Un antivol pour objets de valeur

Un émetteur rayonne dans une zone donnée, allant de 3 à 30 mètres, un faible signal codé à destination d’un ou plusieurs récepteurs placés à l’intérieur des objets à protéger. Si une personne indélicate tente d’emporter l’objet protégé (“de bouger” l’objet, dans le langage des monte-en-l’air), après quelques mètres, le récepteur ne reçoit plus de signal et commence à faire entendre une note intense signalant le vol avant que le voleur ne se soit définitivement envolé (rappelons qu’Hermès, dieu des voleurs, entre autres, a des ailes…).

Le système peut également être utilisé comme pense-bête électronique pour ceux qui ont tendance à oublier leurs valises dans les aéroports !





Disons-le sans en tirer gloire, les systèmes de sécurité, les antivols et, plus généralement, tous les appareils destinés à protéger la propriété des vols et des dommages, sont toujours au sommet du palmarès des ventes. Ce n’est donc pas par hasard que notre blog officiel des schémas électroniques propose si souvent de construire des centrales d’alarme, pour la voiture, pour la maison, mais aussi de petits antivols spécifiques à des applications déterminées.



Notre montage

Le montage proposé dans cet article entre dans cette dernière catégorie : il a été développé spécialement pour dénicher d’éventuels voleurs mêlés à la foule et pouvant emporter, en douce, des objets de valeur. Il existe de très nombreux dispositifs contre le vol à la tire mais tous nécessitent un contrôle de passage de type portique magnétique. De tels systèmes sont souvent installés dans les commerces, surtout les grands magasins comme les super ou hypermarchés, etc.

Notre circuit est beaucoup plus simple et plus spécifique : il est destiné aux expositions, aux foires ainsi qu’à toutes les situations dans lesquelles il n’est pas possible (ou simplement inesthétique) d’installer un contrôle de passage. De plus, quand un objet comporte une étiquette magnétique antivol, le voleur peut toujours, avant d’atteindre une sortie contrôlée, la retirer. Avec notre procédé, en revanche, dès que le voleur s’éloigne de quelques mètres, un fort signal acoustique dénonce la tentative de vol et permet, en outre, d’identifier la personne indélicate.



Le schéma électrique

Voyons, à présent, comment notre système fonctionne. Il s’agit essentiellement d’une alarme se déclenchant à la perte de signal, c’est-à-dire un système constitué d’un transmetteur émettant une porteuse HF modulée avec un code déterminé, associé à un récepteur demeurant au repos (pas de déclenchement d’alarme) tant qu’il reçoit cette porteuse.

Si nous introduisons ce récepteur dans l’objet à protéger et si celui-ci se trouve en dehors de l’aire de couverture de l’émetteur, privé de signal son alarme se déclenche et un fort et désagréable sifflement (voir, figure 9, les caractéristiques du buzzer utilisé) retentit à l’intérieur même de l’objet emporté.

Ce système comporte deux avantages indéniables : avant tout, il peut être adapté à des locaux de différentes dimensions puisqu’en réglant l’antenne du module émetteur on peut obtenir une portée de 3 à 30 mètres environ. En outre, le fait d’avoir un émetteur unique et un récepteur contenant l’alarme, permet de protéger avec un seul émetteur un nombre théoriquement illimité d’objets. Le système est donc modulaire et évolutif : dans sa configuration de base, il comprend un mini-émetteur et un petit récepteur, mais rien n’empêche de lui associer autant de récepteurs qu’on aura d’objets à protéger d’un éloignement non souhaité.

Nous allons voir de près, maintenant, l’une puis l’autre de ces deux unités, émettrice et réceptrice.



Le TX (émetteur)

Le schéma électrique de l’émetteur est donné figure 1. Vous le voyez, il s’agit d’un circuit très simple : un microcontrôleur U1 commande un module émetteur hybride U2 et le tout est alimenté par une pile 6F22 de 9 V à travers un régulateur de tension intégré U3.

Le microcontrôleur PIC12F672-MF417 est déjà programmé en usine pour produire un code de 4 octets (de 8 bits chacun) en séquence rapide, chaque seconde environ. Les données sont fixes et les 3 premiers groupes contiennent les informations proprement dites alors que le quatrième représente la “checksum” (somme de contrôle).

Ce code est facilement reconnu par le récepteur dont le microcontrôleur est programmé pour cela !

Afin de réduire le plus possible les consommations, le module hybride émetteur U2 (un AUREL TX433SAW) n’est allumé que lorsque le microcontrôleur émet un flux de données, chaque seconde.

La séquence de commande est la suivante : quand sur la ligne GP0 doivent se présenter les données à émettre, la ligne GP2 est portée au niveau logique haut (5 V) de manière à alimenter U2.

Tout de suite après sont envoyés les 4 octets et, par conséquent, les broches 5 et 7 du microcontrôleur reprennent l’état logique haut (1) pour deux secondes.

Chaque émission est accompagnée de l’allumage de la LED LD1, mettant en évidence l’état de fonctionnement.

L’antenne doit être choisie en fonction de la portée, c’est-à-dire de la sensibilité du déclenchement de l’alarme, souhaitée : normalement, il suffit de relier un simple fil de cuivre dans le trou correspondant à la broche 11 de U2. De toute façon, nul besoin de prendre un morceau de fil de 17 cm de long (ce qui constituerait un quart d’onde) car vous étendriez la portée de l’émetteur à une centaine de mètres… ce qui n’est vraiment pas le but !

La totalité de l’unité émettrice peut être alimentée soit par une batterie de 9 V, soit par une alimentation secteur fournissant de 9 à 15 Vcc sous 30 mA au moins.

La photo de la figure 3 donne un aperçu du montage terminé, la figure 2, l’implantation des composants et la figure 4, le dessin du circuit imprimé, à l’échelle 1, bien évidemment.



Figure 1 : Schéma électrique de l’antivol pour objets : le TX (émetteur).



Figure 2 : Schéma d’implantation des composants de l’émetteur.



Figure 3 : Photo d’un des prototypes de l’émetteur de l’antivol pour objets de valeur.



Figure 4 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de l’émetteur.



Liste des composants du TX

R1 = 470 Ω

R2 = 100 Ω

U1 = μcontrôleur PIC12F672-MF417

U2 = Module Aurel TX433SAW

U3 = Régulateur 78L05

LD1 = LED rouge 5 mm



Divers :

1 Support 2 x 4 broches

1 Connecteur pour batterie 9 V

1 Coupe 8,5 cm de fil émaillé 10 à 12/10 pour antenne (voir texte)





Le RX (récepteur mobile, la mobilité étant due au voleur éventuel)

Le schéma du récepteur est celui de la figure 5. Il est à peine plus complexe que celui de l’émetteur, mais rien de spécial n’est à signaler. Pour activer le buzzer (un SONITRON SMA-24L), nous avons mis en oeuvre un procédé intéressant mais n’anticipons pas et procédons par ordre. Voyons tout d’abord que le signal radio est capté par l’antenne et transporté à l’entrée (broche 3) du module hybride récepteur radio superhétérodyne (un AUREL RX4M30RR04) travaillant sur la fréquence de 433,92 MHz et doté d’un démodulateur AM à quadrature, sortant de la broche 14. Ce dernier est relié directement à la broche 7 (GP0) du microcontrôleur U1, auquel il envoie toutes les données qu’il reçoit.

Le microcontrôleur du récepteur mobile est également un PIC12F672-MF418 et il est déjà programmé en usine pour assumer les fonctions suivantes : après l’initialisation des I/O, il allume cycliquement le module hybride récepteur en alimentant les broches Vcc (10 et 15) par l’intermédiaire de sa broche 6. Pendant le cycle d’allumage, il teste l’état de la ligne GP0 sur laquelle il attend des données. S’il les reçoit et les reconnaît pour valides, il éteint le RX pour une durée légèrement inférieure à la seconde puis le rallume et attend un nouveau train d’impulsions.

Analysons un cas après l’autre, en commençant par l’hypothèse selon laquelle le code de synchronisme de l’émetteur est reçu correctement.

Dans cette condition, rien ne se passe et le récepteur s’éteint pour se rallumer ensuite après un peu moins d’une seconde.

Si, en revanche, pendant la période d’allumage du RX4M30RR04, le microcontrôleur ne trouve pas le code de synchronisme envoyé par l’émetteur, il augmente d’une unité le compteur d’alarme et le récepteur demeure allumé. Après une autre seconde sans réception du code, le compteur d’alarme est augmenté d’une autre unité et ainsi de suite.

Mais, bien sûr, le circuit entre en alarme quand le signal de synchronisme n’est pas reçu trois fois consécutives.

Cela correspond à l’allumage du buzzer BUZ1, ce qui lui fait émettre une très forte note acoustique, ne s’arrêtant que par coupure de l’alimentation.

En effet, même si l’on rapproche l’objet de l’émetteur afin qu’il capte à nouveau le signal de synchronisme, le buzzer continue à hurler. Dans le cas où, après un ou deux défauts de réception, le système rentre à nouveau dans l’aire de couverture de l’émetteur, le compteur d’alarme est remis à zéro.

Il est temps maintenant de nous pencher sur la particularité du circuit de commande du BUZ1, pour le moins original.

Nous avons visé une exigence : faire le plus de bruit possible avec une alimentation de 3 V seulement (deux piles LR03/AAA, éventuellement rechargeables type ALCAVA, en série).

Pour cela, nous avons adopté un buzzer à haute efficacité (voir figure 9), capable d’émettre une note de 98 dBA d’intensité sonore à 1 mètre de distance.

Toutefois, pour atteindre les prestations recherchées, le composant nécessite une tension d’alimentation de 16 à 20 V environ. Comment faire alors ? la solution que nous avons adoptée consiste à obtenir cette tension avec un élévateur à découpage (“switching”) très simple, de type non régulé : quand la note acoustique doit être émise, la ligne GP5 du PIC produit une onde rectangulaire à la fréquence de 50 kHz, faisant commuter rapidement le transistor T1 ; le collecteur de ce dernier met périodiquement à la masse un côté de la self L1 (l’autre est relié au positif d’alimentation). La commutation rapide détermine des impulsions d’une amplitude de 20 V environ, chargeant à travers la diode D1 le condensateur électrolytique C1, aux bornes duquel on obtient une tension continue de cette valeur. Pour faire émettre la note, il suffit donc de polariser la base de T2 : ceci détermine l’activation du buzzer, lequel oscille à environ 3 kHz grâce à l’électronique dont il est doté. On l’a dit, une fois que le circuit est entré en alarme, il n’est pas possible de désactiver l’oscillateur en rapprochant l’appareil de l’émetteur. La seule manière d’arrêter le hurlement du buzzer est d’enlever la pile.

Voyons maintenant un autre cas : nous avons expliqué que si pendant une ou deux périodes de réception le microcontrôleur ne lit pas le code de synchronisme, il active un compteur logiciel s’occupant, dès le troisième défaut consécutif de réception, d’activer le signal acoustique ; si en revanche après un ou deux manques de réception le code est de nouveau reçu, le compteur est remis à zéro. Ce qui signifie que, pour activer l’alarme, il faut que la réception fasse à nouveau défaut trois fois de suite car les défauts précédents ont été annulés.



Figure 5 : Schéma électrique de l’antivol pour objets : le RX (récepteur).



Figure 6 : Schéma d’implantation des compo sants du récepteur.



Figure 7 : Photo d’un des prototypes du récepteur de l’antivol pour objets de valeur.



Figure 8 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du récepteur.



Liste des composants du RX

R1 = 100 Ω

R2 = 4,7 kΩ

C1 = 470 μF 25 V

D1 = Diode 1N4007

L1 = Self 330 μH

U1 = μcontrôleur PIC12F672-MF418

T1 = NPN BC547

T2 = NPN BC547

U2 = Module Aurel RX4M30RR04

BUZ1 = Buzzer SONITRON SMA-24L avec électronique



Divers :

1 Support 2 x 4 broches

4 Clips pour batterie AAA

1 Coupe 8,5 cm de fil émaillé 10 à 12/10 pour antenne (voir texte)





La réalisation pratique

Avant tout, vous devez réaliser les deux (ou davantage si vous prévoyez plusieurs récepteurs pour protéger plusieurs objets) circuits imprimés : un (et un seul) pour l’émetteur et un (ou plusieurs) autre pour le récepteur. Les figures 4 et 8, respectivement, en donnent les dessins à l’échelle 1 (le plus petit est l’émetteur). Ils pourront être réalisés par la méthode décrite dans l'article : "Comment fabriquer vos circuits imprimés facilement ?".

Quand les circuits sont gravés et percés, placez les rares composants en commençant par ceux présentant le plus bas profil.

Faites bien attention à la polarité de la diode LED (méplat vers le bas de la carte) pour le TX, de la diode au silicium (bague vers le buzzer) pour le RX, du régulateur de tension pour le TX (côté plat tourné vers le microcontrôleur U1), des deux transistors (côtés plats vers le haut de la carte) et du condensateur électrolytique (+ vers le buzzer) pour le RX. Orientez bien les supports des circuits intégrés avec le repère-détrompeur vers la gauche des cartes TX et RX.

Même chose concernant la polarité du buzzer (RX) et des piles, 6F22 9 V pour le TX et deux AAA en série pour le RX. Les modules hybrides émetteur et récepteur, en revanche, ne peuvent se monter que dans le bon sens.

Précisons encore que pour alimenter le TX avec la pile 6F22 de 9 V il faut une prise polarisée correspondante et que, pour alimenter le RX, les deux piles bâton AAA seront installées sous la carte, côté cuivre, dans quatre clips soudés. N’oubliez pas le risque de court-circuit : intercalez une feuille isolante entre les pistes de cuivre et les deux piles.

Quand le montage est terminé, insérez délicatement les deux microcontrôleurs dans leurs supports, ne les intervertissez pas : le MF417 est le TX et le MF418 est le RX. Le système est maintenant prêt mais vous devez encore décider de l’aire de couverture du TX, c’est-à-dire de la sensibilité de déclenchement de l’alarme acoustique. Vous la réglerez en jouant sur la longueur des brins des antennes émettrice et réceptrice. Il faut, pour cela, faire des essais en situation réelle : c’est la seule méthode qui vaille ! Attention, n’allumez pas le RX si vous n’avez pas d’abord activé le TX : cet oubli pourrait être très désagréable à vos oreilles et à celles de vos proches alors que le but est de contrecarrer les “affaires” des voleurs.



Figure 9 : Caractéristiques techniques du buzzer utilisé.

Marque ............................................................ SONITRON

Référence ......................................................... SMA-24L

Pression sonore à 30 cm à 12 V .................................... 98 dBA

Fréquence ......................................................... 3 kHz

Tension ........................................................... 1,5 à 15 Vcc*

Consommation ...................................................... 6,7 mA

Masse ............................................................. 4 g
* Comme on ne dispose que de 3 V, on a réalisé un élévateur de tension à découpage pour obtenir la tension nécessaire et même un peu plus : 20 V.




Figure 10 : Le TX et les RX.



Il est possible d’utiliser un seul émetteur et plusieurs récepteurs dans le cas où il est nécessaire de protéger plusieurs objets. Dès qu’un des récepteurs sort de la zone de couverture de l’émetteur, le buzzer incorporé au récepteur retentit d’un hurlement strident dénonçant la tentative de vol de l’objet qui le contient.



Figure 11 : Les prototypes de TX (à gauche) et de RX (à droite) prêts à être essayés. remarquez la pile 6F22 de 9 V de l’émetteur et le buzzer hyperpuissant du récepteur.

0 commentaires:

Enregistrer un commentaire

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...