Une clef DTMF monocanal pilotable par fils, téléphone ou radio

Toujours d’actualité, cet appareil permet de commander une charge électrique au moyen des tons DTMF ordinaires. Il fonctionne soit en mode filaire, soit en VHF/UHF ou CB, voire avec les téléphones cellulaires. Il conviendra partout où une commande ne necessitant pas un haut niveau de sécurité est nécessaire.


Il existe un grand classique parmi les circuits de contrôle à distance : la clé multifréquence, c’est-à-dire ce dispositif électronique permettant de commander un appareil quand il reçoit et déchiffre une ou plusieurs notes DTMF selon une séquence pré-établie. Depuis les premières télécommandes à composants discrets beaucoup de chemin a été parcouru et, aujourd’hui, la technologie moderne met à notre disposition des circuits de codification ultra-sécurisés, par microcontrôleur à algorithme spécial.
En dépit de cela, il est encore intéressant de mettre en oeuvre des clés DTMF car elles sont très simples et peuvent être activées à distance par n’importe quel téléphone, en utilisant le clavier ou un de ces blocs de touches DTMF servant pour l’écoute à distance des répondeurs téléphoniques.
En outre, elles peuvent être pilotées par des émetteur-récepteurs (RTX ou “tranceivers”) de manière à réaliser une véritable radiocommande autonome tout en ne construisant que l’étage décodage. Le RTX devient alors l’émetteur de radiocommande grâce auquel, en utilisant un clavier DTMF, on peut envoyer les bitons de commande codée vers le récepteur, via l’éther.

Notre montage
Le montage que nous vous proposons est orienté dans cette direction : il s’agit d’une clé très simple à un seul canal, dotée d’un relais qui colle quand, à l’entrée, se présente une séquence de tons DTMF préalablement mémorisée comme mot de passe (“password”). Le dispositif a été conçu pour être couplé à un récepteur ou un RTX radio travaillant sur n’importe quelle bande : son entrée possède les caractéristiques voulues pour être reliée à une sortie casque ou haut-parleur externe. Il est en outre possible d’utiliser la clé avec la ligne téléphonique ; toutefois, dans ce cas, il faudra prévoir une interface de couplage, sauf si l’on envisage de répondre manuellement en faisant la connexion soi-même.
Structurellement, notre clé est des plus simples. Elle peut commander, à distance, toute charge, même là où aucune ligne téléphonique n’arrive : pont radio (réémetteur), porte ou portail motorisé, machine, éclairage, chauffage, dispositif anti-incendie, etc.

Le schéma électrique
Ce sont là les avantages de la clé que nous allons connaître de manière plus approfondie en regardant le schéma électrique de la figure 1. Le circuit est tout à fait banal. En effet, il utilise le classique décodeur 8870 (U1) en configuration tout aussi classique et un microcontrôleur PIC16F84-MF412, déjà programmé en usine, préposé à la supervision du fonctionnement général.
Ce dernier interroge les sorties du décodeur par l’intermédiaire de 5 lignes de données.
Précisons, pour ceux qui ne le connaîtraient pas, que le MITEL Semiconductor 8870 est un décodeur de bitons DTMF complet (à condition que son oscillateur travaille avec un quartz de 3,58 MHz) capable d’exprimer en binaire sur 4 bits le nombre correspondant à la paire de notes qu’il reçoit.
Son brochage est donné en figure 2a et son schéma synoptique interne en figure 2b. Vous trouverez la note technique de ce circuit dans la page téléchargement du site de la revue (MT8870D.PDF).
Pour comprendre le fonctionnement de l’interface, vous devez vous rappeler que les sorties des données sont pourvues d’un “latch”, activé par l’arrivée de chaque biton : c’est pourquoi s’il arrive, par exemple, le ton correspondant à 4, les informations 0100 restent sur les sorties Q4, Q3, Q2, Q1, jusqu’à ce que soit reçu un nouveau signal identifié comme appartenant au standard DTMF.
Par exemple, si le nombre 1 est relevé, le bus de données prend le niveau 0001, y demeure jusqu’à la réception d’un autre chiffre et ainsi de suite.
Etant donné ce système de fonctionnement, il est nécessaire que l’élément destiné à lire les informations (le microcontrôleur) puisse distinguer le moment où arrive le biton, car si le “latch” du 8870, de par sa configuration, reçoit deux notes d’égale signification, il ne modifie pas l’état de ses bits. En fait si, par exemple, il relève deux 8 l’un après l’autre, Q4, Q3, Q2, Q1 restent à 1000.
Et qui donne le signalement de l’identification d’une paire de notes DTMF ? C’est la broche 15, nommée STD.
Cette broche est, normalement, au niveau bas (0) mais elle produit une impulsion de niveau logique haut (1) de la durée du biton, ce qui permet au dispositif de lecture de distinguer deux signaux de même valeur. Dans notre cas, c’est le microcontrôleur qui lit le STD et qui prélève aussi les 4 bits du bus de données.
Le reste est bien peu de chose puisque dans le circuit d’interface il n’y a que les rares composants nécessaires : en particulier R2 et R3 forment un réseau de rétroaction parallèle/parallèle de l’étage préamplificateur d’entrée du 8870 (les résistances sont de valeurs égales pour que le gain soit unitaire).
Le trimmer R1 établit le niveau du signal appliqué au circuit intégré, en le limitant au minimum nécessaire à une reconnaissance correcte tout en évitant la saturation des étages d’entrée.
Le quartz Q1 établit à 3,579545 MHz l’horloge du 8870 mais aussi celle de la synchronisation du microcontrôleur.
Il faut, en effet, noter que, pour ne pas utiliser deux quartz, nous avons opté pour un pilotage du PIC16F84-MF412 au moyen du signal recueilli sur le même quartz, signal entrant par sa broche 16.

Figure 1 : Schéma électrique de la clé DTMF monocanal.

Figure 2a : Brochage du décodeur MITEL semiconductor 8870.

Figure 2b : Schéma synoptique interne du 8870.

La programmation
Ceci étant dit, voyons un peu quel programme gère la totalité du circuit (voir figure 4). Avant de commencer à travailler, il faut initialiser la clé : cette opération s’exécute simplement en fermant (ON) le micro-interrupteur DS1/1 et en alimentant le circuit. L’opération étant confirmée, le relais collera pendant 2 secondes environ puis retournera au repos. L’initialisation habilite les paramètres opératifs suivants : le mot de passe (“password”) pré-établi (égal à 12345) et la désactivation de la restauration à la mise sous tension et de la protection contre le changement de mot de passe.
Il faut maintenant remettre sur OFF le micro-interrupteur, afin d’éviter la remise à zéro des paramétrages si l’alimentation venait à manquer. Au repos, la platine attend le mot de passe, sans lequel elle n’accomplit aucune opération.
Quand elle reçoit un biton DTMF, le programme, comprenant que l’usager tente l’accès, se prépare à contrôler le mot de passe : il attend donc la réception de 5 chiffres, après quoi, il en élabore la séquence et agit en conséquence. Si plus de 5 secondes s’écoulent entre la frappe d’un chiffre et celle du suivant, le programme termine automatiquement la procédure de contrôle et se prépare à recevoir une nouvelle séquence DTMF.
Ce délai (“time-out”) ne vaut pas seulement pour l’introduction du mot de passe mais pour toutes les fonctions de commande. N’importe quelle opération en train de s’accomplir (par exemple, le changement du mot de passe ou la rectification des paramètres de travail) est soumise à ce délai de 5 secondes et, donc, si vous le dépassez, vous devez recommencer depuis le début.
Une fois l’accès obtenu (ce qui nécessite l’envoi du mot de passe correct), vous pouvez modifier l’état du relais de sortie ou entrer en programmation.
Voyons séparément ces deux phases.
Commençons par la phase de contrôle, concernant l’utilisation normale de la clé. Si on envoie le biton correspondant à 1, le relais s’active selon le mode paramétré par DS1/2 : plus exactement, si DS1/2 est sur OFF, le relais opère en mode impulsionnel et colle pendant une seconde puis retourne au repos ; si DS1/2 est sur ON, le relais opère dans le mode bistable et, si l’on envoie le biton 1, il colle jusqu’à ce que l’on envoie le 0 qui le fera retourner au repos (à défaut de cela RL1 restera excité).
Voyons à présent la phase de programmation, à laquelle on accède en envoyant le biton 9. Dans cette phase, vous pouvez régler les paramètres opératifs mais vous devez les paramétrer tous ensemble : en pratique la clé attend une série de 7 bitons, parmi lesquels 5 constituent le nouveau mot de passe, le sixième étant la fonction de restauration du relais et le dernier la protection contre le changement de mot de passe.
La restauration concerne les “black out”, c’est-à-dire la situation dans laquelle le circuit est privé momentanément d’alimentation : si l’on habilite la fonction de restauration (sixième chiffre égal à 1), quand la clé est de nouveau alimentée, elle remet le relais dans le même état qu’avant le “black out” (parce que le microcontrôleur écrit dans l’EEPROM l’état de sa sortie et le conserve) ; si on déshabilite cette option (sixième chiffre égal à 0), à la remise sous tension le relais reste au repos.
La protection contre le changement de mot de passe à distance dépend du septième ton : si nous tapons 0, c’est le statu quo ante (la situation demeure telle quelle) ; si nous tapons 1, la protection est habilitée. Notez donc bien que la seule manière de modifier de nouveau le mot de passe est de réinitialiser le circuit, c’est-à-dire le mettre en route avec DS1/1 en position ON. Dans ce cas, le mot de passe et tous les autres paramètres seront par défaut. Dernier détail : si vous réglez le mot de passe sur 00000, le circuit comprend que vous ne voulez aucune protection, ou bien que vous n’avez introduit aucun mot de passe. Par conséquent, si quelqu’un tente d’accéder au dispositif, il pourra exécuter les opérations de commande du relais sans devoir taper aucun mot de passe.
Notez toutefois que si vous habilitez cette option, vous pourrez accéder à la commande sans passer par le mot de passe, simplement après avoir éteint et rallumé l’appareil (sans cependant effectuer l’initialisation, c’est-à-dire avec DS1/1 sur OFF).

Figure 3a : Mode de fonctionnement.

                                                                 DS1/1   DSI/2
FONCTIONNEMENT NORMAL (SORTIE ASTABLE) .......................... OFF OFF
FONCTIONNEMENT NORMAL (SORTIE BISTABLE) ......................... OFF ON
RESET GENERAL* .................................................. ON X
PROGRAMMATION ................................................... OFF X

*Pour effectuer le reset général, il est nécessaire d’éteindre et de rallumer l’appareil avec DS1/1 sur ON. Dans ce cas, tous les paramètres par défaut (paramètres usine) sont restaurés, soit : Password = 12345 ; Restauration à la mise en route = 0 (non actif) ;
Protection changement de password = 0 (protection non active, il est possible de changer le password et tous les paramétrages).


Figure 3b : Activation relais et programmation.
Password + 1 (DS1/2 OFF) ........ le relais est activé pour 1 seconde ;
Password + 1 (DS1/2 ON) ......... le relais est activé en permanence ;
Password + 0 (DS1/2 ON).......... le relais est désactivé ;
Password + 9 .................... Routine de programmation.
Après avoir habilité cette fonction, il est
nécessaire d’envoyer 7 tons dont
la signification est la suivante :
- Premiers 5 tons ...... nouveau password ;
- Sixième ton ............ 0
(restauration non active),
1 (restauration active) ;
- Septième ton .......... 0
(protection des paramètres non active),
1 (protection active).

Note : les nouveaux modes de fonctionnement sont mémorisés à condition que dans les paramètres courants le bit de protection soit à 0. Dans tous les cas, 7 tons sont envoyés.

Si le nouveau password est 00000, on pourra accéder directement à l’appareil sans avoir à taper aucun password à 5 chiffres. Cette nouvelle modalité sera habilitée seulement après avoir effectué la programmation correspondante et avoir éteint puis rallumé l’appareil avec DS1/1 sur OFF. De même, pour passer du password 00000 à un autre password, il est nécessaire d’éteindre et de rallumer l’appareil avec DS1/1 sur OFF. Attention : dans l’envoi de tous les tons est prévu un “time-out” (délai) de 5 secondes.

Figure 4 : Photo de la platine DTMF prête à l’emploi.

La clé DTMF est de dimensions très réduites grâce à l’utilisation d’un microcontrôleur auquel sont confiées toutes les fonctions logiques. Cette version met en oeuvre un PIC16F84-MF412, déjà programmé en usine.
L’horloge de ce microcontrôleur est pilotée par un quartz de 3,58 MHz, celui-là même qui pilote aussi le circuit intégré décodeur DTMF 8870. Le mot de passe (“password”) et tous les autres paramétrages sont mémorisés dans sa mémoire EEPROM. Ainsi, il est possible de reprogrammer facilement (y compris à distance) tous les paramètres de fonctionnement de la clé, mot de passe inclus. Deux micro-interrupteurs seulement permettent de définir le mode de fonctionnement, d’effectuer la remise à zéro générale et de choisir le mode d’activation du relais de sortie.

Figure 5 : Schéma d’implantation des composants de la clé DTMF monocanal.

Figure 6 : Photo d’un des prototypes.

Figure 7 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de la clé DTMF monocanal.
Il pourra être réalisé par la méthode décrite dans l'article : "Comment fabriquer vos circuits imprimés facilement ?".


Liste des composants
R1 = 10 kΩ trimmer vert.
R2 = 100 kΩ
R3 = 100 kΩ
R4 = 330 kΩ
R5 = 4,7 kΩ
R6 = 15 kΩ
R7 = 15 kΩ
C1 = 100 nF multicouche
C2 = 100 nF multicouche
C3 = 100 μF 25 V électrolytique
C4 = 100 nF multicouche
C5 = 100 nF multicouche
C6 = 220 μF 25 V électrolytique
D1 = Diode 1N4007
D2 = Diode 1N4007
Q1 = Quartz 3,58 MHz
T1 = NPN BC547
U1 = Décodeur DTMF 8870
U2 = PIC16F84A-MF412
U3 = Régulateur 78L05
DS1 = Dip-switchs 2 micro-inter.
RL1 = Relais min. 12 V 1 RT

Divers :
2 Supports 2 x 9 broches
2 Borniers 3 pôles


La réalisation pratique
Comme d’habitude, il faudra d’abord réaliser le circuit imprimé (figure 7).
Le montage ne présente aucune difficulté : il suffit d’insérer sur le circuit imprimé, les composants qui sont donnés dans la liste en vous reportant aux figures 5 et 6.
L’alimentation devra pouvoir fournir entre 12 et 15 Vcc pour un courant de 100 mA. Les connexions étant réalisées, pour pouvoir utiliser correctement la clé, il faudra l’initialiser en plaçant DS1/1 sur ON, en alimentant le circuit puis en plaçant DS1/1 sur OFF.
Pour l’utilisation il faut connecter l’entrée (IN et masse) à la sortie d’un récepteur radio ou autre ligne câblée sur laquelle on puisse envoyer des tons DTMF (y compris à la sortie écouteur d’un téléphone cellulaire). Les figures 3a et 3b vous serviront d’aide-mémoire pour la programmation ou la reprogrammation.
L’unique réglage à effectuer concerne le niveau d’entrée : agissez sur le trimmer R1 en fonction de l’amplitude du signal disponible de manière que la platine identifie correctement les bitons arrivant.

0 commentaires:

Enregistrer un commentaire

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...