Un antivol simple et compact

Cette petite centrale d’alarme à 1 entrée, équipée d’une puissante sirène, est adaptée pour fonctionner avec n’importe quel capteur ou groupe de capteurs filaires. C’est un système idéal pour protéger de petits locaux, comme un box de garage, une cave, un grenier ou même un campingcar.
Sa mise en service et son arrêt se font à l’aide d’une clef résistive.


Le projet proposé dans cet article et plutôt traditionnel, bien qu’il présente des prestations d’efficacité et de fiabilité, que seule des centrales de la dernière génération peuvent offrir.
Il s’agit d’un petit système d’alarme, comportant, sur un circuit imprimé de quelques centimètres carrés, tout ce qui est nécessaire pour protéger un local, un studio, un box, une cave, un grenier ou même un camping-car.
Cette alarme procède à la surveillance permanente de l’état d’une entrée normalement fermée (NF), à laquelle on peut connecter un ou plusieurs capteurs ou contact d’ouverture normalement fermés.
Elle permet d’activer une sirène piézoélectrique à haut rendement dès qu’une condition d’alarme est détectée.
Pour simplifier le circuit et rendre ainsi l'ensemble plus économique, nous avons exclu la commande à distance de la mise en service en la remplaçant par une "clef" composée d’une résistance montée dans un jack à insérer dans une prise (voir figure 1).
L’ensemble est complété par une diode LED, éventuellement déportée, qui permet de matérialiser l’état de la centrale.
Le montage est vraiment très simple et sa réalisation est accessible à tous. La figure 2 vous donne une vue d'ensemble des éléments qui seront montés dans le boîtier même de la sirène (à l'exception du poussoir de test, de la LED et éventuellement de la prise pour la clef).
S’agissant d’un montage économique, nous le conseillons pour surveiller des locaux dans lesquels une sécurité maximale et un grand nombre de fonctions ne sont pas nécessaires.
L'alarme est monozone, ainsi, une fois en service, elle contrôle un ou plusieurs capteurs reliés à l’entrée NF.
Il s’agit, comme vous allez le voir, d’un système simple et compact, si bien, qu’il peut être installé entièrement dans le coffret de la sirène utilisée comme avertisseur acoustique.
Le but évident est de réduire le plus possible l’encombrement de l'ensemble et d'en simplifier l’installation. Installation qui devrait se limiter à la fixation de la sirène et au passage de ses câbles.
A l’extérieur de la sirène, nous aurons le capteur ou le groupe de capteurs et l’alimentation 12 volts servant à faire fonctionner l’ensemble. Bien entendu, une batterie tampon, en mesure de fournir 500 mA, doit être utilisée si le secteur peut être coupé par un malfaiteur.

Figure 1 : L'antivol simple et compact et sa "clef".

Figure 2 : Un prototype en phase de test.

Une fois la centrale assemblée, vous devez procéder au câblage des accessoires, la prise pour la clef et la LED de signalisation. Ces derniers composants seront placés sur une plaque déportée (plaque d’un interrupteur mural, par exemple).
Pour le câblage, n’importe quel type de câble peut être utilisé. Veillez à bien respecter la polarité de la LED. La prise devant recevoir la clef peut également se trouver déportée. Pour les capteurs, il faut utiliser des modèles ayant un contact normalement fermé.

Le fonctionnement
Rappelons brièvement le fonctionnement et les caractéristiques du système.
Après la mise sous tension, l’alarme est allumée, mais désactivée. Ainsi, chaque ouverture des contacts d’alarme ne provoque aucune action, la sirène est silencieuse et la LED clignote.
Pour activer l’alarme et la rendre capable de détecter les signaux des capteurs, il faut insérer le jack équipé de sa résistance et faisant office de "clef", dans la prise reliée aux points "KEY".
La clef étant insérée, si la valeur de la résistance contenue dans la fiche coïncide avec celle de la résistance Rx, l'alarme devient opérationnelle.
Cette situation est matérialisée par l’extinction de la LED et par l'émission d’une brève note acoustique de la part de la sirène.
A partir de ce moment, une éventuelle ouverture des contacts NF peut être détectée, ce qui provoque une alarme.
A chaque fois que le contact NF est ouvert, le transistor T3 se bloque, ce qui a pour effet de porter la broche 4 du microcontrôleur au niveau logique haut (+5 volts).
Ce dernier, active alors une routine de son programme, qui provoque la mise en service de la sirène, pour une durée imposée par le trimmer R7, comprise entre 10 secondes et 2 minutes.
Si au terme de cette temporisation, le contact NF est toujours ouvert, il se produit un nouveau cycle et la sirène recommence à sonner.
Dans le cas contraire, si le contact NF est refermé, l’alarme passe au repos.
Une attention particulière doit être portée à la phase de désactivation de la centrale d’alarme.
On admet que l'alarme a été mise en service et que le propriétaire s'est absenté. Si, à son retour, il insère la clef pour désactiver la centrale et que, durant son absence, l’alarme a été déclenchée, la diode LED s’allume et la sirène émet quatre tonalités. Par contre, si aucun déclenchement ne s’est produit, la diode LED s’allume et la sirène émet seulement deux notes.
Cela permet au propriétaire du local protégé de savoir qu'il a fait l’objet d’une tentative d’effraction ou d’intrusion, surtout si aucun signe évident ne permet de le constater.
En somme, la centrale mémorise le déclenchement du système suite à une alarme. Evidemment, cette mémoire est effacée après chaque désactivation de la centrale.
Il faut noter que si la désactivation se produit durant une alarme, donc lorsque la sirène sonne, cette dernière est immédiatement stoppée et émet les quatre notes comme cela a été indiqué précédemment.

L'analyse du schéma électrique
Ce qui vient d'être dit décrit sommairement le fonctionnement de la centrale d’alarme.
La figure 3 donne le schéma électrique du système. Pour comprendre chaque point particulier, voyons en détail chaque partie, en commençant par le coeur, le microcontrôleur U2.
Il s’agit d’un PIC12C672, un modèle 2 fois 4 broches du fabricant Microchip dont le brochage est donné en figure 4. Bien entendu, il est disponible déjà programmé.
Dans notre application, le programme initialise les entrées/sorties (E/S), assignant GP1 et GP4 comme sorties et GP0, GP2 et GP5 comme des lignes bidirectionnelles. La figure 5 explique le déroulement du programme.
L’oscillateur d’horloge est interne au circuit intégré.
Pour la lecture de la clef résistive, nous utilisons les broches 7 (GP0) et 2 (GP5).
En pratique, le programme effectue la comparaison entre la constante de temps due au couple interne Rx/C7 et celle relative à C6 et à la résistance contenue dans la fiche jack.
Lorsque la comparaison est positive, l’alarme accepte la commande et change son état de fonctionnement.
Si elle est active, elle passe au repos (produisant les signalisations précitées), si elle est désactivée, elle est mise en service (ici aussi, avec les signalisations requises).
Si, par contre, les deux constantes de temps sont vraiment très différentes, le microcontrôleur refuse la commande.
Il faut aussi noter que si les condensateurs C6 et C7 sont d’égale valeur, la comparaison, en fait, ne concernera effectivement que les seules résistances.
Donc, en substance, il faut que la résistance placée dans la clef soit égale à Rx, même si la large tolérance (environ 20 %) permet d’utiliser des composants à 5 % et des condensateurs céramiques normaux, sans problème de couplage.
Notez que, pour personnaliser le système, chacun peut choisir la valeur des résistances qu’il souhaite, sans toutefois s’écarter d’une plage comprise entre 1 et 10 kilohms.
Hors de cette plage, le programme (tout au moins, avec les valeurs actuelles de C6 et C7), a du mal à lire la constante de temps.
Poursuivons notre analyse, par le module qui permet au microcontrôleur de définir le temps de fonctionnement de la sirène.
Il s’agit du réseau R7/C5, à propos duquel, il est rappelé que le trimmer permet d’obtenir un temps réglable entre 10 et 120 secondes.
A la résistance minimale, correspond le temps le plus court (10 secondes), par conséquent, avec la valeur maximale de la résistance, la sirène fonctionnera durant le temps le plus long (120 secondes).
Un autre détail important pour une utilisation correcte de la centrale, est que le couple R5/C7, est testé seulement à la mise sous tension du microcontrôleur.
Ainsi, chaque réglage du trimmer doit être fait la centrale hors tension.
Après la mise sous tension, la modification du réglage du trimmer R7 ne produit plus aucun effet (jusqu'à la prochaine extinction et remise en service de l'alarme).
Pour la commande de la LED, de la sirène, mais aussi pour la lecture du contact normalement fermé, le microcontrôleur a été interfacé avec des transistors.
Pour activer la sirène, le transistor T2 utilisé est un MOSFET de puissance, un P80N06, plus que suffisant pour alimenter un avertisseur piézoélectrique comme celui que nous avons prévu, mais aussi une ou plusieurs sirènes du type magnétodynamique, qui nécessitent plusieurs ampères pour leur fonctionnement.
Le son est obtenu lorsque le PIC12C672-MF343 fait passer au niveau haut la ligne GP1, polarisant la porte du transistor MOSFET.
Quant à la LED, il aurait été possible de la faire s'allumer avec le courant délivré par la broche 3 de U2 (le constructeur garantit pour chacune des broches, un courant maximum de 25 milliampères en débit ou en consommation), toutefois, nous avons préféré intercaler un transistor, afin d’isoler le microcontrôleur du reste du montage.
Le cas est identique pour la ligne utilisée pour lire l’état des capteurs. Nous aurions pu connecter directement les capteurs entre la broche 4 de U2 et la masse, toutefois une erreur d’installation ou un sabotage, pourrait apporter des tensions supérieures à 5 volts sur cette broche, endommageant irrémédiablement le microcontrôleur.
L’interposition d’un transistor permet un fonctionnement fiable et assure la protection nécessaire.
Lorsque le contact des capteurs est fermé (état de repos) T3 est en saturation (conducteur) et la ligne GP3 est à la masse (zéro logique), en ouvrant le contact, T3 ne reçoit plus la polarisation de base et bloque le transistor, laissant ainsi la résistance R2, polariser au niveau haut, la broche 4.
Le condensateur C4, évite l’activation accidentelle de l’alarme en cas de brèves ouvertures du contact ou d'impulsions parasites.
Cela dit, nous concluons l’analyse du circuit, avec l’alimentation.
Aux points "VAL", est appliquée la tension principale, qui sert à alimenter la totalité du circuit, sirène comprise.
La diode D1, protège d’une inversion de polarité éventuelle de la tension d’alimentation.
A ce propos, la liste des composants prévoit une diode type 1N4007. Toutefois, si vous pensez utiliser une sirène magnétodynamique, consommant plus de 600 ou 700 milliampères, il convient de la remplacer par une 1N5408 ou par un modèle pouvant supporter le courant consommé par la sirène utilisée.
Une alternative consiste à prendre la tension d’alimentation de la sirène, directement sur "VAL", en amont de D1.
Pour le fonctionnement avec la sirène prévue, il est conseillé d’utiliser une simple alimentation, sous la forme d’un bloc secteur (de 500 mA).
Poursuivons l’examen du circuit.
Nous voyons que les 12 volts en aval de la diode, desservent directement les circuits de la LED et de l’entrée NF. Ils alimentent également le régulateur de tension (U1), un 7805, qui sert à fabriquer les 5 volts stabilisés, nécessaire au fonctionnement du microcontrôleur.

Figure 3 : Schéma électrique de l'alarme.

Figure 4 : Brochage et E/S du microcontrôleur.

Figure 5: Organigramme du programme MF343.

Après le démarrage du programme, l’initialisation est effectuée avec l’assignation des E/S, puis, le microcontrôleur lit les valeurs de Rx et R7 et confirme la fin de cette phase préliminaire par trois rapides clignotements de la LED. Après les procédures de "power-on", le système est au repos et le programme tourne en boucle, dans l’attente de l’insertion de la clef et en surveillant l’état de l’entrée normalement fermé (broche 4). L’insertion de la "clef", démarre la comparaison des constantes de temps des réseaux formés par Rx et par KEY. Si le résultat est identique, l’état de fonctionnement est inversé (s’il était au repos, il devient actif et vice-versa).
L’arrêt et là mise en route de la centrale, sont matérialisés par des signaux sonores et lumineux. Dans le premier cas, nous avons l’extinction de la LED et l’émission d’une note, dans le second cas, tout dépend de ce qui s’est passé avant. En fait, l'organigramme montre qu’au moment où on désactive l’alarme, le programme va chercher dans sa RAM s'il trouve une alarme survenue après la dernière désactivation. Dans l’affirmative, la désactivation est accompagnée de l’allumage de la LED et de 4 notes acoustiques. Par contre, si aucune alarme ne s’est produite, la LED se rallume, mais il se produit seulement 2 notes. Pour ce qui concerne la séquence d’alarme, à la suite de l’ouverture de l’entrée NF, le programme vérifie d'abord que l’alarme est en service, si c’est le cas, il active le timer pour la durée du temps imposé par la valeur de R7, lue durant la phase de mise en service et pour toute la durée de ce laps de temps, il active la sirène, en plaçant la ligne GP1 du microcontrôleur au niveau haut. Dans le cas contraire, chaque ouverture et fermeture de l’entrée NF est ignorée.
Il est intéressant de noter que la centrale peut être désactivée durant le déroulement d’une alarme, ce qui provoque ainsi la remise à zéro de la mémoire et de la sirène.

Figure 6 : Schéma d'implantation des composants de l'alarme.

Figure 7 : Photo d'un des prototypes de l'alarme.

Figure 8: Dessin, à l'échelle 1, du circuit imprimé de l'alarme.

Liste des composants de l’antivol monozone
R1 = 47O Ω
R2 = 4,7 kΩ
R3 = 4,7 kΩ
R4 = 2,2 kΩ
R5 = 1 kΩ
R6 = 22 kΩ
R7 = 4,7 kΩ trimmer vertic.
R8 = 22 kΩ
R9 = 10 kΩ
Rx = 1 kΩ à 10 kΩ
C1 = 10 μF 35 V tantale
C2 = 10 μF 35 V tantale
C3 = 100 nF multicouche
C4 = 1 nF céramique
C5 = 100 nF multicouche
C6 = 100 nF multicouche
C7 = 100 nF multicouche
D1 = Diode 1N4007
U1 = Régulateur 78L05
U2 = μC PIC12C672-MF343
T1 = Transistor NPN BC547B
T2 = MOSFET Canal N P80N06
T3 = Transistor NPN BC547B

Divers :
1 Bornier 2 pôles
1 Bornier 3 pôles
1 Support 2 x 4 broches
1 Circuit imprimé réf. S343


La réalisation pratique
Parvenus à ce point, il reste à voir comment construire l’alarme.
Notons tout de suite, que ses dimensions sont extrêmement réduites, sans rapport avec les fonctions réalisées par le dispositif.
Lorsque vous disposez du circuit imprimé, vous pouvez commencer le montage des composants, en partant des composants les plus bas pour terminer par les plus hauts. Aidez-vous, pour ce faire des figures 6 et 7. La figure 8 donne le dessin du circuit imprimé de l'alarme.
Installez d'abord le support pour le microcontrôleur, en faisant attention à son repère de positionnement. Placezle de telle sorte qu’il soit orienté vers R2 et Rx, puis montez les condensateurs non polarisés, sans oublier d’installer le strap entre C5 et R3.
Poursuivez, par les résistances, à disposer debout et par la diode D1, à placer, elle aussi, verticalement et en se rappelant que la patte de la cathode doit être introduite dans la pastille qui permet le passage de la tension positive vers C1.
Installez et soudez ensuite les condensateurs électrolytiques (attention à la polarité…), puis les transistors et le régulateur 7805, en version TO92 (78L05), dont la partie plate du boîtier sera tournée vers D1.
Quant au MOSFET T2, il est inséré à l’emplacement prévu, en orientant la partie métallique de son boîtier vers l’extérieur du circuit imprimé. Vous pouvez le plier, après l’avoir soudé, comme le montre la photo de la figure 7.
La résistance Rx, comme nous l’avons dit, peut être choisie dans des valeurs comprises entre 1 et 10 kilohms.
Rappelons que, dans la clef, vous devez utiliser la même valeur, que celle, choisie pour Rx.
A propos, la clef doit être préparée, en utilisant une fiche jack mono, puis en soudant la résistance de la valeur égale à celle de Rx, avec une patte sur le contact le plus long (externe) et l’autre, au centre. La figure 9 montre clairement comment il faut procéder. Ceci fait, vous pouvez revisser le capuchon.
Pour les connexions des capteurs, de la LED et de la prise jack, il est utile de souder des borniers à vis pour circuit imprimé au pas de 5 mm, dans les trous prévus à cet effet. Les figures 10 et 11 vous montrent comment effectuer les raccordements. La figure 12 vous donne l'exemple d'un capteur magnétique et la figure 13 celui d'un capteur PIR.
Pour la LED, nous vous rappelons, qu’il faut en respecter la polarité, la cathode (patte située près du côté plat), doit aller au contact LED, près du bornier de la clef (KEY).
Les soudures terminées, insérez le microcontrôleur programmé, en faisant attention de bien placer sont repère de positionnement en coïncidence avec celui du support.
A présent, le câblage du circuit imprimé de l’alarme est terminé et le circuit peut être installé à l’intérieur de la sirène piézoélectrique comme sur la photo de début d'article.

Figure 9 : Photo de la "clef" d'activation et de désactivation de l'alarme.

Figure 10 : Connexions de capteurs microswitch et/ou relais REED.

Figure 11 : Connexions de capteurs de type PIR, radar ou à ultrasons.

Notre alarme, peut être utilisée avec tous les types de capteurs, pourvu qu’ils soient équipés d’un contact normalement fermé (NF), s’ouvrant en cas de détection.
Pour une protection volumétrique, les capteurs PIR (infrarouges) sont bien adaptés, mais on peut également utiliser des capteurs radar (hyper fréquences) ou à ultrasons, dotés de contact s’ouvrant en cas de détection. Pour protéger un box ou un petit local, il peut être suffisant d’utiliser un contact à ouverture (ILS) installé sur la porte ou sur la serrure.
Cet interrupteur, est normalement fermé lorsque la porte est fermée et évidemment ouvert dans le cas contraire.

Figure 12 : Capteur à contacts magnétiques typiques (ILS).

Figure 13 : Capteur PIR.

Figure 14: Notre alarme a été spécialement conçue pour être installée à l'intérieur du boîtier d'une sirène piézoélectrique d’intérieur modèle ST/Betty. Parmi les principales caractéristiques de cette sirène, citons, le coffret en ABS blanc, la pression acoustique de 115 dB à 1 mètre et un angle de dispersion de 90°. La consommation en alarme est de 400 mA et les dimensions du boîtier de 100 x 138 x 39 mm. La platine de l’alarme trouve sa place dans l’angle, à gauche de la sirène, les points +S et –S de l’alarme sont connectés respectivement aux contacts + et – de la sirène.

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