Une radiocommande UHF 2 canaux sur 868 MHz

Cet ensemble émetteur et récepteur à deux canaux, avec un décodeur à 4 096 bits, est réalisé avec les tout nouveaux modules hybrides HF Aurel, en 868 MHz. Ces modules permettent, malgré une puissance modeste sur l’antenne, des liaisons fiables sur des distances appréciables.
L’émetteur peut être activé soit au moyen de boutons poussoirs soit grâce à des tensions appliquées sur deux entrées opto-isolées.


L’éther, ou si vous préférez l’espace qui nous entoure, est en permanence rempli d’une multitude de champs électromagnétiques.
Sans que nous nous en apercevions, du moins de façon visible, par ce moyen voyagent une myriade d’informations, sur chaque fréquence, des plus basses, les VLF, employées pour les communications maritimes, aux plus hautes, les SHF émises par les stations radar des aéroports.
Ces émissions ont lieu soit par nécessité, soit pour le loisir soit, tout simplement, par commodité.
Nous avons des émetteurs radiophoniques, des émetteurs de télévision, des relais radiotéléphoniques, des relais cellulaires, des appareils radioamateurs, des satellites, des radiophares, des communications aéronautiques, civiles et militaires. Nous avons des télécommandes et des radiocommandes, de très nombreuses télécommandes et de très nombreuses radiocommandes. Silencieusement, elles sont entrées dans notre vie quotidienne au point que nous n’imaginerions même plus nous en passer.
A chaque instant, dans notre environnement, bon nombre de personnes pressent le bouton d’une petite boîte noire qu’elles gardent dans leurs poches, sans savoir exactement comment ça fonctionne. Pour elles, c’est seulement une clef à distance. Par contre, pour nous électroniciens, c’est une télécommande ou une radiocommande.
La grande diffusion des commandes à distance, a rendu nécessaire le codage des transmissions pour éviter qu’un transmetteur ne puisse actionner un récepteur autre que celui qu’il doit commander.
Mais, cela ne suffit pas pour résoudre le problème de la saturation de la bande. Pour pallier cet inconvénient, il y a déjà quelques années, les fréquences destinées aux contrôles à distance de petites puissances ont été normalisées.
Pour notre pays et pour la majorité des pays de l’union européenne, c’est la fréquence de 433,92 MHz qui a été adoptée.
Le développement des systèmes commandés à distance, qui a pour conséquence la prolifération des télécommandes et radiocommandes, a entraîné la saturation de cette fréquence.
Trop de transmetteurs opèrent dans les mêmes champs d’action et il faut parfois les actionner plusieurs fois, avant d’obtenir des résultats tangibles.
Pour corriger ce problème de saturation, les instances compétentes ont assigné une nouvelle fréquence internationale, qui est centrée sur 868 MHz et qui, pour l’instant, est parfaitement praticable en raison du faible encombrement.
Cela signifie indirectement, comme il n’y a pratiquement pas d’interférences, que l’on peut transmettre avec des puissances minimales, tout en obtenant des portées impensables avec des systèmes opérant sur 433,92 MHz.
Le moment est donc venu pour nous de vous proposer un système de commande à distance fonctionnant sur cette nouvelle fréquence. C’est le but du projet décrit dans ces pages, réalisé en utilisant deux nouveaux modules hybrides AUREL, un émetteur et un récepteur, opérant, justement, sur 868 MHz (voir figures 1 et 2).

Coup d’oeil sur le projet
La disponibilité sur le marché de modules radio prémontés est providentielle, surtout en UHF, car la réalisation, avec des composants discrets, d’étages émission et réception opérant en VHF ou en UHF est tout, sauf facile.
Sans compter les difficultés que le lecteur moyen rencontrerait pour les réglages pour lesquels il est indispensable de disposer d’instruments souvent coûteux.
Le projet proposé dans ces lignes est destiné à des installations fixes et est donc plus un télécontrôle qu’une télécommande traditionnelle.
La sécurité des commandes est garantie par l’utilisation d’un codeur du type MM53200 ou UM86409, disposant de 4 096 combinaisons différentes.
Le schéma du récepteur est parfaitement classique et pourrait fonctionner sur 433,92 MHz pour peu que l’on monte le module adéquat. Ici, c’est le module récepteur hybride 868 MHz Aurel qui est utilisé.
Par contre, le schéma de l’émetteur est innovateur car, si cet émetteur peut être actionné par l’intermédiaire de deux boutons poussoirs (un par canal), il peut également l’être par l’intermédiaire de deux entrées, auxquelles il est possible d’appliquer une tension continue.

Figure 1 : Le module émetteur Aurel 868 MHz.

Figure 2 : Le module récepteur Aurel 868 MHz.

Du point de vue mécanique et pour ce qui concerne les connexions, les nouveaux modules à 868 MHz, sont en touts points identiques aux modules en version 433,92 MHz.
L’échelle des deux modules étant identique, on pourra remarquer que le récepteur est plus grand que l’émetteur.

L’étude du schéma de l’émetteur
La figure 3 donne le schéma électrique de l’émetteur. Pour mieux comprendre le fonctionnement de cette partie, nous pouvons la subdiviser en quatre étages : l’encodeur, l’interface d’entrée, la section radio et l’alimentation.

L’encodeur
Le système de codage est basé sur un MM53200 ou sur un UM86409 utilisé comme encodeur, donc, avec la broche 15 (mode) au niveau logique haut. Ses 11 premières lignes de codage, peuvent êtres paramétrées à l’aide des micro-interrupteurs contenus dans DS1 et DS2, ce qui déterminera le code unique du couple TX/RX.
Le douzième bit est, quant à lui, géré par la logique d’activation du transmetteur et permet de distinguer les commandes des deux canaux.
Pour la précision, au niveau haut (1 logique) ce bit actionnera le canal 1 et au niveau bas (0 logique), il actionnera le canal 2.
L’oscillateur interne travaille à une fréquence imposée par R1 et C4. Afin que les commandes puissent être décodées, il importe que ces composants aient une valeur identique sur l’étage réception.
Avec la configuration du schéma de la figure 3, U2 est toujours actif et génère continuellement le code, même au repos.

L’interface d’entrée
En supposant que les deux poussoirs soient au repos et qu’aucune des deux entrées ne soit polarisée, nous voyons que la broche 12 est maintenue au 1 logique par la résistance de forçage (pull-up) interne au UM86409. Donc, au repos, la broche de sortie 17 émet le code correspondant au positionnement des 11 micro-interrupteurs et à l’état haut sur le douzième bit.
Toutefois, le train d’impulsions s’arrête à l’entrée de la porte NAND, U4c, laquelle est bloquée jusqu’à ce que l’une de ses entrées de commande soit activée.
En fait, en supposant P1/P2 ouverts et IN1/IN2 isolés, U4a et U4b fournissent un zéro logique à leur sortie, donc la broche 5 de U4c est également à 0 et sa broche 4 reste fixe à 1.
La sortie de U4d (utilisée comme simple inverseur logique) se trouve forcée au niveau bas et maintient dans cette condition l’entrée (broche 2) du module hybride U3, qui a donc son oscillateur éteint et par conséquent ne transmet rien.
Les choses changent à l’activation d’une entrée. Voyons en premier lieu le canal 1, pour lequel il est possible d’intervenir, soit en appliquant une tension, comprise entre 5 et 30 volts, aux points IN1, soit en appuyant le poussoir P1.
En fermant P1, ou en rendant conducteur FC1, on force au 0 logique les entrées de la porte NAND U4b. Sa broche 3 bascule au niveau logique haut, transmettant cette condition, à travers la diode D6, à la broche 5 de la porte NAND U4c. A présent, une entrée (la broche 5) étant au niveau logique 1, l’état de la sortie de cette porte NAND dépend exclusivement de l’état de sa broche 6. Comme le train d’impulsions, produit par l’émission séquentielle des 12 bits par l’encodeur, est présent sur cette broche, il peut maintenant passer et atteindre U4d.
Comme ce train d’impulsions a subi une inversion dans U4c, la dernière porte NAND (U4d) l’inverse à nouveau, le remettant ainsi en phase pour le présenter sur l’entrée de modulation (broche 2) du module hybride U3.
L’émetteur peut alors être modulé et entre en fonction, rayonnant, grâce à son antenne, la porteuse HF à 868 MHz, en correspondance de chaque impulsion positive.
En regardant les entrées, nous pouvons voir que le transmetteur peut être activé sans intervenir sur les poussoirs P1 ou P2. En fait, nous avons prévu un contrôle en tension, par l’intermédiaire des entrées IN1 et IN2.
Puisque nous parlons du premier canal, il suffit d’appliquer, sur l’entrée IN1, une différence de potentiel qui ne doit pas être inférieure à 5 volts ni supérieure à 30 volts, pour activer l’optocoupleur FC1, faisant ainsi passer sa sortie à l’état conducteur donc dans la même situation que si P1 était fermé.
Quelle que soit la méthode de déclenchement pour ce canal (poussoir ou optocoupleur), la trame de données envoyée de façon séquentielle, contient le douzième bit au niveau 0 logique. En fait, en mettant à 0 les entrées de la porte U4b, la connexion de la diode D5, fait que la même condition est appliquée sur la broche 12 de l’UM86409.
Notez également qu’à la suite de chaque commande, la LED DL1, s’allume, indiquant que la transmission est en cours.
Au relâchement du poussoir P1, ou à la coupure de FC1, la broche 12 de l’encodeur repasse au niveau logique haut. En raison de la présence de la résistance R2, les entrées de la porte U4b font de même.
Tout ce qui a été dit pour le canal 1 s’applique au canal 2, à quelques exceptions près : en appuyant sur le bouton poussoir P2 (ou en commandant FC2), les entrées de la porte NAND U4a passent à 0, sa sortie 10 passe à 1. Cet état haut arrive sur la broche 5 de la porte U4c, à travers la diode D2.
La porte U4c laisse alors transiter le code exprimé d’après la position des 11 micro-interrupteurs, plus l’état de la broche 12 de l’encodeur qui, cette fois, est à 1.
Le signal traverse la porte U4d, qui l’inverse de nouveau afin de le remettre en phase pour le présenter sur l’entrée de modulation du module hybride U3.
Ce dernier envoie dans l’éther les trains d’impulsions HF à 868 MHz. Tout s’arrête au relâchement du bouton poussoir P2 ou de la coupure de FC2, condition matérialisée par l’extinction de LD1.
La commande en tension est également prévue pour le canal 2 et fonctionne comme pour le canal 1.
Observez que les diodes D2 et D6, couplées à R4 et LD1, forment une porte logique OR, indispensable pour que l’état logique 1 de la porte active puisse parvenir à la broche 5 de U4c, en évitant les interférences avec la porte inactive, donc à l’état 0.
Si la sortie était directe, la condition qui produit un niveau logique 1, serait mise en court-circuit par l’autre, avec les conséquences que l’on imagine.

La section radio
L’émetteur, est du type à modulation d’amplitude tout ou rien (on/off). Il est actif lorsqu’une impulsion positive est appliquée sur sa broche 2. A l’inverse, si l’impulsion est à zéro, il est inactif.
Il en résulte donc un signal radio pulsé en UHF, émis directement vers l’unité de réception.
Avant de passer à la suite, il faut s’arrêter un instant sur cet étage d’émission.
Il s’agit d’un module hybride, que nous utilisons pour la première fois dans ce projet. Vu de l’extérieur, il se présente comme tous les TX Aurel. Il comporte 6 broches de sortie. Il dispose d’un oscillateur radio fonctionnant sur 868 MHz, capable de délivrer une puissance de +7 dBm sur 50 ohms d’impédance avec une alimentation de 5 volts.
Mais la chose la plus importante est que ce module appartient à une nouvelle génération de modules hybrides, étudiés pour fonctionner sous 3 volts.
Alimenté avec cette tension, il délivrera une puissance d’au moins 5 milliwatts (toujours sur une charge de 50 ohms).
Ce module émetteur UHF dispose également d’une logique interne qui active et désactive l’oscillateur en fonction de l’état logique appliqué sur la broche de modulation (2).

L’alimentation
Nous pouvons terminer l’examen du schéma électrique en disant deux mots sur le bloc d’alimentation.
Le transmetteur peut être alimenté avec une quelconque tension continue de valeur comprise entre 9 et 15 volts, sous 40 milliampères minimum, appliquée sur le bornier marqué “+ et – Val”.
La diode D1 protège l’ensemble du montage contre une éventuelle inversion de polarité. Le condensateur C1 filtre les parasites éventuels.
Pour faire fonctionner la logique et le module hybride, nous avons recours à U1, le classique 7805, un régulateur intégré en boîtier TO220, qui abaisse à 5 volts la tension présente après la diode D1.
Les condensateurs C2 et C3 filtrent la ligne 5 volts, réduisant aussi d’éventuelles fuites de HF qui pourraient, provenant de l’antenne, être captées par les pistes de l’alimentation.

Figure 3 : Schéma électrique de l’émetteur de radiocommande 868 MHz.

Figure 4 : Schéma d’implantation des composants de l’émetteur de radiocommande 868 MHz.

Figure 5 : Photo du prototype de l’émetteur de radiocommande 868 MHz.

Figure 6 : Dessin à l’échelle 1 de l’émetteur de radiocommande 868 MHz.

Liste des composants de l’émetteur
R1 = 220 kΩ
R2 = 47 kΩ
R3 = 4,7 kΩ
R4 = 1 kΩ
R5 = 1 kΩ
R6 = 1 kΩ
R7 = 4,7 kΩ
C1 = 100 μF 25 V électrolytique
C2 = 100 μF 16 V électrolytique
C3 = 100 nF multicouche
C4 = 100 pF céramique
D1 = Diode 1N4007
D2 = Diode 1N4148
D3 = Diode 1N4007
D4 = Diode 1N4007
D5 = Diode 1N4148
D6 = Diode 1N4148
U1 = Régulateur 7805
U2 = Intégré UM86409
U3 = Module Aurel TX-8LAVSA05
U4 = Intégré 4093
DS1 = Dip-switch 10 micro-interrupteurs
DS2 = Dip-switch 1 micro-interrupteur
FC1 = Optocoupleur 4N25
FC2 = Optocoupleur 4N25
LD1 = LED rouge
P1 = Pousssoir NO (ouvert au repos)
P2 = Pousssoir NO (ouvert au repos)

Divers :
5 Borniers 2 pôles
2 Supports 2 x 3 broches
1 Supports 2 x 7 broches
1 Supports 2 x 9 broches
17 cm Fil de cuivre émaillé pour antenne
1 Circuit imprimé réf. S310/868


Figure 7: Une photo du prototype du transmetteur bicanal en 868 MHz, après finition du montage. L’antenne peut avoir une longueur de 8,5 centimètres (1/4 d’onde) ou de 17 centimètres (1/2 onde).

Figure 8 : Ce dessin permet de comprendre rapidement la fonction des principaux éléments.

Le module émetteur 868 MHz



Peu de mois se sont écoulés depuis l’attribution de la fréquence de 868 MHz aux radiocommandes que déjà les modules hybrides étudiés pour fonctionner dans cette bande sont disponibles.
La société Aurel, leader sur ce marché avec Télecontrolli et Mipot, ne pouvait pas manquer ce rendez-vous.
C’est précisément un couple de modules Aurel, que nous avons utilisé pour réaliser ce système de commande à distance à deux canaux.
Dans cette partie émission, nous avons employé pour la première fois, le module hybride TX-8LAVSA05, un dispositif assez similaire au très commun TX-433SAW dans la version 5 volts.
Comme son “aîné” qui travaille à 433 MHz, ce nouveau module hybride utilise un résonateur céramique, qui garantit une stabilité en fréquence élevée, même en cas de variation importante de la tension d’alimentation et de la température ambiante.
L’étage HF final, permet d’obtenir à l’antenne, une puissance de +7 dBm sur une charge de 50 ohms, le tout, avec une tension d’alimentation de 5 volts.
En abaissant la tension à 3 volts (on peut descendre jusqu’à 2,7 volts), la puissance diminue de très peu. Il est prévu une version de ce module (non encore disponible) avec une antenne intégrée.
Un filtre passe-bas sur l’étage final, permet de réduire les harmoniques générées.
Le dispositif est actif lorsque l’entrée de contrôle (broche 2) est au niveau logique 1 (3 à 5 volts), il est inactif, si cette entrée est au niveau logique 0.
Il est évident que cette entrée est utilisée pour moduler en amplitude en mode tout ou rien (on/off), la porteuse haute fréquence.
La tension de contrôle agit sur l’oscillateur SAW.
Les connexions avec l’extérieur se font grâce à des broches au pas de 2,54 mm, disposées en ligne, selon la configuration classique des modules de la marque :

1   masse,
2 entrée modulation (1=Tx actif, 0=Tx éteint),
4 masse,
11 antenne,
13 masse,
15 positif d’alimentation (2,7 à 5 volts).


Le récepteur
L’unité de réception est semblable en tout point à celle décrite dans l’article intitulé “Un système de radiocommande UHF longue portée” publié dans le numéro 18 de la revue, page 40 et suivantes.
De ce fait, par rapport à cette version, il suffit de remplacer le module hybride 433,92 MHz, par un module hybride 868 MHz et, éventuellement, de raccourcir l’antenne de moitié.

Le module récepteur 868 MHz



Le module récepteur utilisé sur la platine de la radiocommande est un superhétérodyne complet, accordé sur 868,3 MHz, équipé d’un système d’accord à conversion de fréquence, d’un démodulateur AM et d’un comparateur de sortie.
La sensibilité sur l’antenne (typiquement –100 dBm) ainsi que la sélectivité sont optimales. Chaque fois qu’il reçoit une onde radio à l’entrée de l’antenne, le module hybride restitue le signal qui la module sur la broche 14.
L’alimentation est exclusivement en 5 volts. Le schéma synoptique met en évidence la présence d’un amplificateur haute fréquence et d’un oscillateur local, avec lequel, par battement, est générée la fréquence intermédiaire à 10,7 MHz. Ce signal, avant d’être démodulé, est au préalable amplifié.
L’utilisation d’un circuit superhétérodyne, permet de réduire notablement les fréquences harmoniques émises et en même temps, grâce à la bonne sélectivité, de rendre le dispositif pratiquement insensible aux perturbations externes de natures diverses. Un blindage métallique qui renferme la majeure partie des circuits électroniques, contribue à améliorer cette caractéristique.
Tout comme dans l’émetteur, les broches de sortie sont disposées en ligne au pas de 2,54 mm.
Sur le schéma électrique du récepteur bicanal, nous le voyons utilisé dans sa configuration la plus typique, qui utilise les broches 2, 7, 11 à la masse et les broches 1 et 15 au positif de l’alimentation.
L’antenne est reliée à la broche 3 et la broche 14 va directement à l’entrée des circuits de décodage. C’est donc sur cette broche, qu’est présent le signal démodulé et mis en forme, généré par le transmetteur.
Le brochage exact du module est le suivant :
1   positif de l’alimentation (+5 volts),
2 masse,
3 antenne,
7 masse,
11 masse,
13 point test (sortie BF avant le comparateur),
14 sortie des données,
15 positif de l’alimentation (+5 volts).


La platine du récepteur, en bref



Le récepteur utilisé dans notre système de contrôle à distance, est en tout point identique à celui déjà décrit dans l'article publié sous le titre “Un système de radiocommande UHF longue portée”.
L’unique différence réside dans l’emploi d’un module hybride Aurel accordé sur 868 MHz, utilisé à la place du module hybride de la même marque accordé sur 433 MHz et compatible broche à broche.
Le circuit est évidemment en mesure de reconnaître les systèmes de codage sur 12 bits (4 096 combinaisons) réalisés avec les circuits intégrés MM53200, UM3750, UM86409 etc.
Chaque fois qu’un signal audio en 868 MHz est capté, U5 le démodule et restitue sur sa sortie, les impulsions émises par le transmetteur.
Ces impulsions rejoignent la broche 16 de U3 et de U4. Tous deux comparent les bits arrivés avec la position des micro-interrupteurs.
Dans le cas où la comparaison est positive, la sortie concernée est activée, provoquant l’activation du relais.
Les deux flip-flop utilisés, permettent d’obtenir un fonctionnement bistable des sorties.
L’activation de chaque relais est matérialisée par l’allumage d’une diode LED.
La totalité du récepteur fonctionne avec une tension continue de 12 à 15 volts (la consommation est d’environ 70 milliampères, avec les deux sorties activées).
La diode D3 protège des inversions de polarité, le régulateur U1, fournit les 5 volts nécessaires à la logique et au module hybride.
L’unique section qui fonctionne en 12 volts, est la partie des relais, accompagnée des deux LED.

La réalisation
Parvenus à ce stade, nous pouvons prendre le fer à souder en main et commencer le montage des deux unités.
Cette phase ne présente pas de difficultés et peut être menée à bon terme, même par un débutant.
Vous devez d’abord réaliser ou vous procurer les circuits imprimés. Montez ensuite les composants en vous aidant des schémas d’implantation et des photos. Commencez toujours par les composants le plus bas pour terminer par la mise en place des circuits intégrés sur leurs supports.
Veillez soigneusement au sens des diodes, des circuits intégrés et des composants polarisés en général. Soignez vos soudures et vérifiez votre montage plutôt deux fois qu’une.
Chacune des platines requiert une antenne, qui peut facilement être obtenue en soudant un morceau de fil de cuivre rigide d’une longueur de 9 centimètres, dans les trous marqués “ANT”.
A la place de ces antennes de fortune, qui permettent tout de même d’obtenir une portée de 100 à 300 mètres en absence d’obstacles, on peut également employer des antennes fouets, ground-planes ou des directives, ces dernières permettant d’obtenir des portées très importantes.
A présent, tout est prêt pour l’utilisation.
Aucune phase de mise au point n’est à prévoir.
Merveilleux, non ?
Il suffit de disposer à votre convenance les 11 micro-interrupteurs de codage de façon identique sur l’émetteur et sur le récepteur puis de régler DS3 et DS4, suivant le mode de fonctionnement souhaité pour les relais.
Pour alimenter les modules, vous pouvez utiliser indifféremment des alimentations secteur (stabilisées ou non) ou des batteries ou des piles.
Rappelez-vous que le transmetteur requiert une tension d’alimentation de 9 à 15 volts avec un courant de 40 milliampères et que le récepteur requiert une alimentation comprise entre 12 et 15 volts avec un courant de 70 milliampères minimum.
L’idéal, est d’utiliser des petits blocs secteur universels, en sélectionnant la position 12 volts. Ce type d’alimentation est capable de débiter au moins 500 milliampères. Ils sont très peu coûteux et conviennent très bien à cette application.
Une fois les modules mis sous tension et après avoir positionné les micro-interrupteurs, placez les deux modules à une distance d’environ 2 ou 3 mètres.
Appuyez sur le poussoir P1 du transmetteur et vérifiez que le relais concerné est activé sur le récepteur.
Attendez sa désactivation ou bien retransmettez si vous avez programmé le mode bistable. Répétez l’opération pour le poussoir P2, pour vérifier, que cette fois, c’est bien l’autre relais qui est activé. Pour les tests des entrées de commande en tensions, nous vous conseillons de connecter les points “–” à la masse et de polariser le “+” à l’aide d’un fil relié à la cathode de la diode D1. Il va sans dire, qu’une seule commande doit être activée à la fois.

Pour conclure
Vous ne trouverez dans cet article que les schémas correspondant à la partie émission. Tout ce qui concerne la partie réception, à l’exclusion du module Aurel RX 868, se trouve dans le précédent numéro de la revue.
Le passage sur la fréquence 868 MHz donne à cette radiocommande une grande fiabilité, surtout en milieu urbain, quelquefois passablement saturé !

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