qu’aucun transformateur n’est prévu, même si le transistor TR1 est alimenté avec une tension continue de 33 volts.
Pour abaisser la tension de 220 volts à la tension requise de 33 volts, nous utilisons la réactance du condensateur C2, lequel, à une fréquence de 50 hertz, se comporte comme une résistance chutrice, dont la valeur ohmique peut être déterminée par la formule suivante :

ohms = 159000 : (hertz x microfarads)

En pratique, ce condensateur a une valeur de 0,33 microfarad. Il peut donc être assimilé à une résistance de :
159 000 : (50 x 0,33) = 9 636 ohms

soit pratiquement 10 kilohms.
Ce condensateur présente un avantage par rapport à une résistance, celui de ne pas dissiper de chaleur.
La tension alternative présente aux bornes de C2 est redressée par les deux diodes DS1 et DS2, stabilisée sur la valeur de 33 volts par la diode zener DZ1 et filtrée par le condensateur électrolytique C1.
Cette tension continue sert pour alimenter le transistor oscillateur TR1, qui permet de générer une fréquence d’environ 130 kHz chaque fois que P1 est appuyé.
Cette fréquence est prélevée sur le secondaire de la bobine MF1 et transférée sur les deux fils de la tension du secteur 220 volts par l’intermédiaire du condensateur C5 et l’inductance JAF1.
Le condensateur C1 avec, en série, l’inductance JAF1 forme un circuit résonnant série qui laisse passer uniquement la fréquence de 130 kHz environ et empêche la fréquence de 50 Hz d’être en court-circuit sur le secondaire de la bobine MF1.
La résistance R1 de 470 kilohms, appliquée en parallèle sur le condensateur C2, sert pour décharger ce dernier dès que le bouton poussoir est relâché.

Schéma électrique du récepteur
Sachant que chaque fois que nous appuyons sur le poussoir P1 du transmetteur, une fréquence de 130 kHz est émise sur la ligne secteur 220 V, si nous voulons faire sonner un buzzer, il faut capter cette fréquence avec un récepteur adapté.
Le schéma électrique de ce récepteur est représenté à la figure 4. Dans ce cas également, il n’y a pas de transformateur car, pour abaisser la tension de 220 volts, nous utilisons, là aussi, un condensateur de 0,33 microfarad, soit 330 nF (voir C1).
Comme le récepteur est alimenté avec une tension de 12 volts, la tension alternative présente aux bornes de C1 est redressée par les deux diodes DS1 et DS2, stabilisée à 12 volts par la diode zener DZ1, puis filtrée par le condensateur C3.
La fréquence de 130 kHz présente sur la ligne électrique 220 volts, rejoint l’enroulement secondaire de la bobine MF1 en passant à travers le filtre à résonance série composée de l’impédance JAF1 et du condensateur C2.
Par induction, ce signal se retrouve sur l’enroulement primaire, d’où il est prélevé par le condensateur C5, qui l’applique sur la base du premier transistor amplificateur TR1.
Le signal amplifié, présent sur son collecteur, est prélevé par le condensateur C6 et est appliqué sur la diode DS3.
Cette dernière permet de le redresser de façon à obtenir une tension positive.
Cette tension est appliquée sur la base du transistor TR2 et permet de le rendre conducteur. Lorsque TR2 est conducteur, son collecteur se trouve pratiquement en court-circuit par rapport à la masse.
Comme sur le collecteur de TR2 se trouve reliée la base de TR3, ce dernier ne peut pas devenir conducteur donc, par conséquent, sur son collecteur nous avons la tension d’alimentation de 12 volts.
Sur le collecteur du transistor TR3 se trouve reliée la broche 4 du circuit intégré IC1, un CMOS type ICM7555 utilisé comme multivibrateur astable.
La broche 4 étant au +12 volts, le multivibrateur oscille et, sur sa broche 3, nous récupérons un signal d’une fréquence d’environ 3 200 Hz, que nous appliquons au transducteur piézo “BUZ”.
Nous savons tous, que le circuit intégré ICM7555 est équivalent au très commun NE555.
Dans ce montage il ne faut utiliser qu’un ICM7555 car il ne consomme que 0,7 mA sur l’alimentation à l’instar du NE555 qui consomme 8 ou 9 mA, ce qui empêcherait le récepteur de fonctionner. En synthétisant le fonctionnement de ce beeper, nous pouvons dire qu’en appuyant sur le bouton P1 du transmetteur, sur toute la ligne 220 volts, nous retrouvons une fréquence de 130 kHz, laquelle, atteignant la bobine MF1 du récepteur, sera ensuite amplifiée par le transistor TR1.
Cette fréquence redressée par la diode DS3, nous permet d’obtenir une tension positive qui, appliquée sur la base du transistor TR2, permet de le faire passer en conduction.
Le transistor TR3 sert à inverser le niveau logique présent sur le collecteur de TR2. Ainsi, lorsqu’un niveau logique 0 est présent sur celui-ci, nous retrouvons une tension positive de 12 volts sur le transistor TR3, tension qui pourra polariser la broche 4 de IC1.
Lorsque cette broche de IC1 se trouve portée à 12 volts, le circuit intégré se met à osciller, générant une fréquence de 3 200 Hz que le transducteur transforme en une note acoustique.
Lorsque l’on relâche le bouton poussoir P1 du transmetteur, la fréquence de 130 kHz disparaît de la ligne secteur 220 volts.
Sur la diode DS3, il n’y a plus aucun signal à redresser et la tension positive nécessaire pour faire conduire TR2 est donc manquante.
Sur le collecteur de TR2, nous avons donc une tension de 12 volts (niveau logique 1) qui polarise la base du transistor TR3 et le rend conducteur.
Lorsque TR3 est conducteur, son collecteur se trouve pratiquement relié à la masse et, sur la broche 4 de IC1, nous avons donc un niveau logique 0.
Si la broche 4 de IC1 se trouve au niveau bas (0 volt), le circuit intégré ne peut pas osciller et ainsi, le transducteur demeure muet.

Figure 3 : Schéma électrique de l’étage transmetteur. Pour alimenter ce circuit avec une tension continue de 33 volts, la tension du secteur est abaissée par l’intermédiaire du condensateur C2 et une fois qu’elle a été redressée avec les diodes DS1 et DS2, elle est stabilisée par la diode zener DZ1.

Liste des composants du transmetteur
R1 = 470 kΩ
R2 = 1,5 kΩ
R3 = 100 kΩ
R4 = 33 kΩ
R5 = 1 kΩ 1 watt
C1 = 100 μF électrolytique
C2 = 330 nF pol. 400 V
C3 = 10 nF céramique
C4 = 1,5 nF céramique
C5 = 10 nF pol. 630 V
JAF1 = Self 100 μH
MF1 = Moyenne fréquence
DS1 = Diode 1N4007
DS2 = Diode 1N4007
DZ1 = Zener 33 V 1 W
TR1 = Transistor NPN BC337
P1 = Poussoir


Figure 4 : Schéma électrique de l’étage récepteur. Pour alimenter ce circuit avec une tension de 12 volts, la tension du secteur est abaissée par l’intermédiaire du condensateur C1 et une fois quelle a été redressée avec les diodes DS1 et DS2, elle est stabilisée par la diode zener DZ1.

Liste des composants du récepteur
R1 = 1 kΩ 1 W
R2 = 470 kΩ
R3 = 100 kΩ
R4 = 1,5 kΩ
R5 = 100 kΩ
R6 = 47 kΩ
R7 = 47 kΩ
R8 = 47 kΩ
R9 = 47 kΩ
C1 = 330 nF pol. 400 V
C2 = 10 nF pol. 630 V
C3 = 220 μF électrolytique
C4 = 1,5 nF céramique
C5 = 330 pF céramique
C6 = 220 pF céramique
C7 = 100 nF polyester
C8 = 100 nF polyester
C9 = 4,7 nF polyester
JAF1 = Self 100 microhenry
MF1 = Moyenne fréquence
DS1 = Diode 1N4007
DS2 = Diode 1N4007
DS3 = Diode 1N4150
DZ1 = Zener 12 V 1 W
TR1 = Transistor NPN BC547
TR2 = Transistor NPN BC547
TR3 = Transistor NPN BC547
IC1 = Intégré ICM7555
BUZ = Transducteur piézo


Figure 5a : Schéma d’implantation des composants de l’étage transmetteur.

Figure 5b : Circuit imprimé de l’étage transmetteur.

Figure 6 : Le bouton poussoir P1 est introduit dans la découpe rectangulaire que vous aurez pratiquée dans le coffret.

Figue 7 : Photo du circuit imprimé du prototype de l’étage transmetteur, avec tous les composants en place. Il faut noter, près de DS1, la diode zener DZ1.

Figure 8 : Photo du circuit imprimé du prototype de l’étage récepteur, avec tous les composants en place.

Figure 9a : Schéma d’implantation des composants de l’étage récepteur. N’oubliez pas d’insérer, sur la gauche d’IC1, un fil de cuivre nu, qui servira de pont (strap) entre les deux pistes situées à gauche du circuit intégré.

Figure 9b : Circuit imprimé de l’étage récepteur.

Figure 10 : Le transducteur est fixé sur IC1 avec deux vis en métal équipées d’écrous. Vous pouvez fixer ce transducteur directement sur le couvercle du coffret plastique.

Figure 11 : Avant de fermer le coffret, il faut régler le noyau de la bobine MF1.

Figure 12 : Brochage du circuit intégré ICM7555 vu de dessus, et des deux transistors BC337 et BC547 vus, par contre, de dessous.

Réalisation pratique
Nous vous conseillons de commencer la réalisation de cet appareil, par l’étage transmetteur. Même si sur le dessin de la figure 5a, se trouve clairement indiquée la position des quelques composants requis, nous vous fournissons quelques petits conseils qui pourront vous aider dans les opérations de montage.
La diode zener DZ1 est insérée dans le circuit imprimé en orientant son repère de positionnement vers le condensateur C2.
La diode de redressement DS1 est insérée en orientant son repère de positionnement également vers C2, la seconde diode DS2, a, quant à elle, son repère de positionnement dirigé vers le transistor TR1.
La partie plate du transistor TR1 doit être positionnée vers les trois résistances R4, R2 et R3.
Les quatre picots, sont soudés dans les trous situés à gauche, ils vous serviront pour souder les fils qui vont au bouton poussoir P1 et au cordon du secteur 220 volts.
Le montage terminé, vous pouvez l’installer dans son coffret en plastique, en ayant pris soin, auparavant, de percer le trou de 5 mm de diamètre nécessaire au passage du cordon secteur.
Avant de souder les deux fils du cordon secteur sur les deux picots, pratiquez un noeud, afin d’éviter que si l’on tire dessus un peu fort, ce dernier ne s’arrache et provoque un court-circuit.
Le circuit imprimé est maintenu en place dans le coffret par les deux fils rigides reliés au bouton poussoir et par le couvercle du coffret qui est en appui sur le condensateur C2.
L’étage transmetteur étant terminé, vous pouvez passer au montage de l’étage récepteur dont le dessin est représenté à la figure 9a.
Comme premier composant, nous vous conseillons de souder les broches du support pour IC1. Insérez ensuite, dans les deux trous situés à gauche, un morceau de fil de cuivre nu pour relier, à l’aide de ce pont, les deux pistes de cuivre situées sous le circuit imprimé.
Après cette opération, insérez toutes les résistances et les diodes.
La diode zener DZ1 est encapsulée dans un boîtier en verre. Elle est placée près du condensateur électrolytique C3, en orientant vers le condensateur C1 son repère de positionnement.
La diode de redressement DS1, en boîtier plastique, est insérée près de la diode zener, en orientant son repère de positionnement vers C1. Par contre, la seconde diode DS2, toujours en boîtier plastique, sera insérée à droite de C1, son repère de positionnement tourné vers la résistance R4. La dernière diode DS3, dont le boîtier est en verre, est installée près de la résistance R5, son repère de positionnement orienté vers le bas.
Poursuivez le montage en insérant tous les condensateurs céramiques, puis les condensateurs polyester et le condensateur électrolytique C3 en respectant la polarité des pattes de ce dernier.
Au-dessous de C3, placez la bobine MF1.
En dernier lieu, il reste à mettre à leur place les trois transistors en orientant vers la gauche la partie plate de leur boîtier, comme cela est parfaitement visible sur le dessin de la figure 9a.
Pour terminer le montage, il reste à mettre en place dans son support, le circuit intégré IC1, en orientant vers la droite, son repère-détrompeur en forme de “U”.
Pour fixer le transducteur “BUZ” sur le circuit imprimé, vous pouvez utiliser deux vis. Après quoi, il ne restera plus qu’à souder ses deux fils, le rouge sur le picot de gauche, le noir sur celui de droite.
Le montage terminé, installez-le dans son coffret plastique, sans oublier, au préalable, de percer un trou de 5 mm pour permettre le passage du cordon secteur.
N’oubliez pas, ici aussi, de faire un noeud sur le fil afin d’éviter son arrachement.

Réglage des bobines MF1
Pour rendre le système opérationnel, il faut nécessairement régler les noyaux des bobines MF1 des deux appareils.

Important : Avant d’entrer dans le détail des réglages, rappelons que tous les composants placés sur le circuit imprimé sont directement reliés à la tension 220 volts du secteur. Aussi, faut-il être extrêmement prudent afin d’éviter de les toucher avec les mains.

Afin de ne pas recevoir de désagréables secousses électriques, nous vous conseillons de travailler sur une chaise en bois et de tenir les pieds posés sur les barreaux ; de cette façon, vous éviterez tous risques.
A présent, nous allons détailler pas à pas toutes les opérations que vous devez effectuer :
- Sans déconnecter la fiche de la prise secteur 220 volts, ôtez le couvercle du transmetteur et, à l’aide d’un petit tournevis, tournez le noyau de la bobine MF1 à mi-course.
- Avec un petit morceau de fil, faites un court-circuit entre les deux fils qui vont au bouton poussoir P1. De cette manière le transmetteur générera la fréquence de 130 kHz de façon permanente sur les fils du secteur 220 volts.
- Ceci fait, ouvrez le couvercle du récepteur et insérez également la fiche de son cordon dans une prise de courant à quelques mètres de distance.
- Si le transducteur n’émet aucun son, il faut tourner lentement le noyau de la bobine MF1 dans le récepteur, jusqu’au moment où le son se fait entendre.
- Pour régler avec plus de précision cette bobine MF1, il faut éloigner le plus possible le récepteur de la prise de courant à laquelle est connecté le transmetteur.
Ainsi, si vous avez une prise dans le garage ou dans le grenier, connectez le récepteur à cet endroit.
- Si le transducteur ne sonne pas, tournez lentement le noyau de la bobine MF1, jusqu’au moment où vous serez dans une position qui le fera sonner.
Lorsque le récepteur fonctionnera dans la prise la plus éloignée du transmetteur, vous déduirez facilement qu’il n’y aura aucune difficulté lorsque vous le connecterez à une prise quelconque de votre appartement.
Si, durant la phase de réglage, vous constatez que la sensibilité maximale est atteinte en tournant le noyau de la bobine MF1 du récepteur entièrement vers l’intérieur, vous devrez retourner vers le transmetteur et tourner le noyau de la bobine MF1 d’un ou deux tours vers l’extérieur. Si, par contre, vous constatez que la sensibilité maximale est atteinte en tournant le noyau de la bobine MF1 du récepteur entièrement vers l’extérieur, vous devrez retourner vers le transmetteur et tourner le noyau de la bobine MF1 d’un ou deux tours vers l’intérieur.
Le réglage terminé et après avoir retiré le fil de court-circuit que vous aviez placé sur le bouton poussoir, vous pouvez fermer les couvercles du transmetteur et du récepteur.
Votre beeper par courant porteur est maintenant prêt à être utilisé. Bien entendu, il ne remplacera pas un système d’interphone sans fil ou équivalent.
Néanmoins, vous lui trouverez rapidement des applications pratiques qui économiseront de nombreux pas inutiles !

3 commentaires:

  1. Bonjour
    le composant MF1 = Moyenne fréquence, c'est quoi le nom de ce composant (transformateur, bobine réglable, inductance...)?
    On les trouve chez qui?
    Merci d'avance

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  2. Ce commentaire a été supprimé par l'auteur.

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  3. bonjour,
    j'ai fait une simulation sur ISIS et je ne vois pas le signal au niveau du 230V 50Hz....

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