Une télécommande intelligente par courant porteur "Première partie"

Cette télécommande par courant porteur peut allumer ou éteindre à distance un appareil de climatisation ou de chauffage, un antivol, etc., ou alors nous informer qu’une personne à l’étage a besoin de nous. A la différence des autres types de télécommande, celle-ci nous confirme, par l’allumage d’une LED, que le relais du récepteur a bien été excité.


Beaucoup d’entre vous le savent déjà, un circuit par courant porteur utilise les fils de l’installation électrique pour transférer un signal HF produit par un émetteur et, par conséquent, il suffit d’insérer la fiche secteur de l’émetteur (TX) et celle du récepteur (RX) dans des prises de courant pour établir une liaison à distance sans avoir à tirer un câble.
Les liaisons par courant porteur ont un seul inconvénient : la ligne électrique reliant TX et RX doit partir du même compteur électrique.
Par conséquent, si les fils alimentant la maison, le garage, la cave ou la mansarde aboutissent au même compteur, il sera possible de couvrir une distance de 100 ou 150 mètres, mais si les fils où l’on branche le TX et ceux où l’on branche le RX proviennent de deux compteurs différents, la liaison n’aura pas lieu, même si la distance à couvrir n’est que de 2 mètres. En effet les compteurs contiennent des selfs empêchant le passage de la HF.

Notre montage
A la différence des autres circuits par courant porteur, celui que nous vous proposons aujourd’hui de monter présente deux avantages : le premier est qu’il indique immédiatement si le relais du récepteur a été dûment excité ou pas.
En effet, si la LED verte de l’émetteur s’allume, nous avons la certitude que le relais situé dans le récepteur est excité.
Dans le cas contraire (le relais est resté relaxé), c’est la LED rouge qui s’allume.
Le second avantage consiste dans l’utilisation de signaux codés, par conséquent, même s’il y a des parasites sur la ligne, le récepteur les ignore.
Si vous vous demandez à quoi peut bien servir un appareil de télécommande confirmant la réception et l’exécution de l’ordre reçu, voici quelques exemples.
Prenons un bijoutier-joailler : en cas de vol, il lui suffira de presser le poussoir ON pour avertir la personne se trouvant dans l’arrière-boutique, ou dans la maison. Que se passera-t-il ? N’ayant actionné aucune alarme acoustique mettant le voleur sur le qui vive, la personne se trouvant dans l’arrière-boutique ou dans l’appartement du dessus aura tout le loisir d’appeler la police, laquelle pourra venir cueillir le “client” indélicat à la sortie. Autre exemple, toujours dans le domaine commercial, cette télécommande pourrait servir à mettre en marche une télécaméra au moment précis où on en a besoin.
Cette télécommande peut être utile encore pour une personne handicapée ou devant garder la chambre : elle pourra appeler la personne qui l’assiste, mais qui se tient dans une autre pièce ou à un autre étage, en étant certaine que son appel a été entendu (confirmation par la LED verte).
Une autre application pourrait consister à allumer ou éteindre directement de chez soi une pompe, un arrosage automatique ou un appareil de chauffage ou de climatisation. En pressant le poussoir ON, l’allumage de la LED verte nous indique que le relais est excité et que donc l’appareil à commander s’est mis en marche. Pour relaxer le relais et donc arrêter l’appareil à commander, il suffit de presser le poussoir OFF : aussitôt la LED rouge confirme, en s’allumant, l’exécution de l’ordre.
Nous pourrions donner encore bien des exemples, mais gageons que, si vous réalisez ce montage, vous savez déjà quel profit vous aller pouvoir en tirer. Alors, nous vous faisons confiance et il ne nous reste plus qu’à analyser le système.

Figure 1 : Sur cette photo, vous pouvez voir la platine de l’émetteur déjà fixée à l’intérieur de son boîtier ouvert. Remarquez également la face avant avec ses deux poussoirs ON et OFF et les LED rouge et verte de contrôle (voir également la photo de début d’article).

La clé de reconnaissance
Avant de passer au schéma électrique de l’émetteur et du récepteur, nous devons expliquer comment procéder pour coder et décoder le signal parcourant les fils du secteur 230 V, de manière à obtenir une clé électronique fiable.
Pour obtenir cette clé électronique, nous avons utilisé deux circuits intégrés Holtek : le HT6014 et le HT6034.
La figure 2 donne l’organigramme du HT6014, utilisé dans notre montage comme codeur et la figure 4 celui du HT6034, utilisé comme décodeur (nous les avons déjà utilisés tous deux avec la même fonction dans l’article “Une radiocommande de puissance sur 433 MHz”, paru dans le numéro 21 d’ELM, page 30 à page 46).
Comme le montre la figure 2, on a appliqué un micro-interrupteur sur les broches 1 à 8 du codeur HT6014 : il permet de connecter séparément ces 8 broches à la masse et au positif ou de les laisser déconnectées. Les broches restant déconnectées produisent une impulsion étroite et une large (figure 5).
Les broches connectées au positif produisent en sortie 2 impulsions étroites (figure 6). Les broches connectées à la masse produisent en sortie 2 impulsions larges (figure 7).
Nous vous rappelons que les 8 leviers des micro-interrupteurs de l’émetteur et ceux du récepteur doivent être placés dans la même position, sous peine de ne pas réussir à exciter le relais ! En effet, le code du TX est une clé et celui du RX est une serrure et donc le premier doit ouvrir le second.
Le code clé est complexe, car ces deux circuits intégrés sont utilisés dans beaucoup de systèmes antivols et beaucoup de télécommandes d’ouverture de portail.
Comme les figures 2 et 3 le montrent, 27 impulsions sortent de la broche 17 du codeur IC1. Les 7 premières impulsions, de couleur rouge, sont des impulsions de synchronisme.
Les 16 suivantes, de couleur bleue, sont le code clé. Enfin les 7 de couleur jaune sont celles des poussoirs P1 ON et P2 OFF.

L’émetteur (TX)
Le schéma électrique du TX est figure 12. Il est constitué de IC1, TR1 et TR2 (étage émetteur proprement dit) associé à un étage récepteur constitué de IC2, IC4-A, IC4-B, TR3, TR4 et TR5 et servant à allumer la LED DL1 ou DL2 quand le RX distant envoie la confirmation de l’ordre reçu d’exciter ou de relaxer le relais (ce qui suppose que le RX distant, dont le schéma électrique est figure 15, possède lui-même un étage émetteur lui permettant d’envoyer des confirmations : en fait, on a à faire à deux émetteurs-récepteurs, un TRX et un RTX).
Etant donné que le signal envoyé sur le secteur 230 V est codé, la première opération à effectuer est de coder les micro-interrupteurs de S1. A ce propos, nous vous conseillons de placer les 4 premiers leviers 1, 2, 3, 4 sur le “+”, de manière à obtenir 4 impulsions étroites et les 4 derniers 5, 6, 7, 8 sur le “–”, de manière à obtenir 4 impulsions larges (figure 3).
Encore une fois, le même code clé doit être paramétré sur les micro-interrupteurs de S1 du RX (figure 15).

Figure 2 : Schéma synoptique du circuit intégré HT6014, utilisé dans notre montage comme codeur. De la broche 17 sort un code clé composé de 27 impulsions (figure 3) que le décodeur (figure 4) reconnaît seulement si les micro-interrupteurs de S1 sont paramétrés comme ceux de l’émetteur.

Figure 3 : Parmi les 27 impulsions sortant du codeur (figure 2), les 7 premières, colorées en rouge, servent au synchronisme, les 16 de couleur bleue servent pour le code clé et les 4 dernières, les jaunes, servent pour faire reconnaître au décodeur lequel des deux poussoirs, P1 ou P2, a été pressé.

Figure 4 : Schéma synoptique du circuit intégré HT6034, utilisé comme décodeur. C’est seulement si les impulsions entrant dans la broche 14 ont le même code clé que celui paramétré avec S1 qu’il est possible d’exciter ou de relaxer le relais et ainsi d’allumer ou d’éteindre les deux LED ON et OFF.

Figure 5 : Les 8 micro-interrupteurs de S1 peuvent être placés sur “+”, “0” ou “–”. Si l’on place le levier sur “0”, on obtient une impulsion étroite et une large en sortie.

Figure 6 : Si l’on place les leviers numérotés de 1 à 8 sur “+”, on obtient 2 impulsions étroites en sortie. Figure 3, les leviers 1 à 4 sont sur “+”.

Figure 7 : Si l’on place les leviers numérotés de 1 à 8 sur “–”, on obtient en sortie 2 impulsions larges. Figure 3, les leviers 5 à 8 sont sur “–”.

Figure 8 : Même si les 8 leviers peuvent être placés de manière aléatoire, pour éviter toute erreur nous vous conseillons de placer 1, 2, 3, 4 sur “+” et 5, 6, 7, 8 sur “–”.

Figure 9 : Si l’on presse le poussoir P1 (ON), ses deux impulsions étroite et large (figure 3) se transformeront en deux impulsions larges.

Figure 10 : Si, en revanche, nous pressons le poussoir P2 (OFF), ce sont ses deux impulsions étroite et large qui se transformeront en deux impulsions larges.

Figure 11 : Photo d’un des prototypes de la platine de l’émetteur par courant porteur.
Les 4 premiers micro-interrupteurs de S1 sont sur “+” et les 4 derniers sur “–”. Le schéma électrique est figure 12 et le schéma d’implantation des composants figure 23.


Figure 12 : Schéma électrique de l’émetteur par courant porteur. L’étage situé en haut et constitué de S1, IC1, TR1, TR2, envoie dans le réseau électrique (le secteur 230 V) les impulsions codées (figures 3, 9 et 10). L’étage du bas, constitué de IC2, IC4, TR3, TR4, TR5, est l’étage récepteur prélevant sur le secteur 230 V les impulsions envoyées en retour (confirmation) par le récepteur (dont le schéma électrique est figure 15).

(Suite des figures est présenté dans la deuxième partie)

Figure 23a : Schéma d’implantation des composants de l’émetteur de télécommande par courant porteur. Quand le montage des composants est terminé, nous vous conseillons de placer les micro-interrupteurs de S1, ainsi, bien sûr, que ceux du récepteur (figure 24), comme suit : 1, 2, 3, 4 sur “+” (vers le haut) et 5, 6, 7, 8 sur “–” (vers le bas). Si les leviers des micro-interrupteurs de S1 du TX et du RX n’étaient pas placés de la même manière, vous ne pourriez pas exciter le relais.


Figure 23b : Dessins, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés de l'émetteur.

Liste des composants de l’émetteur
R1 = 4,7 MΩ
R2 = 10 kΩ
R3 = 10 kΩ
R4 = 100 kΩ
R5 = 33 kΩ
R6 = 10 kΩ
R7 = 47 Ω
R8 = 470 Ω
R9 = 330 kΩ
R10 = 10 kΩ
R11 = 10 kΩ
R12 = 10 kΩ
R13 = 100 kΩ
R14 = 2,2 MΩ
R15 = 39 kΩ
R16 = 39 kΩ
R17 = 10 kΩ
R18 = 100 kΩ
R19 = 150 kΩ
R20 = 1 kΩ
R21 = 820 Ω
R22 = 3,3 kΩ
R23 = 1 kΩ
C1 = 100 nF polyester
C2 = 47 μF électrolytique
C3 = 100 nF polyester
C4 = 100 nF polyester
C5 = 470 μF électrolytique
C6 = 100 nF polyester
C7 = 10 nF polyester
C8 = 150 pF céramique
C9 = 10 nF polyester
C10 = 1,5 nF polyester
C11 = 10 nF pol. 630 V
C12 = 100 nF polyester
C13 = 100 nF polyester
C14 = 1,5 nF polyester
C15 = 10 μF électrolytique
C16 = 1,5 nF polyester
C17 = 150 pF céramique
C18 = 100 pF céramique
C19 = 100 pF céramique
C20 = 330 pF céramique
JAF1 = Self 100 μH
MF1 = MF blanche
RS1 = Pont redres. 100 V 1 A
DS1 = Diode 1N4148
DS2 = Diode 1N4148
DS3 = Diode 1N4148
DS4 = Diode 1N4148
DS5 = Diode 1N4148
DS6 = Diode 1N4148
DL1 = LED verte 3 mm
DL2 = LED rouge 3 mm
TR1 = PNP BC557
TR2 = NPN BC547
TR3 = NPN BC547
TR4 = PNP BC557
TR5 = PNP BC557
IC1 = Intégré HT6014
IC2 = Intégré HT.6034
IC3 = Intégré MC78L12
IC4 = Intégré NE5532
T1 = Transfo. 3 W sec. 0-14-17 V 0,2 A
S1 = Dip-switchs 8 micro-inter. 3 pos.
P1 = Poussoir
P2 = Poussoir

Divers :
1 Bornier 2 pôles
1 Cordon secteur
1 Passe-fil
2 Supports pour LED 3 mm
1 Boîtier
1 Lot de visserie


Si aucun poussoir n’est pressé
Si on ne presse aucun des deux poussoirs P1 ON et P2 OFF du TX, celui-ci est en pause (aucun ordre envoyé au RX distant). Dans cette condition un niveau logique haut (1) est présent sur la broche 14 de IC1 (figure 12), c’est-à-dire une tension positive qui, bloquant la base du transistor PNP TR1, ne permet pas à son collecteur d’acheminer la tension continue qui devrait alimenter le transistor oscillateur TR2. Quand le TX est en pause, les impulsions du code clé ne sortent pas de la broche 17 de IC1.

Si nous pressons le poussoir P1 ON
Si nous pressons le poussoir P1 ON, nous excitons le relais du RX distant.
En effet, dès l’instant où nous le pressons, le niveau logique haut (1) de la broche 14 de IC1 se commute en niveau logique bas (0) et par conséquent cette broche est court-circuitée à la masse.
Comme la résistance de base du PNP TR1 est à la masse, ce dernier conduit et par conséquent une tension positive de 12 V est présente sur son collecteur : elle va alimenter le NPN TR2 oscillateur HF.
Nous utilisons pour cet oscillateur un transformateur MF de 455 kHz (MF1) avec en parallèle sur la self primaire un condensateur C10 de 1 500 pF, ce qui fait un accord sur environ 160 kHz. Par conséquent le signal HF produit par l’oscillateur aura cette fréquence.
Sur l’enroulement secondaire de MF1, on prélève ces 160 kHz et on les transfère sur le secteur 230 V à travers le condensateur C11 de 10 000 pF et la self JAF1 de 100 μH. La valeur de C11 et de JAF1 ont été choisies de manière à obtenir un accord approximatif sur la fréquence de 160 kHz. En effet, la formule simplifiée pour calculer les kilohertz de l’accord est la suivante :

kHz = 159 000 : (nF x μH)

Si nous insérons les valeurs du condensateur C11 et de la self JAF1 nous obtenons :
159 000 : (10 x 100) = 159 kHz

Mais comme les composants ont une certaine tolérance, ce filtre laissera passer toute la gamme de fréquences entre 157 et 161 kHz.
Si nous pressons le poussoir P1 ON, le code clé sort de la broche 17 de IC1 et va moduler le signal HF s’acheminant par le secteur 230 V.
Dès l’instant où la broche 14 de IC1 passe au niveau logique bas (0), la diode DS2 reliée à la broche 14 du second circuit intégré IC2 (le décodeur HT6034, voir figure 12) est court-circuitée à la masse. Si nous ne bloquions pas IC2 en court-circuitant à la masse sa broche 14 par DS2, le signal émis par le transistor oscillateur TR2 passerait directement sur le transistor TR3, puis sur les deux amplificateurs opérationnels IC4-B et IC4-A et entrerait sur la broche 14 de IC2.

Si nous relâchons la pression sur le poussoir P1 ON
Si nous relâchons la pression sur le poussoir P1 ON, le relais du RX distant reste excité. Dès que nous relâchons la pression, de nouveau la broche 14 de IC1 passe au niveau logique haut (1), c’est-à-dire à une tension positive, laquelle, bloquant la base du PNP TR1, empêchera l’alimentation du collecteur de TR2, nécessaire pour qu’il oscille. Dans cette condition, aucun signal de code clé (devant piloter la base du transistor oscillateur TR2) ne sortira de la broche 14 de IC1.
Etant donné qu’un niveau logique haut (1) est présent sur la broche 14 de IC1, c’est-à-dire une tension positive, la diode DS2 n’est plus en mesure de court-circuiter à la masse la broche 14 de IC2 et par conséquent le signal HF présent sur le secteur 230 V peut atteindre TR3, puis les deux amplificateurs opérationnels IC4-B et IC4-A et entrer par la broche 14 de IC2, le décodeur HT6034.
Quand aucun des deux poussoirs P1 ON ou P2 OFF du TX n’est pressé, seul fonctionne son étage récepteur (servant à recevoir la confirmation), constitué de TR3, IC4-B, IC4-A, IC2.
En réception, le signal de 160 kHz parcourant le secteur 230 V est prélevé par la self JAF1 et le condensateur C11 puis appliqué sur la secondaire de MF1 qui le transfère par induction sur le primaire.
Le condensateur C8, en série avec la résistance R8, prélève le signal sur l’enroulement primaire de MF1 et le transfère sur la base de TR3 lequel, dans ce circuit, n’est pas utilisé comme étage amplificateur mais comme étage adaptateur d’impédance.
Les deux diodes au silicium DS5 et DS6, placées en polarités opposées à l’entrée de TR3, jouent le rôle de limiteur de bruit. En effet, elles écrêtent tous les parasites produits sur le secteur 230 V par les tubes fluorescents, les moteurs électriques, les interrupteurs, etc.
Le signal présent dans l’émetteur de TR3 est prélevé par le condensateur C20 et appliqué à l’entrée inverseuse du premier amplificateur opérationnel IC4-B utilisé comme amplificateur et comme filtre passe-bande pour les 160 kHz.
Le second amplificateur opérationnel IC4-A a pour rôle d’éliminer la porteuse HF des 160 kHz : nous retrouvons donc sur sa broche de sortie 1 seulement le signal du code clé lequel, entrant par la broche 14 de IC2, allume la LED DL1 si le relais est excité, ou la LED DL2 si le relais est relaxé.

Si nous pressons le poussoir P2 OFF
Si nous pressons le poussoir P2 OFF, le relais du RX se relaxe. Quand nous le pressons, la broche 14 de IC1 passe au niveau logique bas (0) et court-circuite à la masse la résistance R3 de base du PNP TR1 : il entre en conduction et alimente ainsi avec une tension positive de 12 V le NPN TR2 (oscillateur HF).
Comme nous l’avons expliqué plus haut à propos de P1 ON, nous retrouvons sur l’enroulement primaire de MF1 un signal HF de 160 kHz.
Ce signal transféré par induction sur le secondaire de MF1, y est prélevé pour être envoyé sur le secteur 230 V à travers C11 et JAF1.
Si nous pressons le poussoir P2 OFF, nous prélevons en sortie de IC1 un code clé légèrement différent de celui fourni par le poussoir P1 ON (figures 9 et 10).

Si nous relâchons le poussoir P2 OFF
Si nous relâchons le poussoir P2 OFF, le relais reste relaxé. Dès qu’il est relâché, un niveau logique haut (1) réapparaît sur la broche 14, c’est-à-dire une tension positive laquelle, bloquant la base du PNP TR1, empêche son collecteur d’alimenter le transistor oscillateur TR2.
Bien sûr, aucun signal de code clé ne sort de la broche 17 de IC1 et, par conséquent, le relais demeure relaxé. Pour l’exciter de nouveau, il est nécessaire de presser le poussoir P1-ON.

Important : le poussoir P1 ou P2 doit être maintenu pressé quelques secondes, le temps que la LED DL1 ou DL2 de confirmation s’allume. En effet, si le signal capté par le RX était parasité, il pourrait ne pas être reconnu et par conséquent le RX pourrait demeurer en attente d’un deuxième voire d’un troisième train d’impulsions avant de décider que l’ordre reçu est valide et d’envoyer la confirmation.

Vue partielle sur le récepteur (description dans la 2ème partie).

A suivre...

2ème partie

0 commentaires:

Enregistrer un commentaire

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...