Un contrôleur de diviseur vidéo quad

Quand il détecte un mouvement dans le signal filmé par une des quatre caméras vidéo, cet appareil fait passer automatiquement le moniteur du mode quad (écran divisé en quatre) au mode plein écran, afin de visualiser uniquement le signal intéressant.
Il dispose, en outre, de deux relais de sortie à relier à une sirène d’alarme ou à n’importe quel autre dispositif auxiliaire d’avertissement. Le temps d’activation du relais est réglable par potentiomètre.


Voyons ce qu’est initialement un “quad” (quadripartiteur d’écran). Peut-être avez-vous déjà eu à faire à ce système vidéo dans le domaine de la sécurité par télésurveillance (par exemple, contrôle de parc autos souterrain). C’est un dispositif électronique qui, relié à quatre caméras vidéo, permet de visualiser simultanément sur un unique moniteur les quatre signaux. L’écran est alors divisé (autrefois on disait “parti”, d’où partition et partiteur) en quatre sous-écrans, chacun visualisant le signal provenant d’une caméra vidéo différente. Le “quad” permet donc d’avoir l’oeil sur quatre lieux différents (plusieurs étages de parc autos souterrain ou, dans la maison d’un particulier, plusieurs pièces) en regardant un seul écran “parti” en quatre au lieu de devoir surveiller quatre moniteurs.
Outre ce mode-là, les “quads” autorisent d’autres fonctions importantes : par exemple, ils permettent, en cas de nécessité, de visualiser en plein écran un seul des quatre canaux disponibles. Il est possible aussi de balayer avec un certain tempo les quatre signaux. Il existe des modèles travaillant, en mode “quad”, seulement en noir et blanc et d’autres travaillant, même en “quad”, en couleur. Généralement, ils disposent non seulement d’une sortie pour moniteur, mais aussi d’une sortie pour magnétoscope ou autre enregistreur vidéo analogique ou numérique. Ils sont dotés aussi d’un port sériel au format RS232, de façon à pouvoir se connecter à un PC activant les principales fonctions via logiciel.
On trouve sur le marché, entre autres, deux modèles bien placés : le “quad” couleur ER116 et le “quad” noir et blanc ER118, ce dernier passe en noir et blanc quand le signal est visualisé en mode “quad” alors que l’image est en couleur en mode plein écran.

Notre réalisation
Maintenant que nous avons expliqué ce qu’est le “quad” et que nous sommes certains que vous ne confondrez pas avec le véhicule de sport à quatre roues, nous pouvons passer à l’analyse de notre contrôleur pour “quad”. Voyons tout d’abord à quoi ça sert et en quoi il pourrait vous être utile.
Généralement, les “quads” sont utilisés pour les systèmes de sécurité : en effet, ils sont reliés à quatre caméras vidéo et placés dans le local de contrôle. Certaines caméras vidéo modernes sont munies d’un détecteur de mouvement PIR (par exemple, la ER127 en noir et blanc et la ER128 en couleur) entrant en fonction lorsqu’une personne ou un objet en mouvement entre dans le champ de la caméra vidéo (le niveau de tension de sortie est mis à la masse). Dans le cas où les caméras vidéo ne sont pas munies de ce détecteur PIR, il est possible de les en équiper par des circuits externes remplissant la même fonction (par exemple, le détecteur de mouvement vidéo ET347) : l’important est que ces dispositifs, si un mouvement se produit, mettent à la masse leur sortie.
Si l’on utilise un “quad” et si un mouvement est détecté à l’intérieur d’un bâtiment surveillé par vidéo, il est inutile de continuer à visualiser aussi les trois autres signaux : mieux vaut se concentrer sur un seul signal, celui qui a donné l’alarme. Ainsi, il n’y a pas de perte de qualité de l’image, laquelle peut, dans un second temps, permettre d’identifier ou de reconnaître l’intrus.
Ensuite, si l’intrus passe d’une pièce à l’autre, ou d’un étage à l’autre (d’un champ surveillé à un autre, en fait), il faut pouvoir le suivre avec les caméras vidéo, en sélectionnant le signal vidéo provenant du lieu où il se trouve actuellement. Dans le cas où, en revanche, le mouvement suspect est détecté par plusieurs caméras vidéo en même temps, il faut revenir au mode “quad” pour voir s’il n’y a pas plusieurs intrus.
Normalement, les “quads” sont en mesure de gérer automatiquement toutes ces fonctions. Un dispositif externe est nécessaire (le contrôleur pour “quad” que cet article vous propose de construire) qui reçoive tous les signaux provenant du détecteur PIR des caméras vidéo et qui puisse commander correctement le dispositif. Notre contrôleur est en effet doté de quatre entrées reliées aux détecteurs PIR des différentes caméras vidéo et d’une sortie sérielle utilisée pour envoyer les commandes au “quad”. Deux autres sorties sont en plus présentes (correspondant à deux relais), elles servent à la liaison avec des périphériques externes : par exemple, pour commander une sirène d’alarme, pour déclencher une serrure électrique, pour fermer un portillon, etc. Le temps d’activation des deux systèmes d’alarme (et donc des deux relais) peut être modifié simplement en agissant sur des commandes spécifiques. On trouve encore un poussoir de “reset” et une autre entrée externe permettant la même fonction que lui.
Cette entrée supplémentaire a été ajoutée pour permettre de relier un éventuel récepteur pour télécommande de type impulsionnel (par exemple, le ET24), permettant par conséquent le “reset” ou l’activation du dispositif à distance. Quand, donc, un mouvement est détecté par une seule caméra vidéo, le contrôleur commande au “quad” de visualiser seulement l’unique image correspondante.
En même temps il active le relais pendant la durée paramétrée au moyen de deux potentiomètres. Dans le cas où la cause de la détection de mouvement passe d’un champ vidéo à un autre, le contrôleur est en mesure de la suivre en visualisant à l’écran le signal intéressant. Tant que du mouvement est détecté, le contrôleur continue à visualiser une seule image à l’écran. C’est seulement après cinq secondes sans mouvement que le contrôleur reprend son mode initial, c’est-à-dire que l’écran est à nouveau parti en quatre sous-écrans visualisant les quatre signaux des quatre caméras vidéo en même temps. Même chose si, comme nous l’avons dit, plusieurs caméras vidéo entrent en alarme : dans ce cas aussi le dispositif retourne au mode “quad”.

Le schéma électrique du contrôleur de “quad”
Si nous avons réussi à éclaircir à vos yeux le fonctionnement du contrôleur de “quad”, peut-être pouvons-nous passer alors à l’analyse du circuit ? La figure 1 en donne le schéma électrique : le microcontrôleur PIC16F876-EF486 s’occupe de toute la logique de contrôle, il s’interface d’un côté avec l’entrée correspondant à l’éventuelle télécommande et avec les quatre “inputs” (entrées respectivement IN1, IN2, IN3, IN4 et IN5 à gauche du schéma), de l’autre il s’interface avec les deux relais de contrôle et avec le MAX232 monté pour faire la liaison avec le port sériel du “quad”.
Avant de poursuivre, apportons quelques précisions. La première touche les entrées IN. Elles sont toutes actives au niveau logique 0, pour sélectionner un canal, il faut donc court-circuiter les bornes du connecteur correspondant. Jusqu’ici nous avons toujours supposé que les entrées étaient reliées à des capteurs de mouvement, mais rien n’empêche cependant de les relier à des touches ou des interrupteurs de façon à sélectionner le canal vidéo en pressant la bonne touche. Le module de télécommande aussi doit travailler selon une logique nulle (niveau logique 0) : notre montage ET24 irait très bien. Si, en revanche, vous voulez le concevoir vous-même, n’oubliez pas de le faire selon ce mode !
L’état de chaque ligne d’entrée est visualisé par une LED : si elle est allumée, cela signifie qu’un mouvement a été détecté par la caméra vidéo correspondante.
Toujours à propos des entrées IN, notez qu’on a inséré une diode en série de façon à protéger le microcontrôleur des éventuelles tensions externes trop élevées.
La seconde concerne les deux relais : comme le montre le schéma électrique de la figure 1, le connecteur C de RL1 est relié au +12 V (tension normalement reliée aussi à la borne NC). Ce relais a été prévu pour commander une sirène, laquelle est munie d’un accumulateur interne et émet le signal d’alarme quand on coupe l’alimentation.
Ainsi, même si un malotru coupe les fils de liaison entre sirène et contrôleur, l’alarme se déclenche tout de même. Le second relais peut en revanche commander n’importe quel dispositif externe. Les deux relais sont commandés par le PIC au moyen de T1 et T2 et se déclenchent lorsqu’un mouvement est détecté par une caméra vidéo. Ils se relaxent après un certain intervalle de temps, paramétrable par les potentiomètres R6 et R7 : R6 règle l’activation de RL1, R7 celle de RL2.
Le circuit est alimenté en 12 V : la protection se fait par insertion d’un fusible de 1 A. Le 12 V est utilisé par les deux relais. Pour les autres composants, le 5 V est produit par le circuit intégré régulateur de tension U1 7805.

Figure 1 : Schéma électrique du contrôleur de “quad”.

Liste des composants
R1 = 470 ohms
R2 = 470 ohms
R3 = 470 ohms
R4 = 470 ohms
R5 = 4,7 kilohms
R6 = 4,7 kilohms pot. lin.
R7 = 4,7 kilohms pot. lin.
R8 = 4,7 kilohms
R9 = 4,7 kilohms
R10 = 1 kilohm
R11 = 1 kilohm
R12 = 470 ohms
R13 = 470 ohms
C1 = 100 nF multicouche
C2 = 470 μF 25 V électro
C3 = 100 nF multicouche
C4 = 220 μF 16 V électro
C5 = 100 nF multicouche
C6 = 220 nF 63 V polyester
C7 = 220 nF 63 V polyester
C8 = 1 μF 100 V électro
C9 = 1 μF 100 V électro
C10 = 1 μF 100 V électro
C11 = 1 μF 100 V électro
Q1 = Quartz 4 MHz
LD1 = LED 3 mm rouge
LD2 = LED 3 mm rouge
LD3 = LED 3 mm rouge
LD4 = LED 3 mm rouge
LD5 = LED 3 mm bicolore
LD6 = LED 3 mm jaune
LD7 = LED 3 mm jaune
D1 = 1N4007
D2 = 1N4007
D3 = 1N4007
D4 = 1N4007
D5 = 1N4007
D6 = 1N4007
D7 = 1N4007
D8 = 1N4007
U1 = 7805
U2 = PIC16F876-EF486 déjà programmé en usine
U3 = MAX232
T1 = BC547
T2 = BC547
P1 = Poussoir NO
FUS1 = Fusible 1 A
RL1 = Relais miniature 12 V
RL2 = Relais miniature 12 V

Les résistances sont des 1/4 de W 5 %

Divers :
1 Prise d’alimentation
1 Connecteur DB9 mâle
5 Borniers 2 pôles enfichables
2 Borniers 3 pôles enfichables
1 Support 2 x 14
1 Support 2 x 8
1 Porte-fusible pour CI
1 Boulon 3MA 8 mm
4 Boulons 3MA 8 mm tête fraisée
4 Entretoises 18 mm
2 Boutons


La réalisation pratique
Une fois que l’on a réalisé le circuit imprimé (la figure 2c en donne le dessin à l’échelle 1), ou qu’on se l’est procuré, on monte tous les composants dans un certain ordre en regardant fréquemment les figures 2a et 2b et la liste des composants.
Montez tout d’abord les supports des circuits intégrés U2 (PIC16F876-EF486 déjà programmé en usine) et U3 (MAX232) : ensuite, vérifiez bien les soudures (ni court-circuit entre pistes et pastilles, ni soudure froide collée).
Montez toutes les résistances sans les intervertir (classez-les au préalable par valeurs) et les deux potentiomètres (identiques). Montez ensuite les 8 diodes 1N4007 (D1 à D8), bagues blanches orientées dans le bon sens comme le montre la figure 2a. Montez tous les condensateurs en respectant bien la polarité des électrolytiques (la patte la plus longue est le +). Montez les 7 LED de 3 mm rouges, bicolore et jaunes, sans les intervertir, bien sûr et en respectant bien la polarité de leurs pattes (la plus longue est l’anode +) : laissez leurs pattes longues de 3 cm environ pour prévoir leur affleurement sous la surface du boîtier.
Montez le quartz Q1 de 4 MHz debout et enfoncé à fond. Montez le régulateur U3, en boîtier TO220 (7805), couché, sans dissipateur, semelle tournée vers le circuit imprimé et maintenu par un petit boulon 3MA. Montez T1 et T2 BC547, méplats repère-détrompeurs vers la gauche. Montez le poussoir P1 normalement ouvert, le porte-fusible FUS1 et son fusible 1 A.
Montez les 2 relais 12 V miniatures RL1 et RL2 et les 7 borniers enfichables : 2 à trois pôles pour les sorties OUT1 et OUT2 et 5 à deux pôles pour les entrées IN1 à IN5. Montez enfin les deux connecteurs : DB9 mâle pour la liaison sérielle au PC et prise jack d’alimentation.
Vous pouvez alors enfoncer délicatement les circuits intégrés dans leurs supports en orientant bien leurs repère-détrompeurs en U vers LD2 pour U2 et C11 pour U3.

Figure 2a : Schéma d’implantation des composants de la platine du contrôleur de “quad”.

Figure 2b : Photo d’un des prototypes de la platine du contrôleur de “quad”.

Figure 2c : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du contrôleur de “quad”.

L’installation et les essais
Avant d’installer le dispositif et de relier les détecteurs PIR des caméras vidéo, faites un petit test de fonctionnement.
Pour cela, reliez avec le câble sériel le contrôleur au “quad” et à ce dernier les quatre caméras vidéo. Pressez le poussoir de “reset” et attendez que la LED centrale devienne verte. Réglez alors le temps d’activation des deux relais au moyen des deux potentiomètres (pour la procédure, voir figure 3). En court-circuitant une des entrées des caméras vidéo vous pouvez simuler la détection d’un mouvement : vérifiez que le “quad” répond correctement en activant les deux relais et en envoyant à l’écran du moniteur l’image d’une seule caméra vidéo. Essayez aussi de simuler la détection du mouvement dans le champ de plusieurs caméras vidéo : le signal vidéo doit revenir en mode “quad”. Essayez en outre de maintenir en court-circuit (un certain temps) une seule entrée et vérifiez qu’un seul signal vidéo est visualisé pendant toute la durée : c’est seulement après 5 secondes de suppression du court-circuit que le système revient en mode “quad”.
Pendant tous les essais vous pouvez vérifier en outre que l’activation des relais dure le temps choisi. Si tous ces tests sont concluants, vous pouvez installer la platine dans le boîtier et le fermer définitivement.

Le montage dans le boîtier
Pour le passage des fiches des borniers et des autres connecteurs, pratiquez des évidements dans le panneau arrière de façon à permettre les entrées alimentation et les “inputs”, l’I/O sérielle DB9 et les sorties relais. En face avant, faites trois trous pour les axes des deux potentiomètres (à raccourcir et à assortir de boutons de commande) et le poussoir de “reset”. Sept autres trous en face avant laisseront affleurer les 7 LED de signalisation.
La platine est fixée sous la face avant du boîtier à l’aide des quatre entretoises, comme le montrent les figures 2a et 3. Cette face avant clôt ensuite le boîtier à l’aide de quatre vis. Les deux potentiomètres ont une excursion angulaire de 270° et utilisent des boutons munis d’un point de référence. Après réglage, immobilisez-les sur leurs axes en serrant leur petite vis latérale.

Figure 3 : Les connexions du contrôleur de “quad”.

Le contrôleur est muni de quatre entrées pour les capteurs PIR des caméras vidéo, d’une entrée à relier à un éventuel récepteur de télécommande, de deux sorties reliées aux deux relais (une prévue pour commander une sirène d’alarme et une autre pour usage général), d’un port sériel utilisé pour commander le “quad”, d’un jack pour l’alimentation, d’un poussoir de “reset”, de deux boutons pour le réglage des temps d’activation des relais, de quatre LED rouges indiquant l’état des capteurs PIR des caméras vidéo (LED allumée = détection d’un mouvement), de deux LED jaunes indiquant l’excitation des relais (LED allumée = relais excité) et d’une LED bicolore indiquant l’état du dispositif (LED allumée = “reset”, clignotante verte = contrôleur non actif, verte fixe = contrôleur actif).
Voyons comment l’on règle le temps d’activation des relais :
- tournez le bouton correspondant au relais que vous voulez régler en sens horaire,
- simulez une alarme (en court-circuitant une entrée d’une des caméras vidéo),
- établissez une durée d’activation que vous jugez optimale et chronométrez la durée d’activation désirée,
- quand ce laps de temps est écoulé, tournez rapidement en sens antihoraire le bouton jusqu’au déclenchement du relais correspondant,
- quand le réglage du premier relais est fait, faites de même pour le second.
Le dernier conseil regarde le mode selon lequel le contrôleur commande le dispositif “quad” : comme nous l’avons vu, il procède par l’envoi de commandes par le port sériel. Les dispositifs “quads” que nous avons utilisés sont conçus pour l’envoi de caractères ASCII pour sélectionner le canal à visualiser (voir Tableau ci-contre). Pour permettre la communication par voie sérielle, une vitesse de 9 600 bits/s est utilisée : il faut donc spécifier ce paramètre lors du paramétrage du “quad”.

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