Un détecteur d’exposition à la lumière avec alarme

Ce montage sert principalement à éviter qu’une personne non habilitée n’ouvre une armoire, un tiroir ou un bac à dossiers pour s’en approprier le contenu, fut-ce de manière purement visuelle. Mais il peut être utilisé dans une foule d’autres applications : faire en sorte que la lumière ne puisse pas rester allumée dans une cave ou protéger un lieu devant demeurer dans l’obscurité, comme une cave à vins, une chambre noire, etc.


Cet appareil commence à émettre une note d’alarme dès qu’il “voit” de la lumière, son champ d’application est des plus vastes, tel quel ou modifié à votre guise et de plus il est d’un coût dérisoire : une photorésistance, un circuit intégré, un buzzer et c’est tout ! De petite taille, il peut tenir dans un sac (sa pile 6F22 de 9 V le rend autonome) afin d’éviter que celui-ci ne soit ouvert par un importun indélicat.
Il peut protéger aussi le coffre de la voiture. Ou éviter que le frigo ou la cave à vin ne reste légèrement entrouvert et que le contenu ne se gâte.

Figure 1 : Photo d’un des prototypes de la platine détecteur d’exposition à la lumière déjà installée dans son boîtier plastique. La minuscule photorésistance se trouve en haut à droite. La pile 6F22 de 9 V trouve son logement dans le boîtier sous le bord inférieur du circuit imprimé. Sur le côté, l’interrupteur S1 de M/A.

Figure 2 : Sous la platine de la figure 1, on a inséré dans le grand trou le buzzer de signalisation. Grâce à la porte à tirette du bas on peut accéder à la pile. L’autre demie coque (non visible ici) comporte le trou d’affleurement de la photorésistance et le passage pour le réglage de la sensibilité.

Le schéma électrique de ce détecteur d’exposition à la lumière
Si vous regardez le schéma électrique de la figure 3, vous voyez que le circuit ne se compose que d’une seule photorésistance FR1, d’un circuit intégré à 3 portes NOR IC1, d’un trimmer R2 servant à régler la sensibilité à la lumière et bien sûr d’un buzzer produisant la note d’alarme.
Vous le savez, une photorésistance est un composant dont la valeur ohmique varie selon l’intensité de la lumière qui éclaire sa surface sensible : par exemple, si sa valeur ohmique dans l’obscurité est d’environ 1 mégaohm, lorsque sa surface sensible est illuminée, sa valeur ohmique descendra au-dessous d’une dizaine d’ohms.
En mettant cette photorésistance en série avec R1 et avec le trimmer R2, nous pouvons prélever sur le point de jonction R1/R2 une tension de 0 V quand FR1 est dans le noir et une tension de plus de 6 V lorsque la surface sensible est illuminée. Cette valeur ohmique varie quand nous tournons le curseur de R2 (réglage de sensibilité).
Sur le point de jonction R1/R2, nous avons connecté les entrées du premier NOR IC1-A : la figure 4 donne la table de vérité de la porte logique NOR à 3 entrées (on la trouve aussi dans le Cours). On le voit, quand les entrées du NOR sont au niveau logique 0, soit quand elles ne reçoivent aucune tension, on trouve sur les broches de sortie un niveau logique 1, soit une tension positive. Quand sur une seule des 3 entrées se trouve un niveau logique 1, soit lorsque le circuit intégré reçoit une quelconque tension positive, nous trouvons sur sa broche de sortie un niveau logique 0, soit aucune tension. En fait la porte NOR IC1-A se comporte comme un inverseur qui, lorsque ses 3 entrées sont au niveau logique 0, met sa sortie au niveau logique 1. Quand en revanche sur une ou plusieurs de ses entrées se trouve un niveau logique 1, sa sortie prend le niveau logique 0.
Par conséquent, si la photorésistance reste dans le noir, il va de soi que sur la jonction R1/R2 nous avons un niveau de tension de 0 V et par conséquent à la sortie de IC1-A une tension positive. Dès que la photorésistance est éclairée, sur le point de jonction R1/R2 la tension devient positive, soit passe au niveau logique 1 qui entre sur les 3 entrées de IC1-A… et nous avons à sa sortie un niveau logique 0 (soit la sortie reliée à la masse, voir le Cours).
Passons maintenant au second étage de notre circuit, composé des deux autres NOR IC1-B et IC1-C pilotant le buzzer. Ces deux NOR constituent un oscillateur capable de produire une onde carrée de 3 000 Hz mais seulement quand les broches 1 et 2 d IC1-B sont au niveau logique 0.
Etant donné qu’actuellement les deux broches 1 et 2 sont forcées de garder le niveau logique 1 par la tension positive que R3 prélève sur la pile de 9 V, cet oscillateur demeure inactif.
Voyons de manière séquentielle comment fonctionne ce circuit.

Figure 3 : Schéma électrique du détecteur d’exposition à la lumière. Le trimmer R2 sert à régler la sensibilité de la photorésistance FR1.

Liste des composants
R1 = 1 kΩ
R2 = 2 MΩ trimmer
R3 = 100 kΩ
R4 = 1 MΩ
R5 = 10 kΩ
FR1 = Photorésistance
C1 = 100 nF polyester
C2 = 47 μF électrolytique
C3 = 10 nF polyester
DS1 = Diode 1N4148
IC1 = CMOS 4025
S1 = Interrupteur
CP1 = Capsule piézo sans électronique


Figure 4 : Table de vérité du NOR à 3 entrées. C’est seulement quand les 3 entrées sont au niveau logique 0 qu’en sortie on trouve un niveau logique 1, sinon on a un niveau logique 0.

Figure 5a : Schéma d’implantation des composants du détecteur d’exposition à la lumière EN1534. Quand vous insérez la photorésistance sur le circuit imprimé, laissez 20 mm de longueur de pattes, soit assez pour que sa surface sensible vienne affleurer sous la surface externe du boîtier plastique (figure 1). Le buzzer se monte, lui sous l’autre demie coque du boîtier plastique (figure 2).

Figure 5b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du détecteur d’exposition à la lumière.

Figure 6 : Brochage du circuit intégré 4025 vu de dessus, repère-détrompeur en U vers la gauche et dessin de la photorésistance FR1 (elle n’est pas polarisée donc peut être montée dans n’importe quel sens).

La photorésistance est dans l’obscurité
Quand la photorésistance est dans le noir, sur les 3 entrées, placées en parallèle, du NOR IC1-A nous avons un niveau logique 0, soit aucune tension. Comme ce NOR fonctionne comme un inverseur, nous trouvons sur la broche de sortie 6 une tension positive bloquée par la cathode de DS1. Etant donné que R3, reliée aux deux entrées du second NOR IC1-B, les met au niveau logique 1, l’étage oscillateur reste inactif et le buzzer n’émet aucune note d’alarme.

La photorésistance est illuminée
Quand la photorésistance a sa surface sensible éclairée, sur les 3 entrées en parallèle du NOR IC1-A nous avons un niveau logique 1, soit une tension positive. Comme ce NOR fonctionne comme un inverseur, nous trouvons sur la broche de sortie 6 un niveau logique 0 court-circuitant à la masse la cathode de DS1. La tension positive que R3 appliquait sur les deux entrées du second NOR IC1-B est elle aussi court-circuitée à la masse par DS1 et nous retrouvons sur ces deux entrées un niveau logique 0. L’étage oscillateur se met par conséquent à fonctionner et la note d’alarme du buzzer retentit.

La réalisation pratique du détecteur d’exposition à la lumière
Quand vous avez réalisé le petit circuit imprimé dont la figure 5b donne le dessin à l’échelle 1 ou que vous vous l’êtes procuré, montez tout de suite le support du circuit intégré et vérifiez aussitôt vos soudures (ni court-circuit entre pistes ou pastilles ni soudure froide collée).
Montez ensuite les 4 résistances et le trimmer R2 puis, sous R1, DS1 bague noire repère-détrompeur tournée vers la gauche (figure 5a). Montez les deux condensateurs polyesters C1 et C3 et l’électrolytique C2 en respectant bien la polarité +/– de ce dernier (la patte la plus longue est le + et le – est inscrit sur le côté du boîtier cylindrique) : le + est vers IC1.
A droite du circuit imprimé, montez le petit interrupteur à levier S1. A côté, montez FR1 en lui laissant 20 mm de pattes car sa surface sensible devra affleurer sous le couvercle du boîtier plastique à travers le trou prévu.
Montez en bas à droite les deux fils du porte-pile 6F22 de 9 V (figures 1 et 5a) : respectez bien la polarité (fil rouge +, fil noir –) et en bas à gauche les deux fils du buzzer CP1.
Enfin, vous pouvez enfoncer délicatement le circuit intégré IC1 dans son support en orientant bien le repère-détrompeur en U dans le sens indiqué par la figure 5a, soit vers R3.

Les essais et le réglage
Avant d’installer la platine dans son boîtier plastique, il faut essayer le circuit afin d’être certain de n’avoir commis aucune erreur : reliez la pile 6F22 de 9 V au porte-pile et mettez S1 sur Marche, le buzzer retentit de manière assourdissante. Si vous couvrez la photorésistance avec un doigt pour mettre dans le noir sa sur face sensible, le buzzer cesse d’émettre sa note d’alarme. Dès que vous ôtez le doigt, il recommence à sonner. Le trimmer R2 sert à régler la sensibilité de la photorésistance.
En effet, vous pouvez faire en sorte que le buzzer commence à sonner quand la photorésistance est éclairée par une lumière d’intensité moyenne ou par une forte intensité lumineuse.
A votre convenance selon l’usage (nous l’avons dit, ils sont multiples) auquel vous destinez l’appareil.

Le montage dans le boîtier
Comme le montrent les figures 1 et 2, le buzzer est inséré dans le gros trou de la première demie coque (maintenez-le par un morceau de ruban adhésif ou deux gouttes de colle).
La platine prend place dans cette même demie coque où elle est maintenue par 4 vis auto-taraudeuses.
Les deux petits trous de l’autre demie coque servent au passage de la photorésistance et pour pouvoir, à l’aide d’un petit tournevis, retoucher le trimmer R2 de réglage de la sensibilité du déclenchement de l’alarme.

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