Une unité de réception UHF à 16 canaux codée MM53200

Voici une unité de réception sur 433,92 MHz, à 16 canaux, basée sur le codage MM53200/UM86409. Elle devra être utilisée avec les télécommandes standards de même fréquence, équipées du même codeur.
Chaque unité de réception sera pilotée par quatre télécommandes à quatre canaux. Les sorties peuvent travailler en mode à impulsion ou en mode bistable.


Vous avez été nombreux à nous demander un système télécommandé, puissant, disposant, si possible, d'un unique récepteur et pouvant être contrôlé par l'intermédiaire d'une simple télécommande du commerce de type "porte-clefs".
Ceci nous a poussé à travailler sur un nouveau montage et à concevoir l'unité de réception UHF 16 canaux, que nous vous avons le plaisir de vous proposer dans ces pages.
Il s'agit d'une carte, pouvant commander 16 relais, pratique et flexible, car elle utilise un système de codage très répandu, adoptée depuis longtemps pour l'ouverture à distance des portails : le MM53200 (UM86409 UMC…).
L'avantage de ce système, c'est que l'on trouve facilement dans le commerce différents types de mini-émetteurs de télécommande 1, 2 ou 4 canaux.
On obtient ainsi, assez simplement, une unité de réception pouvant activer les 16 relais ou une partie de ceux-ci à l'aide d'une ou plusieurs télécommandes de poche, simples et économiques (voir figure 1).
Le système prévoit un code de sécurité qui utilise les 8 premiers bits, permettant ainsi 28 (256) combinaisons capables de garantir une assez bonne sécurité au système.
Le micro-interrupteur numéro 9, du dip-switch contenu dans le récepteur, permet de sélectionner le mode de fonctionnement des relais (impulsion ou bistable).

L'étude du schéma
On peut observer, sur le schéma de la figure 2 que, malgré le nombre relativement important de sorties, la construction du système ne présente aucune difficulté. En effet, il utilise un module hybride Aurel pour l'unité radio ainsi qu'un microcontrôleur pour le décodage des commandes et la gestion des relais.
A présent, la question de savoir pourquoi on utilise un CPU (Control Processing Unit - unité centrale de traitement), pour faire ce que ferait parfaitement un circuit intégré moins complexe, se pose spontanément.
La réponse se trouve dans le fonctionnement même du codeur/décodeur MM53200 : une sortie est activée lorsque l'entrée reçoit une série de données contenant la même combinaison des 12 bits de codage que la sienne.
Cette méthode a toutefois une limite : un décodeur ne peut être utilisé que pour un seul canal car, pour distinguer les différents signaux, le transmetteur change l'état de l'un des derniers bits.
Donc, pour avoir une unité de commande à 16 canaux, il suffirait d'utiliser un transmetteur dans lequel chaque touche correspondrait à une combinaison différente des 4 derniers bits.
Mais, dans le récepteur, il faudrait tout de même 16 décodeurs MM53200, un pour chaque canal à déchiffrer, chacun avec une combinaison des bits 9, 10, 11 et 12 différente ! Inutile de vous décrire la complexité de la chose et l'envahissement de la carte par les circuits intégrés !
C'est la raison pour laquelle nous avons préféré confier le travail à un microcontrôleur qui peut simuler le fonctionnement de 16 décodeurs en allant chercher la bonne commande pour chaque signal reçu de l'émetteur, parmi les 16 combinaisons possibles des 4 derniers bits.
Pour être exacts, précisons qu'en réalité, en utilisant les télécommandes du commerce qui ne disposent que de 4 canaux maximum, les 16 sorties ainsi que les codes respectifs sont répartis en 4 groupes, qui se distinguent par la position des bits 9 et 10.
Les véritables canaux se définissent par la programmation des bits 11 et 12.
Il s'agit toutefois d'une subdivision qui est surtout utile pour programmer les transmetteurs plus que pour autre chose. En effet, le microcontrôleur ne travaille qu'avec le bloc final des 4 bits et les 16 combinaisons correspondantes.
Il était tout de même utile de préciser ce point important pour comprendre ce qui suit. Si vous utilisez 4 télécommandes, indépendamment du nombre de canaux qu'elles possèdent, vous devrez positionner les 8 premiers microinterrupteurs de façon identique. Par contre, le neuvième et le dixième devront être placés de façon différente sur chaque télécommande, puisqu'ils différencient un groupe de relais d'un autre.

Figure 1 : Vue de l'intérieur d'une télécommande 4 canaux. En bas, le dip-switch à 10 micro-interrupteurs.

Figure 2 : Schéma électrique de l'unité de réception UHF 16 canaux.

Tableau 1 : Correspondance des combinaisons des groupes et des relais.

Figure 3 : Organigramme du programme MF356.

Le logiciel MF356, implanté dans le microcontrôleur ST62T25, après l'allumage et le reset forcé par le circuit R/C placé sur la broche RST, commence par initialiser les lignes d'E/S, en assignant le port A et le port B, comme sorties push-pull et les broches 6, 7 et 8 comme entrées.
Il poursuit avec la RAM et le timer qui sera utilisé pour la temporisation du mode par impulsion. Il établit ensuite le convertisseur A/D aux broches 6 et 7, pour la lecture de l'état des microinterrupteurs.
Il entre ensuite dans la partie principale et tourne en boucle en attendant l'arrivée d'un signal en provenance du module hybride récepteur. Si un train d'impulsions compatible avec celui du MM53200/UM86409 est reçue, la routine qui lit ce train s'active, extrait les 8 premiers bits et les confronte à l'état des micro-interrupteurs 1 à 8, lus durant la phase d'activation.
Si le code reçu correspond au code mémorisé, les 4 bits restants, qui décident laquelle des lignes de sortie doit être activée, sont alors contrôlés.

Figure 4 : Photo du ST62T25-MF356, sur son support.

Figure 5 : Brochage du microcontrôleur ST62T25-MF356.

Figure 6 : Schéma d'implantation des composants de l'unité de réception UHF 16 canaux.

Figure 7 : Photo d'un des prototypes du récepteur UHF 16 canaux, le montage terminé.

Figure 8 : Dessin, à l'échelle 1, du circuit imprimé de l'unité de réception UHF 16 canaux.

Liste des composants de la carte principale
R1 = 10 kΩ
R2 = 100 kΩ
R3 = 68 kΩ
R4 = 100 kΩ
R5 = 33 kΩ
R6 = 33 kΩ
R7 = 33 kΩ
R8 = 20 kΩ 1 %
R9 = 20 kΩ 1 %
R10 = 20 kΩ 1 %
R11 = 20 kΩ 1 %
R12 = 20 kΩ 1 %
R13 = 20 kΩ 1 %
R14 = 20 kΩ 1 %
R15 = 20 kΩ 1 %
R16 = 20 kΩ 1 %
R17 = 10 kΩ 1 %
R18 = 10 kΩ 1 %
R19 = 10 kΩ 1 %
R20 = 10 kΩ 1 %
R21 = 10 kΩ 1 %
R22 = 10 kΩ 1 %
R23 = 10 kΩ 1 %
Ra = 18 kΩ (16 fois)
Rb = 18 kΩ (16 fois)
Rc = 1,8 kΩ (16 fois)
C1 = 1 000 μF 25 V
C2 = 100 nF
C3 = 470 μF 25 V
C4 = 100 nF
C5 = 1 μF 63 V
C6 = 22 pF
C7 = 22 pF
C8 = 220 μF 25 V
D1 = Diode 1N4004
D2 = Diode 1N4148
Da = Diodes 1N4004 (16 fois)
LD1/LD16 = LED rouges 3 mm (16 fois)
T1 = NPN BC547
T2 = PNP BC557
Ta = NPN BC547 (16 fois)
U1 = ST62T25-MF356
U2 = Module Aurel RXSTDLC
U3 = Régulateur 7805
Q1 = Quartz 6 MHz
DS1 = Dip-switchs 9 micro-interrupteurs 3 états
Rla = Relais miniatures 12 V 1 RT (16 fois)

Divers :
1 Support 2 x 14 broches
16 Borniers 2 pôles
16 Borniers 3 pôles
1 Circuit imprimé réf. E30


Le microcontrôleur
Analysons à présent les phases de travail du ST62T25, en commençant au moment où le récepteur radio lui envoie une suite de données provenant d'un émetteur codé avec MM53200/UM86409. L'organigramme du programme MF356 est donné en figure 3.
La figure 4 est la photo du circuit intégré et la figure 5 donne son brochage.
Le microcontrôleur acquiert donc les impulsions en provenance du récepteur et les inscrit en RAM. Il compare ensuite les 8 premiers bits reçus avec les bits imposés par les micro-interrupteurs 1 à 8 du dip-switchs DS1.
Si le résultat de la comparaison est négatif, il met fin à la procédure et attend à nouveau le signal radio.
Si le résultat de la comparaison est positif, le microcontrôleur procède à l'identification du canal, c’est-à-dire à l'identification de l'unité qui a transmis. Dans ce but, il compare les bits 9 et 10 du train d'impulsions avec les combinaisons fixes qui se trouvent dans le logiciel, et qui sont évidemment celles assignées à chacun des 4 groupes de 4 relais.
Une fois le groupe de 4 relais identifié, le microcontrôleur doit savoir à quel relais de ce groupe il doit donner la commande. Pour cela, il lit alors la fin du train d'impulsions provenant de l'émetteur, c’est-à-dire les bits 11 et 12. La position de ces derniers bits donne 4 combinaisons, autant qu'il y a de relais dans chaque groupe de sorties.
Ces correspondances sont définies par le logiciel et restent fixes et univoques.
Après cette description du décodage, voyons à présent ce qui se passe lorsque le microcontrôleur a déchiffré et identifié un signal, en nous penchant sur la partie du programme qui gère de façon effective l'interface vers les sorties (voir figure 3).
Pour le mode de fonctionnement décrit, il est évident qu'une sorte de mémoire tampon est nécessaire, pour pouvoir faire ce que ferait un latch, c’est-à-dire en maintenant la condition imposée aux relais s'ils doivent travailler en bistable et générer une temporisation capable d'activer et de désactiver ces derniers, après un certain laps de temps, si l'on choisit le mode par impulsion.
Ces fonctions sont assurées par le logiciel MF356 du microcontrôleur qui, pour commencer, demande à l'utilisateur quel mode il choisit pour les sorties relais.
Cette réponse est donnée par le neuvième micro-interrupteur de DS1, qui doit être disposé sur le "+" dans le cas où l'on souhaite une commande par impulsion, ou sur le "–" pour imposer le mode bistable.
Comme il n'y a qu'un seul micro-interrupteur affecté au choix du mode de fonctionnement, ce dernier est donc identique pour les 16 canaux.
Après l'identification d'un code, le microcontrôleur lit le bit d'état relatif au mode de fonctionnement et agit en conséquence. Voyons ce qui se passe dans les deux cas.
Dans le mode par impulsion, l'arrivée d'une séquence de bits correcte provoque l'activation du bit du registre de sortie correspondant au relais commandé pour une durée fixée par le timeout.
En d'autres termes, dès que le code arrive, un temporisateur programmé active le relais correspondant à la commande reçue pendant un laps de temps défini (environ 1,5 seconde) puis le désactive. L'arrivée d'un autre code valide provoque la répétition du cycle.
La temporisation est identique pour les 16 canaux et, bien entendu, elle n'est active que dans le mode par impulsion.
Dans le mode bistable, à l'arrivée d'une séquence de bits correcte le programme écrit le niveau logique 1 sur le bit du registre de sortie correspondant au relais commandé et le maintient jusqu'à l'arrivée d'une nouvelle séquence contenant la même adresse. Le niveau logique passe alors de 1 à 0.
La figure 9 indique comment placer les micro-interrupteurs sur la carte 16 relais et sur les télécommandes.

La section HF
Toute la section HF du circuit est contenue dans un hybride Aurel, le RXSTDLC.
Il s'agit d'un récepteur superhétérodyne complet, accordé sur 433,92 MHz (l'oscillateur local est réglé…) et donc caractérisé par une sélectivité importante et par une bonne sensibilité. Il est prévu pour la réception des signaux émis par des télécommandes de type porte-clefs équipés d'émetteurs rayonnants 2 mW utilisés dans un rayon allant de 50 à 100 mètres.
Le démodulateur est AM, comme cela est nécessaire pour la communication avec les TX standards et un comparateur cadre les impulsions démodulées avant de les envoyer à la sortie (broche 14).
Remarquez qu'entre celle-ci et l'entrée du microcontrôleur (broche 9), nous avons inséré un adaptateur d'impédance, un simple circuit réalisé avec des transistors ordinaires, qui permet de débiter les impulsions comme l'exige le canal d'entrée du ST62T25.
En fait, T1 amplifie en tension, mais il ne suffit pas car il inverse les niveaux logiques sortant du récepteur radio. C'est pour cela que T2 a été inséré. Comme c'est un PNP, il opère une nouvelle inversion, en ramenant le signal en phase.
Après la section d'entrée, voyons à présent l'interface de commande des relais. Elle est obtenue simplement à l'aide d'un transistor NPN pour chaque ligne. Le collecteur est en série dans la bobine et l'émetteur est directement relié à la masse. La base, découplée par un réseau de résistances (Ra/Rb), en recevant le niveau logique haut de l'E/S du microcontrôleur, sature le transistor, ce qui à pour effet d'alimenter la bobine du relais correspondant.
Observez que, dans un souci de simplicité, nous n'avons dessiné, sur le schéma électrique de la figure 2, que deux drivers pour les relais, en donnant aux composants périphériques les mêmes références, car ils sont tous identiques.
La méthode avec laquelle les microinterruptreurs du circuit sont lus est particulièrement importante.
Ces micro-interruptreurs n'ont pas été couplés, chacun à une ligne, parce que le microcontrôleur ne dispose pas d'un nombre suffisant d'entrées/sorties.
Donc, pour pouvoir contourner cet obstacle, nous avons regroupé les microinterruptreurs en deux blocs de 4 (de 1 à 4 et de 5 à 8), plus un qui est lu par sa propre ligne (broche 8). Pour les groupes de 4 micro-interrupteurs, une sous-routine spéciale, qui utilise le convertisseur analogique/digital interne du microcontrôleur, a été implémentée dans le logiciel. En fait, l'entrée de ce dernier est connectée séquentiellement, tantôt à la broche 7, tantôt à la broche 6, de façon à effectuer deux lectures. Les valeurs sont converties en bytes (8 bits chacun…) et se retrouvent en mémoire, pour être traitées et pour déterminer, ensemble, le code numérique d'identification de la commande.

L'alimentation
Il ne nous reste plus qu'à décrire l'alimentation, qui se limite à un bloc secteur du commerce, en mesure de fournir 12 à 15 volts continus et stabilisés.
Utilisez un bloc alimentation capable de fournir un courant de 700 milliampères, tout au moins, si vous prévoyez d'activer les relais en mode bistable, mode dans lequel il peut arriver que tous les canaux soient activés en même temps.
Un classique régulateur 7805, assure la tension de 5 volts destinée à l'unité logique et aux étages de sortie du module hybride U2.
La diode D1 protège l'ensemble au cas où, par erreur, la polarité serait inversée.
La tension provenant du bloc secteur, en aval de D1, filtrée de façon opportune par les condensateurs C1 et C2, atteint directement les étages de commande des 16 relais (où elle alimente les bobines et les diodes LED) ainsi que la broche 15 du récepteur hybride U2.
Concernant encore l'alimentation, remarquez que chaque fois que le circuit est allumé, le circuit R2/C5 maintient le niveau logique 0 (pendant quelques instants) sur la broche de reset (RST) du microcontrôleur. Cette opération réalise ce qu'on appelle, techniquement parlant, un "power-on-reset" (initialisation), qui correspond à la première étape indispensable au bon démarrage du programme MF356 contenu dans le microcontrôleur.

Figure 9 : Positionnement des microinterrupteurs sur la carte 16 relais et sur les télécommandes.

La position des micro-interrupteurs du dip-switch DS1 de la carte relais permet au programme de reconnaître les émetteurs des télécommandes et à interpréter leurs ordres.
Les 8 premiers micro-interrupteurs, que ce soit sur la carte relais ou sur les télécommandes, expriment la "clef" et doivent être placés de façon identique.
Le neuvième micro-interrupteur de la carte sélectionne le mode de fonctionnement des relais. Placés sur "+", ils travailleront dans le mode à impulsion, placés sur "–", ils travailleront dans le mode bistable (9a).
Les micro-interrupteurs 9 et 10 de la télécommande sélectionnent le groupe de 4 relais qu'elle aura la charge de commander (9b).
Comme 4 télécommandes sont nécessaires, il faudra donc régler les microinterrupteurs 9 et 10 de façon différente sur chacune d'elles (9c).

La réalisation
Comme toujours, la première chose à faire est de réaliser ou de se procurer le circuit imprimé, dont le dessin est donné en figure 8, ainsi que tous les composants de la liste.
Lorsque vous disposez de ces éléments, vous pouvez monter tous les composants en commençant par les résistances et les diodes au silicium (sans oublier que la cathode de ces derniers est la patte indiquée à l'aide d'une bague), puis poursuivre avec le seul support, celui du microcontrôleur, que nous vous conseillons de diriger comme sur le schéma d'implantation donné en figure 6 (vers R23) afin de préparer l'insertion du circuit intégré.
La figure 7, qui est la photo d'un des prototypes, vous aidera, également, dans la mise en place des composants.
Poursuivez avec le dip-switch de type 3-positions à 9 micro-interrupteurs. Il ne peut être monté que dans un seul sens, ce qui évite toute erreur possible.
Passez ensuite aux condensateurs (attention à la polarité des électrolytiques…), au quartz, puis aux diodes LED, qu'il faut, pour une question d’esthétique, toutes maintenir à la même hauteur. Pour ces dernières, souvenezvous que la cathode est placée du côté du méplat de leur corps.
Les relais à utiliser sont des relais miniatures (Taiko-NX) avec le brochage adéquat.
Pour faciliter les connexions d'alimentation et celles des sorties, il faut monter des borniers spéciaux, au pas de 5 mm, pour circuit imprimé, en correspondance avec les emplacements respectifs.
Les derniers composants à monter sont le régulateur intégré U3, qui doit être placé avec le côté métallique de son corps dirigé vers le condensateur C4, et le module hybride U2, qui ne peut être inséré que dans un seul sens.
Soudez ensuite un morceau de fil de cuivre émaillé de 12 à 15/10 de diamètre et de 17 cm de long à l'emplacement marqué ANT. Ce sera l'antenne réceptrice.
Finissez les soudures et, après avoir soigneusement vérifié le montage, prenez le microcontrôleur ST62T25-MF356 et insérez-le dans son support en respectant le sens du repère-détrompeur.
L'unité est maintenant prête à être utilisée.

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