Un capteur volumétrique pour alarme ou commande quelconque

Le capteur volumétrique présenté dans cet article est en mesure de détecter instantanément les petites variations de pression de l’air causées par l’ouverture d’une porte ou d’une fenêtre. Si vous activez ce détecteur lorsque vous êtes à la maison, vous serez immédiatement averti si un intrus tente de forcer une ouverture. Bien entendu, ce capteur volumétrique peut également être utilisé pour la commande d’un éclairage. Pour ceux qui suivent le cours d’électronique, nous avons là une application typique des amplificateurs opérationnels.





Il est de plus en plus fréquent de voir des maisons cambriolées, en plein jour, alors que les propriétaires sont présents !

En fait, tous les cambrioleurs, savent que les alarmes classiques, y compris celles équipées de radars hyperfréquence ou de détecteurs infrarouges, ne peuvent être activées lorsqu’un membre de la famille est à la maison, car à chacun de ses mouvements, la centrale serait déclenchée.

En installant le capteur volumétrique proposé dans cette même habitation, cela permettra d’avoir une protection plus efficace et plus complète, car tous les membres de la famille pourront se déplacer normalement d’une pièce à l’autre, sans courir le risque de déclencher l’alarme.

Alors, comment faire pour protéger son rez-de-chaussée lorsqu’on est à l’étage ?

Après avoir installé ce capteur volumétrique et l’avoir mis en service, la seule action que vous ne pourrez plus faire, est d’ouvrir une porte ou une fenêtre dans la zone protégée, car le relais qui alimente la sirène serait immédiatement excité.

Signalons que ce capteur volumétrique peut être utilisé dans diverses applications, par exemple dans le cas d’un commerce, pour vous avertir lorsque vous êtes dans l’arrière boutique, si un client entre dans la boutique, etc.

Parlant d’un “capteur volumétrique”, certains penseront que le capteur que nous avons utilisé est un capteur de pression atmosphérique.

Au lieu de cela, en regardant le schéma électrique, vous serez surpris en constatant que nous avons utilisé un simple microphone électret pour remplir cette fonction.

Toutefois, contrairement à ce que l’on pourrait imaginer, dans ce circuit, il ne capte pas les sons mais il détecte les brusques variations de la pression atmosphérique à l’intérieur d’un local.







Le schéma électrique

L’électronique, toujours en constante évolution, ne cesse de nous étonner.

Si vous avez du mal à imaginer que le microphone utilisé dans cette application comme capteur volumétrique demeure insensible à toutes les vibrations acoustiques pour ne détecter que les variations de la pression atmosphérique, réalisez ce montage et vous serez alors bien obligé d’y croire !

Passons au dessin du schéma de la figure 4 et commençons la description à partir du microphone en question, visible en bas à gauche.

Comme ce modèle est préamplifié, pour fonctionner, il faut appliquer sur sa patte “+”, une tension positive de 2,5 volts, que nous prélevons sur la résistance R3.

En présence d’une variation de pression imprévue, on constate une variation de tension à très basse fréquence (comprise entre 0,7 et 4 Hz) que nous amplifions 1,5 fois, grâce à l’étage composé de IC1-B.

Cet étage joue également le rôle de filtre passe-bas, avec une fréquence de coupure inférieure d’environ 4 hertz.

Le signal, légèrement amplifié et filtré convenablement avec l’amplificateur opérationnel IC1-B, est de nouveau amplifié d’environ 45 fois par le second amplificateur opérationnel IC1-D.

En présence d’une variation de pression imprévue, on constate une variation de tension à très basse fréquence (comprise entre 0,7 et 4 Hz) que nous amplifions 1,5 fois, grâce à l’étage composé de IC1-B.

Dans ce circuit, les deux amplificateurs opérationnels IC1-A et IC1-B sont utilisés comme comparateurs à fenêtre, en mesure de générer une impulsion négative chaque fois que le microphone détecte une variation de pression.

Cette impulsion est ensuite appliquée sur les pattes 2 des deux circuits intégrés IC4 et IC5, qui sont tous deux des NE555.

Le trimmer R17, inséré sur les deux entrées des amplificateurs opérationnels IC2-A et IC2-B servent pour régler la sensibilité du capteur. Ainsi, une fois le montage installé, vous devrez, tourner le curseur de R17 de manière à ce que le relais soit excité, dès l’ouverture d’une porte ou d’une fenêtre.

L’autre trimmer R24, que nous trouvons entre les pattes 6 et 7 du circuit IC4, sert pour déterminer le temps durant lequel le relais demeure excité.

En tournant le curseur du trimmer R24 de manière à court-circuiter totalement sa résistance, le relais reste excité durant environ 10 secondes.

Si le curseur du trimmer R24 est tourné de façon à insérer toute sa résistance, le relais reste activé durant environ 60 secondes.

Le second circuit intégré NE555, référencé IC5, est utilisé pour obtenir une excitation retardée du relais, si le cavalier J1 est en place entre l’émetteur de TR1 et la patte 3 d’IC5 (voir figure 4).

Si le cavalier J1 est placé entre l’émetteur de TR1 et la masse, on obtient une excitation immédiate du relais.

Cette action retardée est utile pour pouvoir entrer à la maison et avoir ainsi le temps nécessaire pour déconnecter l’alimentation de l’alarme avant que la sirène n’entre en action.

Dans ce circuit, on trouve aussi, un reset automatique temporisé qui sert pour sortir de la maison et fermer la porte d’entrée après avoir alimenté l’alarme.

Ce reset temporisé est obtenu grâce à l’amplificateur opérationnel IC1-C.

En utilisant pour R9 une résistance de 470 kilohms et pour C8 un condensateur électrolytique de 47 microfarads, l’alarme devient opérationnelle après un délai d’environ 15 secondes, à partir de sa mise sous tension.

Si on souhaite augmenter ce retard, il suffit d’utiliser pour C8, un condensateur de 100 microfarads. A l’inverse, si on souhaite le réduire, une valeur de 22 microfarads peut suffire.

Le dernier amplificateur opérationnel présent dans le circuit, IC1-A, que nous n’avons pas encore mentionné, est utilisé pour diviser en deux la tension d’alimentation de 5 volts nécessaire pour alimenter le microphone, disponible sur la patte 13 de IC1-C et sur la patte 10 de IC1-D.

Il semble superflu de préciser que le régulateur 78L05 permet de fournir une tension de 5 volts parfaitement stabilisée à partir d’une tension de 12 volts.



Figure 1 : Brochages des circuits intégrés LM358, LM324 et NE555 vus de dessus avec leur repère-détrompeur placé vers la gauche. Le brochage du circuit intégré régulateur MC78L05 et du transistor NPN BC547 sont vus de dessous.



Figure 2 : Comme on peut le voir dans le schéma électrique, comme capteur, nous avons utilisé une petite capsule microphonique préamplifiée. Il ne faut pas intervertir les deux pattes “M” et “+”.

Rappelons que la patte “M” est reliée à l’enveloppe métallique du microphone.



Figure 3 : Une fois installé, ce capteur volumétrique, vous permet de vous déplacer à votre guise à l’intérieur de votre appartement, sans déclencher l’alarme. C’est seulement lors de l’ouverture d’une porte ou d’une fenêtre que l’alarme est immédiatement déclenchée.



Figure 4 : Schéma électrique du capteur volumétrique. Le trimmer R17 placé entre les deux amplificateurs opérationnels IC2-A et IC2-B, sert à modifier la sensibilité du détecteur, le trimmer R24, appliqué sur IC4, sert, quant à lui, à modifier la durée de fonctionnement de l’alarme. Si vous placez le cavalier sur J1 à gauche, vous obtenez une action retardée du relais, si vous le placez à droite, l’action est immédiate.



Figure 5 : Les petites lumières, visibles sur la face avant du coffret, servent à laisser passer toutes les variations de pression de l’air vers le microphone.



Figure 6a : Schéma d’implantation des composants du capteur volumétrique.

Lorsque vous raccorderez les deux fils des LED DL1 et DL2, rappelez-vous que la patte la plus courte est la cathode et la plus longue l’anode (voir figure 4).

Lorsque vous souderez la capsule microphonique, la patte “M”, qui est celle de masse, est reliée sur le point placé à droite, la patte “+” sur celui placé à gauche. Si le cavalier n’est pas en place sur J1 (voir figure 9), le relais ne peut pas être activé.




Figure 6b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du capteur volumétrique. Côté composants.



Figure 6c : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du capteur volumétrique. Côté soudures. Si vous réalisez vous-même ce circuit double face, n’oubliez pas toutes les liaisons indispensables entre les deux côtés. Le circuit professionnel est à trous métallisés et il est sérigraphié.



Liste des composants

R1 = 10 kΩ

R2 = 10 kΩ

R3 = 3,3 kΩ

R4 = 330 kΩ

R5 = 470 kΩ

R6 = 47 kΩ

R7 = 330 kΩ

R8 = 27 kΩ

R9 = 470 kΩ

R10 = 10 kΩ

R11 = 2,2 MΩ

R12 = 22 kΩ

R13 = 1 MΩ

R14 = 10 kΩ

R15 = 10 kΩ

R16 = 18 kΩ

R17 = 10 kΩ trimmer

R18 = 330 Ω

R19 = 18 kΩ

R20 = 2,2 MΩ

R21 = 2,2 MΩ

R22 = 10 kΩ

R23 = 100 kΩ

R24 = 500 kΩ trimmer

R25 = 470 Ω

R26 = 470 kΩ

R27 = 10 kΩ

R28 = 10 kΩ

R29 = 1 kΩ

C1 = 10 μF électrolytique

C2 = 100 μF électrolytique

C3 = 100 nF polyester

C4 = 100 nF polyester

C5 = 100 μF électrolytique

C6 = 100 nF polyester

C7 = 100 nF polyester

C8 = 47 μF électrolytique

C9 = 10 μF électrolytique

C10 = 100 nF polyester

C11 = 33 nF polyester

C12 = 100 nF polyester

C13 = 100 nF polyester

C14 = 100 nF polyester

C15 = 4,7 μF électrolytique

C16 = 100 μF électrolytique

C17 = 10 nF polyester

C18 = 100 nF polyester

C19 = 100 μF électrolytique

C20 = 100 nF polyester

C21 = 22 μF électrolytique

C22 = 10 nF polyester

DS1 = Diode 1N4148

DS2 = Diode 1N4148

DS3 = Diode 1N4148

DS4 = Diode 1N4148

DS5 = Diode 1N4007

DS6 = Diode 1N4007

DL1 = LED rouge 3 mm

DL2 = LED rouge 3 mm

TR1 = NPN tipo BC.547

IC1 = Intégré LM324

IC2 = Intégré LM358

IC3 = Régulateur MC78L05

IC4 = Intégré NE555

IC5 = Intégré NE555

J1 = Cavalier

RELAIS1 = Relais 12 V 1 RT pour ci

MICRO = Electret amplifié



Divers :

1 Boîtier

2 Portes LED 3 mm

1 Bornier 3 pôles

1 Bornier 2 pôles





Figure 7 : Photo du circuit imprimé avec tous les composants en place.



Figure 8 : Après avoir fixé le circuit imprimé à l’intérieur de son coffret en plastique, sur la face avant, vissez les deux supports métalliques des deux LED DL1 et DL2.



Figure 9 : Si vous placez le cavalier sur les deux broches de J1 placées en haut, vous obtenez une action immédiate du relais. Si, par contre, le cavalier est placé en bas, l’action est retardée.



La réalisation pratique

Tous les composants nécessaires pour réaliser ce capteur volumétrique prennent place sur un circuit imprimé double face, visible figures 6b et 6c.

La figure 6a donne le schéma d’implantation.

Vous pouvez commencer le montage d’abord en plaçant les quatre supports des circuits intégrés IC1, IC2, IC3 et IC4.

Poursuivez ensuite par la mise en place des diodes au silicium (DS1, DS2, DS3 et DS4) en orientant leur bague-détrompeur en vous aidant de la figure 6.

Placez ensuite les diodes en boîtier plastique (DS5 et DS6) en orientant leur bague-détrompeur toujours en vous aidant de la figure 6.

Insérez toutes les résistances, puis le trimmer R17 marqué “103” sur son corps et le trimmer R24 marqué “504”.

Mettez en place tous les condensateurs polyester, puis tous les électrolytiques en respectant la polarité +/– de leurs pattes.

Placez à présent le transistor TR1 en orientant la partie plate de son corps vers C17 et R27 puis le régulateur 78L05, IC3, en orientant la partie plate de son corps vers le relais.

Vous pouvez mettre en place le petit connecteur J1, près de TR1, le relais et le microphone.

Pour pouvoir distinguer le pôle positif du pôle négatif, sur la capsule microphonique, il faut regarder attentivement les deux pistes en demi-lune visibles sur la partie arrière de son corps.

Le pôle de masse (–), est immédiatement identifié du fait qu’il est relié à l’enveloppe du microphone par une fine piste métallique. Le pôle positif (+), quant à lui, est parfaitement isolé de l’enveloppe externe.

Pour compléter le montage, vous pouvez insérer dans leurs supports, les quatre circuits intégrés en faisant attention de placer convenablement leur repère-détrompeur en forme de “U”, comme il apparaît clairement sur la figure 6.

Soudez ensuite les fils des diodes LED qui devront être assez longs pour atteindre la face avant du boîtier.



Le montage dans le boîtier

Le circuit imprimé est fixé à l’aide de 4 vis autotaraudeuses à l’intérieur du coffret plastique (voir figure 8) en plaçant la capsule microphonique, en regard des lumières de la face avant.

Sur la face arrière, deux trous sont prévus pour faire sortir les fils de l’alimentation 12 volts et ceux des contacts du relais. Ces fils proviennent de deux borniers.

Comme vous pouvez le voir sur le schéma électrique de la figure 1, lorsque le relais est au repos, les contacts 1 et 2 sont fermés (NF), lorsque le relais est excité, se sont les contacts 1 et 3 qui sont fermés.



Figure 10 : La sirène d’alarme (visible sur la photo du début de l’article) est reliée sur les contacts de sorties 1 et 3 du relais (voir figure 6).



Figure 11 : En enlevant le couvercle de cette sirène, vous trouvez à l’intérieur, un bornier à 5 plots. Si vous laissez déconnectés les plots 1, 2 et 3, vous obtenez un son continu.



Figure 12 : Si, à l’aide d’un petit morceau de fil de cuivre, vous reliez les plots 1 et 2 comme sur le dessin, vous obtenez un son impulsionnel.



Figure 13 : Si vous reliez les plots 1 et 3, le son généré par la sirène est un son bitonal.



Le réglage du circuit

Lorsque le coffret est encore ouvert, insérez le cavalier sur le connecteur J1.

Si le cavalier est placé sur les deux broches du haut, vous obtiendrez une action immédiate, s’il est placé sur les deux du bas, vous obtiendrez une action retardée (voir figure 9).

Pour les essais, il vaut mieux choisir une action immédiate, afin de ne pas avoir à attendre plusieurs secondes avant que le circuit ne soit opérationnel.

Après avoir placé à mi-course le curseur du trimmer R17, placez le coffret dans une partie quelconque d’une pièce, puis attendez que la LED DL1 du reset automatique soit allumée pour confirmer que le circuit est opérationnel.

A présent, essayez d’ouvrir une porte ou une fenêtre et immédiatement, la seconde LED DL2 s’allume est demeure allumée tout le temps de collage du relais.

En tournant d’une extrémité à l’autre le curseur du trimmer R17, vous pouvez modifier la sensibilité.

Après avoir constaté que le circuit fonctionne parfaitement, vous pouvez déplacer le cavalier du connecteur J1 afin de placer celui-ci sur la position retardée si tel est votre désir.

Rappelons que, dans cette situation, il faut attendre environ 10 secondes avant que le relais ne soit excité après une détection d’effraction consécutive à l’ouverture d’une issue.

Comme nous l’avons déjà dit plus haut, le réglage du trimmer R24 permet de déterminer la durée d’activation du relais.



Une sirène sur les contacts du relais

Si vous désirez utiliser ce capteur volumétrique comme alarme, sur la sortie du relais, il faut relier une sirène.

Pour un usage domestique, nous vous conseillons la petite mais très puissante sirène visible à la figure 10. Elle est alimentée par une tension de 12 volts et elle est en mesure de produire un son de 115 dB.

En ouvrant le couvercle postérieur de cette sirène, vous trouvez un bornier à vis à 5 plots.

Les deux premiers, placés à gauche servent à l’alimentation 12 volts (voir figure 11).

Les trois autres plots, placés à droite sont utilisés pour modifier le type de son émis.

Si les trois plots sont laissés libres (voir figure 11), le son obtenu est continu, si un pont relie le plot 1 et le plot 2 (voir figure 12), le son obtenu est impulsionnel.

Si la liaison est placée entre le plot 1 et le plot 3 (voir figure 13), le son obtenu est bitonal.

Un simple test permet de définir lequel des 3 sons on souhaite faire produire à cette sirène.

2 commentaires:

  1. Bonjour, j'ai réalisé le montage, il fonctionne mais le souci c'est au moment ou je l'alimente en 12 volt, ben le relais s'excite bien avant que la led du reset automatique soit allumé puis une fois que le relais se mette au repos ben le circuit fonctionne normalement, je ne sais pas d'ou peut venir le problème, merci d'avance de m'aider :)

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  2. J’ai rajouté un temporisateur afin de retarder l’allumage de 1’45'’avec un NE555.

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