Une radiocommande “rolling code” à clavier

Cet appareil est un émetteur pour commande à distance travaillant sur 433,92 MHz et codée selon le système de haute sécurité Microchip HCS300, la caractéristique du dispositif est que seule une personne connaissant le code d’accès peut envoyer la commande au récepteur.
Idéal pour contrôler les installations d’alarme de l’extérieur sans fil.


Un système à radiocommande est toujours constitué de deux unités au moins : une unité émettrice et une unité réceptrice. La première dispose d’un nombre d’entrées égal au nombre d’utilisateurs (de charges) que l’on veut commander avec le récepteur. Les entrées de l’émetteur peuvent être des signaux logiques de différentes natures ou bien, dans le cas d’une télécommande portative, les contacts de simples poussoirs. Un système de ce type implique une utilisation personnelle de la télécommande à poussoirs, représentant elle-même la clé d’accès au système : chaque personne doit disposer de sa propre télécommande.
Pour certaines applications, il peut en revanche être intéressant de disposer d’une commande localisée (installée en permanence dans le même lieu). Dans ce cas, nous devons ajouter à la radiocommande un autre circuit afin de rendre le dispositif utilisable seulement à des personnes déterminées.
Pour ce faire, on peut mettre en oeuvre beaucoup de systèmes parmi lesquels le plus simple est de toute évidence de taper un mot de passe (“password”) sur un clavier.

Notre réalisation
C’est précisément la solution que nous avons adoptée pour réaliser le montage proposé dans cet article. Il s’agit d’une radiocommande à deux vrais canaux dont les entrées sont constituées, à la place des deux poussoirs, d’un clavier à matrice. Notre appareil utilise la radiocommande TXMINIRR2 proposée dans l'article : "Une télécommande 2 canaux à rolling-code" : il s’agissait d’un système de radiocommande à deux canaux constitué d’une télécommande à poussoirs (la TXMINIRR2 précisément) et d’un récepteur avec sortie relais. La télécommande à clavier du présent article peut donc être utilisée couplée à la télécommande à poussoirs de l’autre article ou bien en substitution quand on n’a besoin que du radio contrôle local et non mobile.
En tapant le mot de passe à 5 chiffres et en pressant la touche A, nous obtenons le même effet qu’en pressant le poussoir 1 de la télécommande portative. En tapant ce même mot de passe et en appuyant sur la touche B, nous faisons comme en pressant le poussoir 2 de la TXMINIRR2.
Le codage utilisé par la radiocommande à clavier est bien sûr le même que celui installé dans le système TXMINIRR2 de l’article FT307. Ce codage, nommé KeeLoq, est caractérisé par le fait qu’il produit un code différent à chaque émission (“rolling-code”) : le degré de sécurité de la commande est donc très élevé et pratiquement non copiable.
Pour gérer cette fonction, nous avons mis en oeuvre dans ce montage un codeur KeeLoq, soit le circuit intégré HCS300 déjà programmé en usine. La gestion des diverses fonctions logiques (contrôle du HCS300 et du clavier à membrane) est confiée à un petit microcontrôleur Microchip à 8 broches, le PIC12CE674 déjà programmé en usine, auquel revient également la tâche de mémoriser de manière non volatile (EEPROM) le mot de passe.
La section radio est composée d’un module hybride émetteur AUREL TX433SAW, avec son résonateur SAW sur 433,92 MHz, capable de fournir une puissance de 50 mW sur une charge (antenne) de 50 ohms d’impédance, ce qui, couplé avec le récepteur FT307, garantit une couverture de plus de 300 mètres en l’absence d’obstacle.
La broche d’entrée des données du module hybride est modulée en amplitude (AM) par le signal numérique (DATA OUT) du codeur HCS300.
Le circuit prévoit un buzzer relié à la sortie LED du HCS300 (nommée ainsi car elle est en principe destinée à l’allumage d’une LED dans les télécommandes portatives). Le buzzer sonne chaque fois que le mot de passe est tapé correctement et donc chaque fois qu’une émission radio se produit. Nous n’avons pas voulu donner une confirmation acoustique à chaque pression d’une touche mais seulement à la fin d’une séquence correcte car les touches sont déjà dotées d’une rétroaction tactile. Le clavier à membrane utilisé est assez robuste et ses symboles sont transparents, ce qui permet, la nuit, de les voir par rétro-éclairage en jaune confiée à 4 LED.
La section d’alimentation prévoit une diode de protection contre une inversion inopinée de polarité, un premier régulateur 78L08 avec, en aval, le buzzer, les 4 LED et un 78L05 fournissant 5 V régulés aux deux circuits intégrés et au module hybride émetteur HF. Toute la platine est alimentée par une tension continue de 12 V pour une consommation maximale (en émission) de 50 mA.

Figure 1 : Schéma électrique de la radiocommande à clavier.

Figure 2a : Le clavier. Il est du type à membrane avec rétroaction tactile des touches (le polycarbonate est légèrement en relief sur chaque touche). Les connexions sont à matrice : chaque touche pressée fait contact entre le conducteur d’une ligne et celui d’une colonne (la nôtre est une 4 lignes et 3 colonnes pour 12 touches).

Figure 2b : Les LED. La base du clavier est en plexiglas et le polycarbonate au niveau des 12 touches est transparent : avec 4 LED jaunes placées derrière le clavier, nous avons réalisé une rétro-éclairage.

Figure 3a : Schéma d’implantation des composants de la radiocommande à clavier.

Figure 3b : Photo de l’un des prototypes de la radiocommande à clavier.

Figure 3c : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de la radiocommande à clavier.

Liste des composants
R1 = 2,2 kΩ
R2 = 100 Ω
R3 = 1,5 kΩ
R4 = 3,9 kΩ
R5 = 4,7 kΩ
R6 = 1 kΩ
R7 = 330 Ω
C1 = 10 μF 63 V électrolytique
C2 = 4,7 μF 63 V électrolytique
C3 = 100 nF multicouche
C4 = 100 nF 63 V polyester
C5 = 100 nF multicouche
D1 = 1N4007
U1 = 78L08
U2 = 78L05
U3 = PIC12CE674-MF458 déjà programmé en usine
U4 = HCS300 déjà programmé en usine
U5 = Module AUREL TX433SAW
T1 = PNP BC557
LD1 = LED jaune rectangulaire
LD2 = LED jaune rectangulaire
LD3 = LED jaune rectangulaire
LD4 = LED jaune rectangulaire
BZ1 = Buzzer 12 V avec électronique
KEY = Clavier à matrice 12 touches

Divers :
2 Supports 2 x 4 broches
1 Barrette tulipe mâle 7 pôles à 90°


La réalisation pratique
Le montage est extrêmement simple et compact. Quand vous vous êtes procuré le circuit imprimé, dont la figure 3c donne le dessin à l’échelle 1, ou que vous l’avez réalisé, montez tout d’abord les deux supports des circuits intégrés 2 x 4 broches, en prenant bien garde de ne faire aucun court-circuit entre pistes et pastilles, ni soudure froide collée (vérifiez cela avec une pointe sèche à la main, ne serait-ce que pour enlever l’excès de fl ux, ce travail vous révélera peut-être un pont de tinol inopiné). Vous insérerez les circuits intégrés eux-mêmes après avoir effectué la dernière soudure de la platine et les avoir toutes vérifiées.
Montez toutes les résistances et la diode (bague repère-détrompeur vers C5), puis tous les condensateurs, en respectant bien la polarité des deux électrolytiques (patte la plus longue, soit le +, vers le bas de la platine maintenue comme sur les figures 3 a et b).
Montez les deux circuits intégrés régulateurs (même boîtier que le transistor), sans les confondre et sans les intervertir, avec leurs méplats tête-bêche (figure 3a), puisque l’entrée de U2 est reliée à la sortie de U1 et que la patte centrale est la masse : pour cela ne regardez pas trop la photo du prototype, figure 3b, car le circuit imprimé a été ultérieurement modifié à cet endroit, fiez-vous donc au schéma d’implantation des composants et au dessin du circuit imprimé.
Montez le transistor, méplat repère-détrompeur vers le bas, sans raccourcir préalablement ses pattes, le buzzer, en respectant, là encore, la polarité et le module hybride émetteur couché, composants vers le haut, après avoir replié à 90° ses 7 pattes (maintenez-le à 2 mm environ de la surface du circuit imprimé).
Soudez, dans le trou “AERIAL” (antenne), un morceau de fil de cuivre isolé de 17 cm de longueur (1/4 d’onde à cette fréquence) et dans les trous + et – en haut à droite les deux fils d’alimentation (ils sortiront par l’arrière du boîtier plastique).
C’est tout pour cette face. Vous pouvez retourner la platine.
Soudez, à gauche du circuit imprimé, une barrette tulipe coudée à 90° à 7 pôles, directement côté soudures (coudes tournés vers l’intérieur de la platine) : elle va servir à enfiler le connecteur de la nappe de liaison au clavier matriciel (figure 2b).
Toujours côté soudures, insérez et soudez les 4 LED de rétro-éclairage (respectez bien la polarité de leurs pattes en notant qu’elles sont en série) : faites en sorte qu’elles dépassent alternativement de 10 et 20 mm et repliez-les vers la surface du circuit imprimé dont vous les tiendrez écartées de deux millimètres environ. Comme le montre la figure 2b, la nappe doit passer sous les LED afin de permettre le rétro-éclairage des touches transparentes du clavier. Cela fait, insérez le connecteur de la nappe dans la barrette tulipe coudée à 7 pôles.
Retournez à nouveau la platine et insérez les deux circuits intégrés, sans les intervertir et repère-détrompeurs dans le bon sens (figure 3a).

L’installation dans le boîtier et les essais
Installez la platine et le clavier (reliés par la nappe) dans le boîtier plastique ad hoc et vissez le clavier servant de face avant. Alimentez le circuit avec une tension continue stabilisée de 12 V et tenez en même temps pressée la touche 5. Attendez quelques secondes, relâchez la pression et tapez une séquence de 5 chiffres de votre choix, de 0 à 9 : le code est mémorisé dans l’EEPROM du microcontrôleur. Répétez cette opération chaque fois que vous désirez modifier le code d’accès. Pour vérifier le fonctionnement, tapez le mot de passe suivi d’une pression de la touche A ou B : le buzzer doit sonner pendant quelques secondes.
Installez le boîtier plastique au mur en le fixant par l’intermédiaire de deux tasseaux et en laissant sortir les fils d’alimentation par l’arrière du boîtier. Reliez les fils à l’alimentation secteur 230 V/12 V continus régulés utilisée. Si vous devez placer l’appareil à l’extérieur, évitez qu’il ne soit directement exposé aux intempéries.

Figure 4 : La radiocommande à clavier.

Cette radiocommande à clavier peut être associée au fonctionnement de la télécommande (mobile) TXMINIRR2 proposée dans l'article : "Une télécommande 2 canaux à rolling-code". Les deux dispositifs utilisent un codeur Kee-Loq Microchip de la famille HCS et sont caractérisés par un code constructeur (“Manufacturer Code”) identique.
Nous avons respecté l’association suivante : la touche 1 de la télécommande (côté LED) correspond à la touche A de la radiocommande à clavier et la touche 2 de la télécommande (côté opposé à la LED) correspond à la touche B.

Figure 5 : Le récepteur.

La radiocommande à clavier ne peut être couplée qu’à un récepteur “rolling code”, caractérisé par le même type de code constructeur : par exemple, le récepteur à deux canaux de l'article : "Une télécommande 2 canaux à rolling-code", ou bien l’antivol 2 zones proposé dans l'article : "Comment installer son système d’alarme domestique modulaire 2 zones". Etant donné que chaque HCS300 monté sur la radiocommande à clavier est caractérisé, outre le code constructeur (fixe), par un numéro de série (univoque, différent pour chaque exemplaire de HCS300), pour obtenir un couplage entre TX et RX, il faut exécuter une procédure d’auto-apprentissage du numéro de série sur le récepteur.
Voyons, par exemple, comment coupler notre radiocommande à clavier avec le récepteur FT307 :
- Fermer J1 et alimenter le récepteur : la LED rouge doit s’allumer fixe, attendre environ 8 secondes, tous les codes mémorisés sont effacés.
- Alimenter le récepteur et fermer J1 brièvement : la LED rouge clignote, taper le code à 5 chiffres sur le clavier de la radiocommande et presser la touche A, la LED du récepteur doit clignoter pour indiquer l’acquisition du code, couper l’alimentation du récepteur.
- Répéter l’opération précédente mais pressez cette fois la touche B.

Figure 6 : Le codage KeeLoq.

Inventé et breveté par Microchip, il permet de réaliser des contrôles à distance unidirectionnels dont le code varie à chaque émission : n’étant pas répétitif, le code n’est pratiquement pas copiable (enregistrer le code envoyé par notre dispositif et le reproduire n’a aucun effet sur le récepteur car chaque code produit par le système KeeLoq saute à un autre automatiquement après avoir été envoyé). Chaque circuit intégré KeeLoq réclame, avant de pouvoir être utilisé, deux paramètres : le code constructeur et le numéro de série. Typiquement (et c’est le cas pour notre application), chaque codeur KeeLoq est programmé avec un code constructeur (fixe) alors que le numéro de série est trouvé par procédure d’auto-apprentissage.

Figure 7 : Augmenter le degré de sécurité.

Après avoir essayé la radiocommande à clavier et avant de procéder à l’installation, il est conseillé de coller, avec un peu de résine époxy bicomposant “rapide”, les deux circuits intégrés et, si vous voulez placer la radiocommande à l’extérieur, vaporiser une couche de vernis isolant sur la platine. La résine rend cette platine impossible à saboter : il devient en effet impossible à quiconque de provoquer l’émission d’un “rolling code”. Le film isolant transparent protège, quant à lui, la platine, au fil des années, de l’agression des agents atmosphériques, parmi lesquels l’humidité.

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