Un compteur Geiger puissant et performant

Tchernobyl, les exportations des pays de l’Est, les décharges sauvages, le manque de moyens des services de contrôle, l’ignorance, sont autant de facteurs qui font que la radioactivité augmente quelquefois dans des proportions allant bien au-delà des seuils de sécurité. Le compteur Geiger que nous vous proposons dans cet article vous aidera à vous protéger de ses effets nocifs en vous permettant de contrôler, entre autres, votre nourriture et votre environnement.


Même si de nombreuses années ont passé depuis la catastrophique explosion du réacteur nucléaire de TCHERNOBYL survenue en 1986, l’invisible radioactivité répandue en cette occasion, continue encore aujourd’hui à produire ses effets nocifs.
Peu de gens savent que différents pays de l’Est ont continué à exporter vers l’Europe occidentale quantité de céréales, bétails et débris métalliques à bas prix, seulement parce qu’ils étaient contaminés par la radioactivité.
Il n’y a pas si longtemps, une entreprise espagnole a acquis imprudemment des débris métalliques, lesquels, une fois mis dans les hauts-fourneaux, ont produit un invisible nuage radioactif qui a rejoint le Sud de la France et le Nord de l’Italie.
En octobre de l’année passée, des fonctionnaires de la douane de Niirala en Finlande ont découvert, dans un train provenant de Russie, des malles contenant de l’uranium radioactif.
Ces mêmes douaniers, peu de temps après, intrigués par un passager insolite d’un autocar en liaison directe, Allemagne, France, Italie, ont contrôlé, avec un compteur Geiger, le chargement de jouets transporté et provenant de petites entreprises de Biélorussie et d’Ukraine. Ils ont relevé la présence de radiations 4 fois supérieures aux limites fixées par les normes internationales. Si ces jouets étaient entrés dans leurs pays de destination, ils auraient sûrement mis en danger les grossistes, les commerçants, les familles et les enfants.
Il existe en Finlande et en Allemagne des groupes spécialisés qui contrôlent, à l’aide de compteurs Geiger, tous les débris métalliques, les céréales et les produits finis qui proviennent de l’extérieur.
Beaucoup ignorent qu’il existe en Serbie des sites inconnus où sont entreposés des déchets d’uranium radioactif.
Si ces sites avaient été frappés, même involontairement, par un missile, cela aurait eu pour conséquence de répandre immédiatement dans l’air un nuage radioactif, événement dont nous aurions sûrement été informés avec retard.
Dernièrement, au Kosovo, il a été constaté une augmentation de la radioactivité causée par des projectiles à l’uranium appauvri utilisés parce qu’ils sont plus perforants que les projectiles ordinaires.
Nous ne pouvons pas ignorer qu’il existe en France beaucoup de matériel radioactif provenant de déchets hospitaliers et industriels. Les journaux nous ont souvent rapporté que les sociétés chargées de leur traitement, au lieu de les entreposer dans des décharges spécialement prévues pour cela, les ont abandonnés dans des décharges sauvages en comptant sur la carence des systèmes de vérification et de contrôle.
Nous ne voudrions pas paraître alarmistes, mais si nous allions inspecter avec un compteur Geiger toutes les décharges abusives disséminées sur notre territoire, nous pourrions relever une radioactivité de 20 à 30 fois supérieure à celle de la radioactivité naturelle.
Plusieurs transporteurs ont confessé avoir déchargé à la mer toutes les scories radioactives qui leur avaient été confiées, apparemment sans se rendre compte de la gravité de leur geste et des conséquences qui peuvent en résulter, sous forme de pollution de la flore et de la faune aquatique.
Demandez aux autorités des communes si elles disposent d’un compteur Geiger, la réponse sera négative.
Dans certains cas, elles ne savent même pas à quoi cela sert, ni comment l’utiliser et où s’en procurer un ! Si, dans notre pays, le nombre de personnes atteintes de tumeurs est en constante augmentation, nous le devons, en partie, à la présence de cette pollution radioactive qui, hélas, est invisible.
Pour toutes ces raisons, nous pensons qu’il est d’actualité de vous présenter un projet de compteur Geiger. Grâce à cet appareil, vous pourrez contrôler si les aliments que vous mettez sur la table sont plus ou moins radioactifs, et, si vous vous intéressez à l’écologie, vous pourrez contrôler “l’état de santé” de votre environnement.
Dans le cas où vos recherches vous amèneraient à découvrir une source de radioactivité, vous devriez immédiatement en aviser les autorités locales (police, gendarmerie, mairie…).
Ne soyez pas surpris de trouver de la radioactivité dans de nombreux objets d’usage courant, comme les manchons utilisés dans les lampes à gaz de camping, la monnaie et certaines qualités de vaisselle. Il y a encore peu de temps, les industries utilisaient du thorium et du cobalt radioactif pour rendre ces produits plus résistants !

La radioactivité
Avant de passer au schéma électrique et à la réalisation pratique de ce projet, nous voudrions vous expliquer ce que mesure un compteur Geiger et, pour cela, comparons une centrale nucléaire à une meule émeri, comme celle que l’on trouve dans tous les ateliers de mécanique, appelée aussi touret à meuler.
Lorsque l’on appuie sur la meule un morceau de métal (voir figure 1) il se détache de ce dernier une fine limaille incandescente, laquelle, dans notre exemple, peut être comparée à des Isotopes radioactifs.
Celui qui se trouve très près de la meule sera brûlé, celui qui se trouve plus éloigné recevra une faible quantité de limaille, il ressentira une gène mais il ne sera pas brûlé.
Si nous pouvons voir et ressentir sur notre peau les effets de la limaille de fer incandescente lorsqu’elle nous atteint, nous ne pouvons pas en dire autant dans le cas des isotopes radioactifs. Ils sont, justement parce qu’on ne peut ni les voir ni les sentir, beaucoup plus dangereux car ils endommagent, à notre insu et de façon irréversible, les défenses immunitaires de notre organisme.
Nous devons encore préciser que, si la limaille de fer s’éteint peu de temps après être tombée par terre, il n’en est pas de même pour la fine poussière radioactive qui demeure « allumée » au-delà de 30 ans. Durant toute cette période elle se comportera comme une minuscule source radioactive.
Si cette invisible poussière radioactive tombe dans un pâturage, toute la végétation qui poussera sera radioactive, ainsi les vaches, les brebis et les chèvres qui pourraient s’en nourrir produiront du lait radioactif, puis, abattues, fourniront de la viande radioactive et ainsi de suite.
Les isotopes radioactifs étant invisibles, pour détecter la radioactivité on utilise un tube spécial appelé “tube Geiger”, du nom du physicien allemand qui, lors de ses expériences, a constaté que si certains mélanges de gaz étaient excités par un isotope radioactif ils devenaient conducteurs d’électricité.
Réaliser un tube Geiger n’est pas chose simple, car il faut trouver un métal qui laisse passer la plus petite particule radioactive et aussi car il faut choisir un mélange particulier de gaz qui puisse s’amorcer et se désamorcer rapidement pour pouvoir compter tous les isotopes successifs.
Le type de métal et le mélange déterminent la sensibilité du tube. Ainsi un type de tube donné ne peut pas être substitué à un autre. Dans les compteurs Geiger modernes nous trouvons en fait un microprocesseur qui convertit le nombre de radio-isotopes comptés en milliroentgen/heure (mR/h).
Revenons à notre exemple de la meule émeri. Le tube Geiger comptera chaque grain de limaille incandescente qui l’atteindra.
Il faut indiquer que la quantité de radioisotopes qui atteignent le tube, de même que pour la limaille de fer, n’est pas régulière. Si dans la première seconde parviennent 6 isotopes, dans la seconde suivante il peut n’en arriver que 4, dans la troisième seconde 10, dans la quatrième seconde 5. Pour cette raison, dans notre compteur Geiger, nous avons intégré une mémoire qui indique la quantité maximum d’Isotopes captés.
Sur l’afficheur, nous ne désirons pas lire le nombre d’isotopes captés, mais la valeur de la radioactivité exprimée en milliroentgen/heure. La première opération qu’il faut accomplir est de figer le nombre d’impulsions captées en 1 heure, en présence d’une valeur déterminée de radioactivité.
Sachant que le tube sélectionné, soumis à une radioactivité de 0,1 milliroentgen durant 1 heure compte 23760 impulsions, pour connaître combien d’impulsions il compterait en 1 seconde, il faut diviser ce nombre par 3 600, cela pour la totalité des secondes contenues en 1 heure.
23 760 : 3 600 = 6,6 impulsions à la seconde La mesure relative en un temps d’une seconde n’est pas très précise car le nombre d’isotopes est variable. Nous avons choisi, pour notre échantillonnage, une période de temps de 10 secondes durant laquelle nous compterons bien 66 impulsions.
Si nous voulions connaître à quelle valeur de radioactivité correspond 1 impulsion, nous devons diviser 0,1 milliroentgen par 66 et nous obtenons : 0,1 : 66 = 0,0015 milliroentgen Le microprocesseur IC2, utilisé dans le compteur Geiger, procède à la conversion des impulsions comptées dans l’espace de 10 secondes en milliroentgen/heure en les multipliant par 0,0015.
Ainsi, si le compteur compte 8 isotopes radioactifs, sur l’afficheur apparaîtra le nombre : 8 x 0,0015 = 0,012 milliroentgen/heure S’il compte 20 isotopes, sur l’afficheur nous aurons : 20 x 0,0015 = 0,0030 milliroentgen/heure Ainsi, toutes les 10 secondes, nous verrons apparaître sur l’afficheur la valeur exacte de la radioactivité sans avoir besoin d’attendre 1 heure.
Il est vrai que pour avoir la mesure la plus fidèle possible, il faut procéder à 3 ou 4 mesures et retenir la moyenne.

Figure 1 : Pour vous expliquer ce que mesure un compteur Geiger comparons les isotopes radioactifs à la minuscule limaille incandescente dispersée par une meule émeri qui tourne sur un morceau de fer. Celui qui se trouve à proximité de la meule sera atteint par une multitude de particules incandescentes et sera brûlé ; par contre, celui qui se trouve plus éloigné, recevant moins de particules incandescentes n’encourra pas de danger. Le compteur Geiger totalise la quantité de « particules incandescentes » (les isotopes radioactifs) qui atteignent notre corps en 1 heure.

Figure 2 : Sur la partie supérieure du boîtier nous avons reproduit un tableau avec les valeurs de dangerosité en milliroentgen/heure.
Le poussoir de gauche permet de connaître la valeur maximale de la radioactivité mesurée durant la journée et celui de droite sert à la remise à zéro des valeurs mémorisées.


Schéma électrique
La figure 5 donne le schéma électrique complet du compteur Geiger.
Le tube Geiger devant être alimenté en 400 volts, la première opération consiste à élever les 6 volts de l’alimentation (4 piles de 1,5 V) à 400 volts. Pour cela nous utilisons l’étage composé des transistors TR1 - TR2 - TR3 et le transformateur en ferrite T1.
De l’enroulement secondaire de T1, situé à gauche, nous prélevons une tension alternative d’environ 140 volts avec une fréquence de 12 kHz. Cette tension est ensuite élevée par les redresseurs DS1 - DS2 - DS3 et par les condensateurs C8 - C9 - C10. En conséquence sur la sortie nous obtenons une tension bien supérieure aux 400 volts requis.
Pour stabiliser cette tension sur la valeur exacte de 400 volts, nous avons connecté, entre la sortie de l’alimentation du tube Geiger et la base de TR1, quatre diodes zener de 100 volts reliées en série qui réalisent une fonction similaire à une diode zener de 400 volts.
Les diodes zener polarisent la base du transistor TR1 avec la tension excédentaire par rapport aux 400 volts.
Ainsi, le transistor, devenant conducteur, va modifier, à travers TR2, la polarisation sur la base du transistor TR3 de manière à établir la tension redressée exactement sur la valeur de 400 volts.
Il ne faut pas tenter de mesurer cette tension avec un voltmètre ordinaire car vous ne pourriez y parvenir. En effet, le voltmètre a une résistance interne inférieure à celle du tube Geiger et pour cette raison vous lirez seulement quelques volts.
Cette tension de 400 volts est appliquée sur la broche positive du tube Geiger à travers la résistance R5 de 10 mégohms. La broche négative est reliée à la masse à travers une résistance de 220 kilohms.
Chaque isotope radioactif présent dans l’air provoque la conduction du tube Geiger et, de cette façon, aux bornes de la résistance R1 nous retrouverons une minuscule impulsion positive. Cette tension n’est pas suffisante pour piloter le microcontrôleur ST6.
Pour cette raison, cette impulsion est appliquée, au travers de la résistance R2, sur l’entrée de la porte NAND IC1/A montée en inverseur. Suivent ensuite les deux NAND IC1/B - IC1/C utilisées comme oscillateur monostable.
Sur la sortie de ce monostable, nous avons une impulsion positive suffisamment large que nous pouvons appliquer sur la broche d’entrée 10 du micro contrôleur IC2 un ST6 convenablement programmé pour ce compteur Geiger.
Ce microcontrôleur est le cerveau de tout le compteur car il convertit les impulsions comptabilisées directement en milliroentgen/heure et les visualise sur l’afficheur.
En plus de cette fonction, le microcontrôleur mémorise aussi le maximum de la radioactivité relevée au cours de la journée. Ainsi, le soir, de retour du travail, si vous lisez 0,009 mR/h et qu’en appuyant sur le poussoir P2 « MAX » vous lisez 0,030, cela signifie qu’il a été constaté une légère augmentation de la radioactivité qui peut être due à une pluie radioactive ou à des taches solaires ou à des vents cosmiques.
Le poussoir P1 « RESET » sert à effacer la mémoire sans avoir à éteindre le circuit, de manière à pouvoir contrôler, à la lecture suivante, si la radioactivité a augmenté ou si elle s’est atténuée.
Le même microcontrôleur assure encore d’autres fonctions. Par exemple, il surveille constamment la tension des piles et lorsqu’elles sont déchargées il fait apparaître sur l’afficheur l’inscription « Lo-b » qui signifie Low battery (pile déchargée).
Si l’on ouvre l’interrupteur S1, connecté à la broche 7 du microprocesseur, nous pouvons noter que le buzzer n’émet aucun son tant que la valeur de 0,039 mR/h n’a pas été dépassée.
Quand la radioactivité atteint la valeur de 0,040 mR/h, ce qui correspond à une faible radioactivité, le buzzer émet un son de pré-alarme sous la forme de 5 beeps consécutifs. Peu de temps après, le son cesse et, si la seconde lecture est identique à la première ou si des valeurs supérieures sont relevées, le buzzer recommence à sonner.
Cette fonction supplémentaire est utile à toutes les stations de contrôles qui souhaitent garder en fonction 24 heures sur 24 le compteur Geiger afin de voir si la radioactivité atmosphérique dépasse un seuil donné à cause d’une fuite imprévue de radioactivité dans une quelconque centrale nucléaire.
Nous pouvons penser, en raison de la prolifération des centrales nucléaires, qu’il ne se passera que peu de temps avant que nous ne trouvions dans chaque maison, à côté des traditionnels thermomètres et baromètres, un compteur Geiger pour contrôler si la radioactivité augmente au-dessus du niveau naturel.
Pour effectuer cette surveillance, il suffit de fixer le compteur Geiger près de la fenêtre et, afin d’éviter d’avoir à changer constamment les piles, nous pouvons alimenter l’appareil avec une tension stabilisée de 5 volts prélevée sur une alimentation comme le modèle LX.1335 par exemple.
Le circuit fonctionne normalement, même avec une tension de 5 volts, car le microprocesseur IC2 signale que la pile est déchargée seulement si sa tension chute au-dessous de 4,5 volts.
Comme vous pouvez le voir sur le schéma électrique, la patte 9 du microprocesseur IC2 est alimentée par un petit circuit intégré (voir IC3) qui se comporte comme une diode zener de précision et qui provoque une chute de tension de 2,5 volts.
Lorsque les piles sont déchargées, sur cette broche nous avons une tension de 6 - 2,5 = 3,5 volts, si les piles fournissent seulement 5 volts sur cette broche nous aurons 5 - 2,5 = 2,5 volts.
Si cette tension descend au-dessous de 2 volts, le microprocesseur éteint l’afficheur et fait apparaître l’inscription Lo-b pour indiquer que les piles sont déchargées et qu’il convient de les remplacer.
Il faut indiquer que le courant consommé par le circuit est d’environ 5 mA. En utilisant 4 piles de 1,5 volt ces dernières seront à changer environ tous les deux mois, à condition toutefois de ne pas laisser l’instrument sous tension 24 heures sur 24.
Pour compléter la description, nous ajouterons que les trois circuits intégrés IC4 - IC5 - IC6 sont pilotés en série par le microprocesseur pour allumer tous les chiffres de l’afficheur LCD.
Il faut souligner que ce compteur, à la différence de bien d’autres, ne nécessite aucun réglage, ce qui élimine toute difficulté.

Figure 3 : Photo de la platine du compteur Geiger vue du côté de l’afficheur. On peut noter, en haut du circuit, les deux entretoises plastiques pour fixer le circuit imprimé à l’intérieur du coffret.

Figure 4 : Photo de la platine du compteur Geiger vue du côté des composants. Notez, à gauche, le tube Geiger et, en bas, le porte-piles en plastique pour 4 piles 1,5 volt.

Figure 5 : Schéma électrique du compteur Geiger. Le microprocesseur IC2 fait apparaître directement la valeur en milliroentgen/heure sur l’afficheur LCD et, comme vous pouvez le constater, ce compteur est à même de mesurer une radioactivité de seulement 0,001 milliroentgen/heure. Nous rappelons que les deux électrodes du tube Geiger sont polarisées.
Ainsi, l’électrode positive, qui est la plus éloignée des anneaux situés sur le corps du tube, est reliée à la résistance R5, et l’électrode négative, qui est la plus proche, est reliée à la jonction des résistances R1 - R2.


Figure 6 : L’afficheur LCD est inséré dans les deux connecteurs à 20 points en orientant le point de repère représenté par une goutte de verre ou une encoche vers la gauche, comme représenté figure 8.
Si cet afficheur est orienté en sens inverse, il n’apparaîtra aucun chiffre.


Figure 7 : Brochages des circuits intégrés vus de dessus et ceux des transistors BC.547 - BF.393 et du petit circuit intégré LM.336 vus de dessous, donc du coté ou sortent les 3 fils de connexion.

Figure 8 : Plan d’implantation des composants vu du côté de l’afficheur. Le repère de l’afficheur est positionné à gauche.

Figure 9 : Sur cette photo vous pouvez voir comment est installé, à l’intérieur du coffret, le circuit imprimé du compteur Geiger. Sur le panneau métallique du haut vous devez visser le buzzer après avoir percé un trou pour faire sortir le son du crépitement des impulsions radioactives en cours de détection.

Figure 10 : Plan d’implantation des composants de l’autre face du circuit imprimé.
Comme vous pouvez le constater, la réalisation ne présente aucune difficulté.
Une fois le montage terminé, le compteur fonctionnera immédiatement, à condition que vous n’ayez commis aucune erreur de construction.


Note : pour fixer le tube Geiger sur le circuit imprimé il faut utiliser les deux supports en plastique en forme d’anneau.

Figure 11 : Parce que la poussière radioactive ne tombe pas sur la terre de façon régulière, il est possible de mesurer sur deux zones adjacentes des valeurs de radioactivité notablement différentes.

Liste des composants
R1 = 220 kΩ
R2 = 10 kΩ
R3 = 27 kΩ
R4 = 10 kΩ
R5 = 10 MΩ
R6 = 22 MΩ
R7 = 2,2 MΩ
R8 = 1 MΩ
R9 = 10 kΩ
R10 = 33 kΩ
R11 = 10 kΩ
R12 = 680 Ω
R13 = 3,3 kΩ
R14 = 10 Ω 1/2 W
C1 = 100 nF polyester
C2 = 100.000 pF polyester
C3 = 39 nF polyester
C4 = 22 pF céramique
C5 = 22 pF céramique
C6 = 100 pF céramique
C7 = 2 200 pF polyester
C8 = 10 nF cér. 1 000 V
C9 = 10.000 pF cér. 1 000 V
C10 = 10 nF cér. 1 000 V
C11 = 100 nF polyester
C12 = 100 nF polyester
C13 = 100 nF polyester
C14 = 100 nF polyester
C15 = 100 nF polyester
C16 = 1 μF. électrolytique
C17 = 22 microF. électrolytique
C18 = 100 nF polyester
C19 = 100 nF polyester
C20 = 100 nF polyester
C21 = 10 μF. électrolytique
XTAL = quartz 8 MHz
DS1 = diode 1N.4007
DS2 = diode 1N.4007
DS3 = diode 1N.4007
DS4 = diode 1N.4148
DS5 = diode 1N.4148
DZ1-DZ4 = diode zener 100 V 1 W
LCD = afficheur LC.513040
TR1 = transistor NPN BC.547
TR2 = transistor NPN BC.547
TR3 = transistor NPN BF.393
IC1 = circuit intégré C/Mos 4093
IC2 = microcontrôleur EP.1407
IC3 = régulateur LM.336
IC4 = circuit intégré C/Mos 4094
IC5 = circuit intégré C/Mos 4094
IC6 = circuit intégré C/Mos 4094
T1 = transform. mod. TM.1407
CP1 = buzzer piezo
S1 = interrupteur
S2 = interrupteur
P1 = poussoir
P2 = poussoir
Tube Geiger CBM20


Réalisation pratique
Comme vous l’avez constaté, la réalisation de ce compteur Geiger ne présente aucune difficulté. Une fois en possession du circuit imprimé LX.1407, qui est un double face à trous métallisés, nous vous conseillons d’insérer en premier lieu, sur la face visible sur les figures 3 et 8, les deux connecteurs femelles de 20 points utilisés comme supports pour l’afficheur LCD. Après avoir soudé ces deux connecteurs, retourner le circuit imprimé et, de l’autre côté, souder les 5 supports de circuits intégrés (voir figures 4 et 10).
A ce moment, vous pouvez monter toutes les résistances, les condensateurs céramiques, polyesters et les électrolytiques en respectant, pour ces derniers, la polarité des deux pattes. Si sur le corps des électrolytiques vous ne trouvez pas le signe +, souvenez-vous que la patte du pôle positif est plus longue que celle du pôle négatif.
Poursuivons le montage par l’insertion des diodes, en orientant leur bague de référence comme nous pouvons le voir sur le schéma d’implantation de la figure 10. Ainsi, la bague blanche de la diode DS2 est orientée vers le condensateur C9. Par contre, celles des diodes DS1 - DS3 sont orientées vers le condensateur C10.
Au-dessus du transformateur T1, il faut insérer les diodes zener que vous reconnaissez grâce au chiffre 100 marqué sur leur corps en orientant la face noire vers la gauche.
Sur le côté droit du circuit imprimé, insérer la diode DS4 dont le corps est en verre en orientant la bague noire vers la gauche. Par contre, la bague noire de la diode DS5 sera orientée vers la droite.
A ce point, prendre les deux transistors BC.547 et les insérer dans les emplacements TR1 - TR2 en orientant la face plate de leur corps vers le transformateur T1.
En bas, près des condensateurs C12 - C14, insérer le petit circuit intégré IC3 en orientant vers la droite la partie plate de son corps. Le marquage de ce circuit peut être LM.336 ou REF.25Z.
Au terme de ces opérations, il faut insérer les deux circuits intégrés IC1 - IC2, le quartz de 8 MHz, en le fixant sur le circuit imprimé par une goutte d’étain et, en haut, le transformateur en ferrite T1.
A présent, retourner de nouveau le circuit imprimé (voir figure 8), monter les deux poussoirs P1 - P2 et les deux interrupteurs S1 - S2. Ensuite, insérer l’afficheur sur ses deux supports 20 plots.
Cet afficheur est orienté de manière à ce que son repère (voir figure 6) se trouve vers la gauche. S’il était monté différemment, aucun signe ne pourrait apparaître. Ce repère est matérialisé par une petite goutte de verre ou par une petite encoche sur le cadre interne de l’afficheur.
Si les pattes de l’afficheur ne rentrent pas facilement dans le support, il faut les aligner en les appuyant légèrement sur la table de travail. Lors de l’insertion de l’afficheur, prenez garde à ne pas appuyer au centre de ce dernier avec le doigt car la pression exercée pourrait le briser.
Pour compléter la réalisation, insérer dans leurs supports respectifs les 5 circuits intégrés en prenant garde d’orienter leur repère de positionnement comme il est indiqué sur le plan de câblage de la figure 10.
Sur le corps du microprocesseur IC2, vous trouvez une étiquette marquée EP.1407 qui indique que ce microcontrôleur ST6 est programmé pour ce compteur Geiger.
Dans les deux trous à gauche, installer les deux supports en plastique en forme d’anneau qui serviront à fixer le tube Geiger.
Note : La broche positive du tube Geiger se reconnaît facilement car c’est celle qui est le plus éloignée du premier anneau présent sur le corps du tube.
Les deux fils d’alimentation sont fixés aux extrémités du tube à l’aide de deux petits clips ou de petites cosses. Il ne faut pas souder ses deux fils directement sur le tube car il serait irrémédiablement endommagé.
Comme dernière opération, il faut souder sur le circuit imprimé les deux fils du buzzer CP1 et ceux du porte-piles qui sera maintenu sur le circuit imprimé par le support métallique en forme de U.
Tout cela terminé, fixer le circuit imprimé à l’intérieur du coffret à l’aide des deux entretoises adhésives (voir figure 3) puis, sur le dessus du coffret, appuyer le panneau supérieur qui comporte la sérigraphie et fixez-le à l’aide des écrous des deux interrupteurs S1 - S2.
Après avoir inséré 4 piles type R6 de 1,5 volt dans le porte-piles, en respectant les polarités + et -, vous pouvez tester le montage.
Comme nous l’avons déjà mentionné, la lecture est effectuée toutes les 10 secondes et la radioactivité que vous constaterez sera la radioactivité cosmique qui peut varier d’un minimum de 0,001 mR/h à un maximum de 0,020 mR/h. Si au bout d’une demiheure vous appuyez sur le poussoir P2, vous verrez apparaître sur l’afficheur l’indication de la radioactivité maximale détectée par le tube Geiger.
Comme le dit le proverbe « s’y fier est bien, ne pas s’y fier est mieux ». Ainsi, disposant à la maison d’un compteur Geiger, vous ne vous trouverez plus dans les mêmes conditions de ce 26 avril 1986, jour de l’explosion de la centrale nucléaire de Tchernobyl où nous avons été informés avec un retard de 10/12 jours qu’un nuage radioactif avait atteint le Sud de la France et le Nord de l’Italie et que l’on conseillait de ne pas consommer de légumes, de fruits, de champignons, de fromages, de viande et de lait car ils étaient radioactifs alors que la majorité de la population avait consommé en toute quiétude tous ces produits durant presque deux semaines.

Les seuils de la radioactivité
Après avoir réalisé ce compteur Geiger, tout le monde sera intéressé de connaître le seuil de radioactivité au-delà duquel il faut commencer à se préoccuper d’agir. Nous vous soumettons ci-dessous quelques indications utiles.
0,001 - 0,0030 mR/h = Il faut préciser que depuis des millions d’années l’homme est constamment bombardé par la radioactivité en provenance du cosmos laquelle ne dépasse jamais 0,020 mR/h. En haute montagne, elle peut atteindre une valeur de 0,030 mR/h, valeur tolérée par l’organisme humain.
0,040 - 0,050 mR/h = Lorsque, dans l’atmosphère, nous trouvons ces valeurs, cela indique une faible augmentation de la radioactivité qui ne doit pas encore être considérée comme dangereuse. Par contre, si une telle valeur est relevée sur des légumes, de la viande, des fromages, etc., il est conseillé de ne pas en consommer.
0,060 - 0,070 mR/h = C’est la valeur limite que nous pouvons relever dans l’air, mais ce n’est pas encore préoccupant, car cela peut signifier qu’une légère fuite de matière nucléaire est survenue dans une quelconque centrale nucléaire. Cela peut s’atténuer en un temps très bref.
Par contre, il faut considérer ce seuil comme très dangereux si ces valeurs sont mesurées sur un quelconque aliment, car, par son ingestion, nous introduirions dans notre corps une petite source radioactive.
0,080 - 0,090 mR/h = Lorsque l’air révèle ces valeurs, nous atteignons le seuil critique.
Si nous les mesurons sur de la viande, des poissons, du lait ou du fromage il est conseillé de les stocker dans des sachets en plastique et à de les confier à un organisme sanitaire local qui devrait les enfermer dans des récipients spécialement étudiés pour cet usage.
0,100 - 0,150 mR/h = A ces valeurs de radioactivité, nous pouvons rester exposés environ 1 mois sans qu’il ne se manifeste de sérieux problèmes pour l’organisme. Demeurer exposé durant plus de trois mois serait, par contre, très dangereux.
0,200 - 0,350 mR/h = Nous traitons là de valeurs déjà très dangereuses. Il est conseillé de ne pas rester exposé plus d’un mois ; il est même possible de voir se manifester des symptômes tels que des malaises et de forts maux de tête.
Au-dessus de 0,350 mR/h = Nous constatons déjà de sérieux dommages à l’organisme : chute de cheveux, vomissements, augmentation de l’anémie et possible apparition de tumeurs malignes.
Il faut préciser que la dose de radioactivité que notre corps peut tolérer est subordonnée au temps d’exposition.
Si, dans les déchets d’une décharge, il est mesuré une radioactivité supérieure à 0,350 mR/h nous pouvons rester à proximité durant une paire d’heures car si nous nous en éloignons, la radioactivité redescendra rapidement au-dessous des valeurs minimales de 0,020 mR/h.

Impédancemètre d'antenne

Pour connaître l’impédance d’une antenne il faut utiliser des appareils spécifiques qui ne font pas partie des équipements traditionnels du passionné.
Dans cet article, nous vous proposons un pont résistif qui, non seulement, vous permettra de mesurer l’impédance (en ohms) d’une antenne mais vous permettra également de connaître le rapport de transformation d’un balun ou d’établir la longueur exacte d’un câble coaxial de 1/4 d’onde utilisé comme transformateur d’impédance.


Pour mesurer l’impédance d’une antenne, il est souvent proposé l’utilisation d’un pont résistif construit suivant le schéma de la figure 3. Ce type de montage présente pourtant de nombreux inconvénients.
En effet, la résistance R3, reliée en série entre l’entrée et la sortie du pont, doit forcément être de type non inductive et pouvoir dissiper une puissance supérieure à celle débitée par l’émetteur.
Aujourd’hui, l’approvisionnement de résistances non inductives de 52 à 72 Ω et d’une puissance comprise entre 50 et 100 W, se révèle très difficile. En outre, ces composants présentent un autre inconvénient. Travaillant à des puissances très élevées, ils chauffent et leur valeur ohmique baisse avec l’augmentation de la température.
Dans certains ponts, cette résistance est remplacée par un potentiomètre qui, par contre, ne peut supporter des puissances très importantes et n’acceptera sur son entrée que des signaux de 0,5 W maximum. Par ailleurs, le graphite du potentiomètre étant de forme circulaire, il se comporte comme une spire et génère une inductance en série avec le câble coaxial. Ce phénomène fausse les mesures d’impédance effectuées sur les antennes.
Alors, la solution ? Notre impédancemètre d’antenne !

Etude du schéma
Le pont de la figure 4 est capable de mesurer avec précision une valeur d’impédance quelconque.
Dans ce circuit, la résistance R3 est un trimmer de 500 Ω qui, ayant une très faible induction, permet d’effectuer des mesures précises, même sur les fréquences VHF.
Mais, comme nous venons de l’expliquer précédemment, sur ce type de circuit nous ne pouvons appliquer un signal d’une puissance supérieure à 0,5 W. Il n’est donc pas question de raccorder à ce pont des signaux HF provenant d’un émetteur mais exclusivement des signaux provenant d’un générateur HF. En effet, ce dernier fournit des puissances qui sont généralement comprises entre 10 et 20 milliwatts.
Comme vous pouvez l’imaginer, la tension de sortie de notre pont ne sera que de quelques millivolts. Même un multimètre réglé sur sa plus petite échelle ne pourrait pas lire des valeurs de tension si faibles. Pour résoudre ce problème, il faut amplifier la tension, redressée par la diode DS1, et c’est le rôle de l’amplificateur opérationnel IC1 (voir figure 4).
Avec les valeurs données aux résistances R11 et R10, IC1 amplifie environ 9 fois la tension appliquée sur son entrée non inverseuse. Donc, il fournit, en sortie, une tension d’environ 3 volts.
Cette valeur de tension peut être facilement lue par n’importe quel multimètre.
La diode LED DL1, reliée en série avec la diode zener DZ1, s’allume lorsque le circuit est mis sous tension ou lorsque la pile d’alimentation de 9 V est presque complètement déchargée.

Figure 1 : Vue du pont, côté composants.
La pile doit être insérée dans l’emplacement prévu en bas du boîtier.


Figure 2 : Vue du pont du côté des pistes imprimées.

Figure 3 : Schéma électrique d’un pont classique dont nous déconseillons l’utilisation car il présente de nombreux inconvénients (lire le texte).

Figure 4 : Comme vous pouvez le comprendre à partir de ce schéma électrique, un pont capable de mesurer l’impédance d’une antenne est légèrement plus complexe que le pont dont le schéma est donné en figure 3. Le signal HF est redressé par la diode DS1 puis amplifié par le circuit intégré IC1. Sur l’entrée de ce pont, il n’est pas question d’injecter le signal, trop puissant, d’un émetteur mais le signal provenant d’un générateur HF.

Figure 5a : Dessin du circuit imprimé de l’impédancemètre d’antenne à l’échelle 1.

Figure 5b : Plan d’implantation des composants du pont qui vous permettra de mesurer l’impédance de toutes sortes d’antennes.

Liste des composants du LX.1393
R1 : 47 Ω
R2 : 47 Ω
R3 : 500 Ω trimmer
R4 : 10 kΩ
R5 : 10 kΩ
R6 : 1 kΩ
R7 : 1 MΩ
R8 : 220 Ω
R9 : 10 kΩ
R10 : 10 kΩ
R11 : 82 kΩ
R12 : 1 kΩ
C1 : 10 nF céramique
C2 : 10 nF céramique
C3 : 10 nF céramique
C4 : 10 nF céramique
C5 : 10 μF électr.
C6 : 10 nF céramique
C7 : 100 pF céramique
C8 : 47 μF électr.
C9 : 100 nF céramique
C10 : 100 nF céramique
JAF1 : self 10 μH
JAF2 : self 10 μH
DS1 : diode schottky 1N5711
DZ1 : diode zener 5,1 V 1/2 watt
DL1 : diode LED rouge
IC1 : circuit intégré CA3130
S1 : interrupteur


Réalisation pratique du pont
Tous les composants indiqués sur le plan d’implantation de la figure 5b, doivent être montés sur le circuit imprimé LX.1393 dont le dessin est donné en figure 5a.
Nous vous conseillons de souder d’abord le support pour le circuit intégré IC1 et, ensuite, toutes les résistances. Poursuivez le montage en soudant le trimmer R3, la diode DS1, en dirigeant sa bague noire vers le condensateur céramique C2 et la diode zener DZ1, en dirigeant sa bague noire vers la résistance R8 (voir figure 5b).
La diode schottky peut être remplacée exclusivement par ses équivalents BAR10 ou HP8052.
Soudez maintenant tous les condensateurs céramiques et les deux électrolytiques C5 et C8, en faisant attention à leurs polarités respectives.
Après avoir soudé les selfs JAF1 et JAF2, insérez le circuit intégré IC1 dans son support, en dirigeant son encoche-détrompeur vers le condensateur céramique C7.
Une fois le montage de la carte terminé, fixez les deux connecteurs BNC dans les deux trous latéraux du boîtier métallique.
Montez ensuite, les deux douilles banane de châssis pour la sortie vers le multimètre (voir figure 7).
Enfin, montez l’interrupteur S1 et insérez le circuit à l’intérieur du boîtier, en faisant coïncider le trou présent sur la face supérieure et le curseur du trimmer R3.
Maintenant, soudez les points de masse du circuit imprimé aux côtés du boîtier (voir figure 6).
Reliez, à l’aide de queues de résistances ou de petits bouts de fil de cuivre étamé, les deux connecteurs BNC, les deux douilles banane et l’interrupteur S1 aux emplacements prévus sur le circuit imprimé.
Terminez le montage en soudant les deux fils de la prise de pile et la diode LED, en la pliant en L et en la disposant comme indiqué sur la figure 5b.
Quand la pile de 9 V est installée, pour faire fonctionner le pont, il suffit de basculer l’inverseur S1 de façon à ce que la LED s’allume.
Avant utilisation, le boîtier doit être fermé par ses deux couvercles.

Figure 6 : Comme vous pouvez le voir sur ce dessin, la masse du circuit imprimé doit être soudée en plusieurs points au boîtier métallique.

Figure 7 : Les bagues isolantes des douilles bananes pour la sortie multimètre doivent être placées du côté intérieur du boîtier.

Figure 8 : Brochage de l’amplificateur opérationnel IC1, CA3130 et dessin de la diode LED. Comme vous pouvez le voir sur la figure 5b, la broche plus longue de la diode, indiquée avec la lettre A, doit être dirigée vers l’interrupteur S1.

Sur le banc d’essai
Pour vérifier le bon fonctionnement de l’appareil, appliquez sur son entrée un signal provenant d’un générateur HF et connectez un multimètre, réglé sur l’échelle 3 volts, aux douilles banane de sortie (voir figure 9).
Ensuite, réglez l’amplitude du signal en sortie du générateur HF jusqu’à ce que le multimètre indique une tension d’environ 2 à 3 volts.
Note : une tension de 1,5 volt est déjà suffisante.
Maintenant, connectez une résistance de 47 à 56 Ω sur la sortie BNC (voir figure 10) puis tournez le curseur du trimmer R3 jusqu’à ce que l’aiguille du multimètre bascule rapidement vers 0 volt.
Ensuite, débranchez le générateur HF et la résistance, commutez le multimètre sur l’échelle « ohm » et, en connectant ses pointes de touche sur l’âme des prises BNC d’entrée et sortie du pont (voir figure 11), mesurez la valeur ohmique du trimmer R3.
Si cette procédure a été correctement suivie, la valeur du trimmer doit correspondre exactement à la valeur de la résistance utilisée pour le calibrage (entre 47 et 56 Ω).
Notre instrument est prêt à mesurer l’impédance de toutes sortes d’antennes !

Figure 9 : Pour calibrer le pont, connectez un générateur HF sur son entrée et réglez l’amplitude du signal en sortie jusqu’à ce que l’aiguille du multimètre se positionne à fond d’échelle de 1 ou 1,5 V.

Figure 10 : Une fois cette opération effectuée, connectez une résistance entre 47 et 56 Ω sur la sortie du pont et tournez le curseur du trimmer R3 jusqu’à faire basculer l’aiguille du multimètre sur la position 0 V.

Figure 11 : Déconnectez le générateur HF et la résistance reliée à la sortie du pont. Après avoir commuté le multimètre sur ohm, connectez ses pointes de touche sur l’âme des BNC d’entrée et de sortie pour lire la valeur du trimmer R3. Cette valeur correspond à la valeur de la résistance précédemment utilisée. En utilisant le même principe, vous pouvez facilement mesurer la valeur d’impédance d’une antenne sur sa fréquence de travail.

Figure 12 : Pour mesurer l’impédance d’une antenne dipôle, réglez le générateur sur la fréquence centrale de l’antenne et tournez le curseur du trimmer R3 jusqu’à ce que l’aiguille descende à 0 V.
Ensuite, mesurez la valeur du trimmer R3 (voir figure 11) qui correspondra exactement à l’impédance de l’antenne dipôle.


Figure 13 : Pour vérifier si les trappes d’un dipôle multibande ont été bien calculées, tournez le curseur du trimmer R3 jusqu’à obtenir une valeur de 52 Ω. Ensuite, balayez la bande avec le générateur HF, en partant de la fréquence minimale pour aller à la fréquence maximale. Vous remarquerez que chaque fois que le générateur passera sur une fréquence d’accord, l’aiguille du multimètre basculera rapidement vers 0 V.

Figure 14 : Pour connaître la fréquence d’accord d’une antenne verticale mobile, il faut d’abord qu’elle soit mise en place.
Connectez ensuite à l’impédancemètre, le générateur HF et le câble coaxial de l’antenne. Réglez le trimmer R3 sur 52 Ω et recherchez, sur le générateur HF, la fréquence d’accord qui fera dévier l’aiguille du multimètre sur la position 0 V.


Figure 15 : Pour contrôler le rapport de transformation d’un balun, vous devez d’abord régler le trimmer R3 sur 52 Ω. Ensuite, connectez le primaire du balun sur la sortie du pont. Puis, envoyez un signal HF ayant la même fréquence que celle de la fréquence de travail de l’antenne. Tournez alors le curseur du trimmer 500 Ω relié au secondaire du balun, jusqu’à ce que l’aiguille bascule vers 0 V. La valeur du trimmer 500 Ω permet de connaître le rapport de transformation du balun.

Figure 16 : Pour connaître l’impédance à la sortie d’un morceau de câble coaxial de 1/4 d’onde, il faut d’abord régler le trimmer R3 jusqu’à ce que le multimètre indique 52 Ω. Ensuite, réglez le générateur HF sur la fréquence de travail de l’antenne. Tournez alors le curseur du trimmer 500 Ω connecté sur la sortie du câble, jusqu’à ce que l’aiguille du multimètre se positionne sur 0 V. La valeur qui sera mesurée sur le trimmer 500 Ω vous permettra de calculer l’impédance en sortie du câble coaxial.
Note : la valeur de l’impédance du câble coaxial de 1/4 d’onde se calcule avec la formule donnée dans le texte.


Figure 17 : Notre impédancemètre vous permettra de vérifier qu’un morceau de câble coaxial taillé sur 1/4 d’onde et replié en U formera un transformateur d’impédance 52 Ω à environ 200 Ω.
Réglez d’abord le trimmer R3 sur 52 Ω. Connectez alors, sur l’entrée du pont, le générateur HF calé sur la fréquence de travail de l’antenne. Sur la sortie, raccordez votre transformateur d’impédance en coaxial. Tournez le curseur du trimmer 500 Ω jusqu’à ce que l’aiguille du multimètre bascule vers 0 V.
La valeur lue aux bornes du trimmer de 500 Ω correspondra à l’impédance de sortie du balun coaxial.


Comment modifier l’impédance d’une antenne
Tous les passionnés du domaine des radiocommunications savent qu’en modifiant la longueur physique d’une antenne, on modifie également son impédance. Dans le cas d’une antenne directive, composée de plusieurs éléments parasites, on peut éloigner ou approcher l’élément réflecteur ou le premier directeur de son dipôle.
Lorsque vous installez une antenne dont l’impédance caractéristique est donnée pour 52 Ω, même si c’est une antenne commerciale et même si vous l’avez payé fort cher, elle présentera toujours un certain taux d’ondes stationnaires.
En effet, elle a été calculée pour des conditions idéales, jamais atteintes dans la réalité d’une installation sur un toit de maison.
Le même phénomène reste valable pour les antennes destinées à être montées sur les véhicules. C’est pour cette raison que ces aériens disposent toujours d’une possibilité de réglage de longueur. Certains modèles d’antennes verticales pour véhicule ont une longueur fixe mais sont équipés d’un petit disque métallique pouvant coulisser sur toute la hauteur du brin en se comportant comme un condensateur (voir figure 14).

Comment mesurer l’impédance d’une antenne
Avant toute chose, commencez par connecter l’antenne en examen sur la sortie du pont (voir figure 12), puis choisissez une fréquence sur le générateur HF et réglez le trimmer R3 jusqu’à ce que le multimètre mesure une tension de 0 V.
Ensuite, débranchez le générateur et l’antenne du pont, puis mesurez la valeur ohmique du trimmer R3 en plaçant les pointes de touche sur l’âme des prises entrée et sortie (voir figure 11). Le résultat de cette lecture correspondra à la valeur de l’impédance de l’antenne. Pour obtenir des valeurs différentes, il suffit de faire varier la longueur du dipôle.
Donnons maintenant un exemple concret de mesure d’impédance sur une antenne 144-146 MHz.
Réglez le générateur HF sur 145 MHz (centre de la bande), puis tournez le curseur du trimmer R3 jusqu’à ce que l’aiguille du multimètre se positionne sur 0 V. Une fois l’antenne et le générateur déconnectés, le multimètre (commuté sur ohm) indiquera une valeur ohmique de 53 Ω. Cela veut dire que la valeur de l’impédance de l’antenne est aussi égale à 53 Ω.
Lors de l’utilisation de ce pont, vous remarquerez que lorsque la fréquence émise par le générateur HF augmente, l’aiguille du multimètre n’atteint plus le 0 V mais se stabilise à une tension d’environ 0,5 ou 0,6 V. Mais, même dans ce cas, vous pourrez toujours voir nettement à quel moment l’aiguille du multimètre retombe vers le minimum.

Comment contrôler les antennes dipôle multibande
Un certain nombre de dipôles multibande commerciaux sont disponibles sur le marché. Il est également possible de les construire soi-même.
La réalisation de tels dipôles dépasse le cadre de notre article mais sachez que des « trappes » sont judicieusement placées sur chacun des brins constituant l’antenne. Leur nombre varie en fonction du nombre de bandes à couvrir.
Note : Les trappes sont des circuits LC (self-condensateur) ou équivalent LC et sont destinées à « découper » électriquement une antenne sur différentes fréquences. Bien entendu, la valeur des trappes et leur emplacement sur l’antenne sont calculés en fonction des fréquences de travail à obtenir.
Pour vérifier que les caractéristiques de ces trappes aient été bien calculées, réglez le trimmer R3 jusqu’à l’obtention d’une valeur ohmique située entre 50 et 52 Ω. Ensuite, connectez un câble coaxial venant de l’antenne sur la sortie du pont et le générateur HF sur son entrée (voir figure 13).
Supposons que nous voulions vérifier l’accord d’un dipôle multibande sur les fréquences 14, 30 et 50 MHz. Pour ce faire, placez le générateur HF sur l’échelle 10 à 60 MHz et tournez lentement le bouton de réglage de la fréquence.
Si les trappes ont été bien calculées, l’aiguille du multimètre atteindra la valeur de 0 V lorsque vous passerez sur 14, 30 et 50 MHz. Remarquez que si l’aiguille se déplace vers 0 V à des fréquences différentes de celles normalement prévues, il est nécessaire de modifier le nombre de spires des trappes jusqu’à obtenir un parfait synchronisme.
Remarque : Sur les dipôles multibande, on peut constater un phénomène très intéressant : l’aiguille du multimètre bascule sur 0 V à chaque fréquence égale à 3 fois celle d’accord. Dans notre cas, on aura un déplacement de l’aiguille sur 14 x 3 = 42 MHz, un autre sur 30 x 3 = 90 MHz et le dernier sur 50 x 3 = 150 MHz.

Comment accorder une antenne mobile
Pour connaître la fréquence à laquelle une antenne mobile présente une impédance de 52 Ω, vous devez d’abord la mettre en place à l’endroit prévu.
Ensuite, vous devez connecter le générateur HF sur l’entrée du pont et le câble coaxial venant de l’antenne sur sa sortie.
Après avoir réglé le trimmer R3 sur une valeur ohmique de 52 Ω, tournez le bouton du générateur HF jusqu’à ce que l’aiguille du multimètre, lui aussi relié au pont, bascule sur 0 V.
Si l’antenne a été fabriquée pour fonctionner sur les fréquences situées entre 144 et 146 MHz et que l’aiguille tombe à 0 V lorsque le générateur passe sur 140 MHz, cela signifie que le brin doit être légèrement raccourci.
A l’inverse, si l’aiguille du multimètre indique 0 V lorsque le générateur passe sur 150 MHz, cela veut dire qu’il faut rallonger le brin de l’antenne.
Comme nous l’avons dit plus haut, certaines antennes ont un brin de longueur fixe mais qui disposent d’un petit disque métallique coulissant pouvant être déplacé sur toute la hauteur. C’est en déplaçant ce disque que vous rechercherez l’impédance de 52 Ω (voir figure 14).

Contrôle d’un balun
Le pont que vous avez réalisé, vous donne aussi la possibilité de contrôler le rapport de transformation d’un balun et d’évaluer sa largeur de bande.
Note : BALUN est la contraction des mots anglais BALanced-UNbalanced, ce qui signifie symétrique-asymétrique.
Pour simplifier : un balun est destiné à réaliser une adaptation entre un dipôle symétrique par construction et le câble coaxial qui, lui, est asymétrique.
Il peut également être utilisé comme transformateur d’impédance.
Avant d’effectuer cette mesure, tournez le curseur du trimmer R3 afin d’obtenir une valeur ohmique située entre 50 et 52 Ω. Sur l’entrée du pont, raccordez un générateur HF tandis que sur sa sortie, vous connecterez le primaire du balun. Sur le secondaire, reliez un petit trimmer de 500 Ω (voir figure 15).
Après avoir choisi la fréquence de travail du générateur, tournez doucement le curseur du trimmer 500 Ω du balun jusqu’à ce que l’aiguille du multimètre bascule sur 0 V. Mesurez alors la valeur ohmique aux bornes du trimmer du balun.
Si le multimètre indique, par exemple 200 Ω, le rapport de transformation du balun sera :
200 : 52 = 3,8

Pour obtenir un rapport différent et pouvoir ainsi adapter le 52 Ω du câble coaxial aux valeurs d’impédance de 250 ou 300 Ω, il faut ajouter des spires au secondaire du balun.
Après avoir trouvé la valeur ohmique du trimmer aux bornes du balun produisant une tension de 0 V en sortie du pont, modifiez la fréquence du générateur HF.
Si vous avez utilisé un tore en ferrite ayant une perméabilité moyenne, vous remarquerez que l’aiguille du multimètre reste immobile entre les fréquences allant de 7 à 100 MHz.
Si vous rencontrez le besoin d’un balun pouvant fonctionner au-dessous de 7 MHz ou au-dessus de 100 MHz, il vous faudra choisir des tores ayant une perméabilité différente et vérifier la gamme de fréquence de fonctionnement de votre balun.

Transformateur câble coaxial 1/4 d’onde
Pour adapter deux valeurs différentes d’impédance, on utilise un morceau de câble coaxial de longueur égale à un 1/4 d’onde. Pour savoir quelle doit être la valeur de l’impédance de ce câble, on utilise la formule suivante :
Z 1/4 l = v (Z antenne x Z câble de descente)

La longueur du morceau de câble coaxial de 1/4 l doit être ensuite être multipliée par son coefficient de vélocité, qui est égal à 0,66 pour les câbles de 52 Ω et à 0,80 pour ceux de 75 Ω.
En raison des tolérances des coefficients de vélocité, il arrive fréquemment que le câble coaxial soit coupé plus long ou plus court que sa taille idéale.
Nous pouvons vous rassurer en affirmant que les longueurs des câbles, obtenues à l’aide des formules théoriques, sont toujours légèrement supérieures à celles définitives. De cette façon, vous aurez la possibilité de les modifier et d’atteindre les valeurs exactes.
Le pont en notre possession, nous permet aussi de vérifier que le câble utilisé ait la bonne longueur. Pour effectuer ce contrôle, tournez le curseur de R3 jusqu’à obtenir une valeur ohmique équivalente à celle du câble de descente d’antenne, c’est-à-dire entre 50 et 52 Ω. Connectez le générateur HF et le câble coaxial 1/4 d’onde sur l’extrémité duquel vous devez souder un trimmer de 500 Ω (voir figure 16).
Après avoir réglé le générateur HF sur la fréquence centrale de l’antenne, réglez le trimmer 500 Ω jusqu’à obtenir une tension 0 V lue sur le multimètre.
Maintenant, déconnectez le câble coaxial et mesurez la valeur ohmique du trimmer. Si cette dernière est supérieure ou inférieure à l’impédance de l’antenne, vous devez respectivement rallonger ou raccourcir la longueur du câble coaxial.
Comme vous l’avez sûrement remarqué, la bande passante de ce morceau de câble est très faible. Cela veut dire que sur une antenne ayant son centre de bande à 30 MHz, ce câble adaptateur ne fonctionnera convenablement que sur les fréquences situées entre 28 et 32 MHz.
Si on essaie de sortir de cette gamme, il résultera une augmentation importante du taux d’ondes stationnaires.
En modifiant la fréquence du générateur HF, vous pouvez connaître la valeur de la fréquence maximale et minimale de résonance de l’antenne car, en cas de dépassement de ces valeurs, l’aiguille du multimètre montera rapidement à fond d’échelle.
Quand vous maîtriserez bien le pont, vous vous rendrez compte de la facilité avec laquelle on peut effectuer la mesure d’impédance d’une antenne, connaître sa fréquence centrale de travail et modifier le rapport de transformation d’un balun quelconque pour pouvoir l’adapter à la valeur de l’antenne.

Filtre électronique pour cassettes vidéo

Il nous arrive souvent de regarder des cassettes vidéo mal enregistrées, pleines d’interférences avec des images mal définies et peu nettes.
Pour améliorer la qualité de l’image il ne sert à rien d’amplifier le signal à la sortie du magnétoscope. Tout serait alors amplifié, les défauts compris. Il faut, au contraire, un dispositif permettant de remettre en ordre la synchronisation et le burst, en retraitant séparément la partie purement vidéo. Le montage que nous vous proposons dans ces pages est destiné à accomplir cette tâche.


Combien de fois vous est-il arrivé de voir des cassettes mal enregistrées, avec des variations de luminosité, des couleurs délavées ou des rayures horizontales très gênantes ?
Bien souvent, le problème se manifeste sur des cassettes vidéo enregistrées par des amateurs qui utilisent deux magnétoscopes.
Tout comme pour les cassettes audio, une dégradation du signal apparaît lors du passage d’un appareil à l’autre. Par fois, et c’est encore plus désagréable, des cassettes originales du commerce, achetées et payées au prix fort ont le même défaut. Cela provient tout simplement du système de protection contre la copie qui détériore le signal en rajoutant des parasites, au seul prétexte d’empêcher la duplication.
Avec certains magnétoscopes de haute qualité, ces parasites sont amplifiés au point de gêner franchement la vision de l’enregistrement. La solution élémentaire et immédiate pour améliorer les choses, tout en garantissant une qualité acceptable, pourrait être de raccorder un amplificateur à large bande à la sortie du système de lecture. Cet amplificateur devrait être capable de relever le niveau du signal pour compenser l’atténuation due à la médiocrité du support, si la cassette est trop bas de gamme.
Toutefois, ceci n’est pas toujours suffisant.
Bien souvent, au contraire, le résultat est tout autre que celui attendu. Un signal vidéo peut être amplifié uniquement si ses signaux de synchronisation, de burst ou d’entrelacement sont nets. Sinon, avec l’habituel ampli à gain variable, on augmente également le niveau de bruit et, au lieu de s’améliorer, on s’aperçoit que le signal se détériore sensiblement
La solution idéale consiste à raccorder, sur la sortie du magnétoscope, un appareil capable de séparer les signaux de synchronisation et de contrôle du signal vidéo, de les débarrasser des bruits parasites éventuels, puis de restituer, à la sortie, un signal vidéo composite pratiquement parfait.
La mise en œuvre est évidemment difficile mais, heureusement, la technologie moderne apporte régulièrement de nouveaux composants électroniques.
Ceux-ci permettent d’élaborer un signal vidéo par le biais de la digitalisation, en fournissant une amplification sélective limitée et en permettant la reconstitution des signaux de synchronisation.
Notre filtre électronique pour cassettes vidéo utilise un de ces composants.



Etude du schéma
Dès le premier coup d’oeil au schéma électronique, nous constatons une certaine complexité due à la présence de deux circuits intégrés, l’un standard, l’autre particulier. Le premier est U5, le séparateur de synchronisation très connu LM1881, produit par National Semiconductor et utilisé dans de nombreux téléviseurs pour obtenir l’impulsion de démarrage de ligne (top de synchro de ligne), ainsi que le flyback. (retour du spot lumineux).
Dans notre dispositif, le composant de National Semiconductor permet d’extraire les tops de démarrage de ligne (toutes les 64 ms) ainsi que les impulsions de fin d’écran (chaque 20 ms en supposant qu’on utilise le système PAL à 50 Hz), pour ensuite les envoyer au circuit U6. Ce dernier est un PLD (Programmable Logic Device, qui est un dispositif composé d’une logique élémentaire programmable) de la firme Lattice de type ispLSI 1016.


Si ce PLD est correctement programmé avant son utilisation et sa mise en place dans le circuit, il permet de générer de nouvelles impulsions de synchronisme horizontal et vertical avec lesquelles il pilote les interrupteurs CMOS présents dans U2.
Ceci afin de faire transiter uniquement le signal vidéo pur en filtrant les éventuels pics et en faisant aussi sortir ceux-ci une fois retravaillés et corrigés.
U4 est le circuit d’horloge à 24 MHz qui pilote le circuit intégré U6.
Une fois fournies ces premières explications de principe, essayons de les approfondir un peu, sans toutefois aller trop loin dans les détails, étant entendu que le but de cet article est en fait de donner le fil conducteur pour apprendre à se servir du système.
Supposons que nous voulions dupliquer une cassette vidéo « brouillée ».
Analysons le circuit en partant de l’entrée IN.
Sur cette entrée est injecté le signal vidéo en provenance de la prise SCART (prise PERITEL) du premier magnétoscope, celui qui lit la cassette à dupliquer.
Ce signal est envoyé d’un côté, via C5 et C6, aux interrupteurs CMOS U2a et U2b et, de l’autre côté, est appliqué, au travers de C2, à l’entrée du séparateur U5.
Notez le montage en parallèle C5/C6 qui constitue un « élargisseur » de bande passante. Même chose à la sortie pour C8/C9. Notez aussi la présence du pont R3/R4, dont l’objectif est de fournir la polarisation à U3 quand U2b est activé et porte le signal vers le filtre R5/C7.
Evidemment tous les interrupteurs CMOS doivent être préalablement éteints, tout au moins tant que le PLD (U6) qui les commande ne reçoit pas les signaux de synchronisation du LM1881 (U5).
U5 va permettre d’extraire du signal vidéo présent sur sa broche 2 les quatre signaux suivants : la synchronisation horizontale, la synchronisation verticale, le burst et l’information concernant le désentrelacement de l’image sur l’écran.
Voyons maintenant ce qui se passe dans ce que nous pouvons considérer comme le cœur du filtre digital : le circuit ispLSI 1016 de chez Lattice. Il s’agit d’un PLD à 2 000 portes, permettant de travailler à une fréquence maximale de 125 MHz. Ce PLD est spécialement programmé pour gérer les signaux de synchronisation provenant du LM1881, ainsi que pour générer des niveaux logiques de commande pour les interrupteurs CMOS présents dans U2 (CD4066) afin de reconstruire les impulsions de synchronisation. Pour comprendre son fonctionnement, ainsi que de celui de l’ensemble, il faut d’abord savoir qu’actuellement le signal vidéo de la cassette enregistrée au standard PAL n’est pas entièrement visible par l’utilisateur, puisqu’il est composé de 625 lignes.
En fait les 19 premières lignes contiennent les signaux de synchronisation et le burst, éventuellement le télétexte et le copy-protect. Seules 583 lignes sont réellement créées pour s’afficher à l’écran. Les dernières sont éliminées, même si elles contiennent des informations vidéo utilisables.
L’objectif du PLD est de séparer les 19 premières lignes en se synchronisant avec le « composite sync. » qui sort du LM1881. Puis le PLD les dénombre et filtre le signal vidéo composite pour la période correspondante, de manière à éliminer les perturbations ainsi que les impulsions de protection de la duplication qui altèrent le signal. Le signal est enfin restitué, une fois nettoyé. En pratique, le circuit de la firme Lattice fait cela à partir de la première impulsion horizontale relevée sur le front descendant, après une transition positive de l’impulsion verticale. Il compte les pics en provenance de la broche 1 de U5 jusqu’au dix-neuvième. Puis avec un 1 logique (broche 26 du U6 et broche 5 de U2b) U6 active l’interrupteur CMOS U2b.
Le signal vidéo arrivant sur l’entrée IN, passe donc par le filtre R5/C7 qui supprime chaque synchronisation (pic de luminosité et autres). Ce filtre restitue ainsi à la sortie de U3, monté en amplificateur non inverseur, un niveau qui correspond au noir, et qui, par conséquent, obscurcit la partie haute de l’écran du téléviseur.
U2c et U2d, mis en parallèle afin de réduire la résistance en série, sont activés par les broches 25 et 27 du PLD.
Une fois passées les 19 lignes évoquées ci-dessus, U6 suspend le comptage et se remet à zéro. Il remet la broche 26 à l’état logique bas, ouvrant par là même, l’interrupteur U2b. U6, via sa broche 28 mise à l’état logique haut, va activer le commutateur U2a.
Ainsi le signal vidéo évite le filtre et l’amplificateur U3 pour arriver directement aux condensateurs C8/C9 puis à la base du transistor de sortie T1.
Dans ce cas, on suppose qu’il n’y a plus d’interférences ni de pics de protection et que, par conséquent, le signal vidéo peut passer proprement.
A partir de l’émetteur du transistor, le signal rejoint le connecteur de sortie via C3/C4, (pour lequel on retrouve les mêmes considérations que pour le C5/C6 en ce qui concerne la bande passante), d’où il peut être repris et envoyé vers l’entrée vidéo du magnétoscope en charge du réenregistrement.
Le circuit peut être alimenté en continu (9 V à 25 V) ou en alternatif (8 V à 18 V), sans s’occuper de la polarité des bornes Val grâce au pont de diodes PT1. Les condensateurs C10 et C12 filtrent et lissent la tension. La diode LD1 indique, en s’éclairant, la présence de l’alimentation. U1 est un régulateur classique intégré 7805. Il délivre les 5 volts nécessaires aux circuits intégrés.

Figure 1 : Schéma électrique.

Figure 2 : Circuit imprimé à l’échelle 1.

Figure 3 : Implantation des composants.


Liste des composants
R1 : 3,3 kΩ
R2 : 82 Ω
R3 : 4,7 kΩ
R4 : 4,7 kΩ
R5 : 1,5 kΩ
R6 : 680 kΩ
R7 : 470 Ω
R8 : 3,3 kΩ
R9 : 1 kΩ
R10 : 1 kΩ
R11 : 68 Ω
C1 : 100 nF multicouche
C2 : 100 nF polyester
C3 : 100 nF multicouche
C4 : 47 μF 16 V électrolytique
C5 : 47 μF 16 V électrolytique
C6 : 100 nF multicouche
C7 : 100 nF multicouche
C8 : 47 μF 16VL électrolytique
C9 : 100 nF multicouche
C10 : 100 nF multicouche
C11 : 100 nF multicouche
C12 : 470 μF 25 V électrolytique
C13 : 470 μF 16V électrolytique
C14 : 100 nF multicouche
C15 : 100 nF multicouche
C16 : 220 μF 16 V électrolytique
LD1 : LED rouge 5 mm
PT1 : Pont de diodes 1 A
U1 : Régulateur 7805
U2 : Circuit intégré 4066
U3 : Circuit intégré LM358
U4 : Oscillateur 24 MHz
U5 : LM1881N
U6 : PLD Lattice ispLSI 1016 (software MF282)
T1 : Transistor NPN BC547B

Divers :
- Prise alimentation pour CI
- Prise RCA pour CI (2)
- Support circuit intégré 44 broches
- Support circuit intégré 2x7
- Support circuit intégré 2x4 (2)
- Circuit imprimé Réf. S282.

(Toutes les résistances sont des 1/4 W 5 %)



Le chip ispLSI 1016 de Lattice.

Le PLD (Programmable Logic Device – circuit logique programmable) utilisée dans ce dispositif, est parfaitement programmé pour générer de nouvelles impulsions de synchronisation horizontale et verticale, avec lesquelles il pilote les interrupteurs CMOS afin de faire transiter un signal vidéo pur, nettoyé de tous parasites.

Le système anticopie VIDEO-PROTECT

La protection insérée dans certaines cassettes vidéo pour en empêcher la reproduction n’est rien d’autre qu’un brouillage dans la partie « non visible » du signal vidéo. En pratique, on enregistre des pics de luminosité très élevés (jusqu’à 10 volts) dans les premières lignes du signal où sont habituellement inscrites les données du télétexte. De cette façon, le signal de sortie est saturé dans une zone où il ne devrait y avoir aucune gêne.


Le problème se présente quand le signal en question est envoyé à des matériels dotés de l’AGC (contrôle automatique de gain).
Comme les pics de luminosité sont importants, l’AGC (pensant compenser) va diminuer le niveau du signal et il en résultera une image plus sombre.


Sur les magnétoscopes les plus récents, le contrôle du gain est déterminant quand il est utilisé pour équilibrer la perte due à la détérioration des bandes magnétiques et à l’encrassement des têtes d’enregistrement. Le niveau du signal vidéo étant considérablement abaissé, il s’ensuit une perte des synchronisations ainsi que des couleurs, ce qui entraîne une considérable détérioration de l’image sur la copie.

Réalisation pratique
Bien, maintenant que nous connaissons la théorie, nous pouvons commencer à construire le filtre vidéo. Tout d’abord préparons le circuit imprimé dont nous trouvons la photo côté pistes à l’échelle 1 dans la figure 2. En faisant une photocopie sur du papier calque, le film pour la photogravure est immédiatement prêt.
Une fois le circuit coupé et percé, on monte tout d’abord les résistances et les supports pour les intégrés. Faites attention à U2, U3 et U5 qui nécessitent des supports normaux (respectivement 2x7, 2x4 et 2x4 broches), alors que U6 a besoin d’un support PLCC à 44 broches.
Après cela, passons aux condensateurs en accordant une attention toute particulière à la polarité des chimiques, à l’oscillateur à quartz U4 (utiliser un modèle à 24 MHz), ainsi qu’au régulateur 7805 qui doit être monté à plat avec la partie métallique bien en contact avec le circuit imprimé.
Puis c’est au tour du pont de diodes (regardez la disposition des composants sur la figure 3 pour son orientation) et de la diode LED LD1. Pour cette dernière, rappelez-vous que le méplat indique la cathode et doit être tournée vers U1.
N’oubliez pas le petit strap qui se trouve près du support de U3. Pour cela vous devez utiliser un bout de fil de cuivre de 0,6 à 0,8 mm de diamètre ou une queue de résistance. Pour les connexions d’entrée et de sortie, il est préférable de souder des prises RCA mono à 90° sur le circuit imprimé. Il faut également prévoir une fiche d’alimentation à souder sur CI.
Ceci étant fait, le filtre électronique pour cassettes vidéo est prêt. Insérez un à un les circuits intégrés dans leurs supports, en veillant à ne pas plier les pattes et en les orientant correctement (regardez le pan de montage de la figure 3), puis contrôlez bien l’ensemble.
Lors de l’utilisation, rappelez-vous que le seul signal vidéo doit être appliqué au filtre, sans le signal audio. Plusieurs solutions peuvent êtres mises en œuvre :
– Extraire le signal vidéo du câble SCART/SCART (PERITEL) qui relie les deux magnétoscopes. Pour ce faire, il suffit de couper l’âme du petit câble blindé soudé à la broche 19 (OUT VIDEO) sur la prise côté magnétoscope « lecteur » ainsi que sa masse soudée à la broche 17 (GND VIDEO). Ensuite, se repiquer sur ces deux broches avec un petit câble blindé se terminant sur une prise RCA et nous aurons notre IN vidéo. Pour obtenir notre OUT vidéo, on fabriquera le même câble blindé commençant par une fiche RCA mais qui se connectera sur l’entrée vidéo de la prise SCART (broche 20) du magnétoscope « enregistreur » ainsi que sur la masse correspondante (encore la broche 17).
– Si on dispose de magnétoscopes munis d’entrées et de sorties RCA, tout est beaucoup plus simple. Dans ce cas, il suffit d’utiliser un (cas de l’audio en mono) ou deux (cas de l’audio en stéréo) câbles RCA/RCA pour connecter entre-elles les entrées audio des deux magnétoscopes et deux autres câbles pour connecter, d’une part, la sortie OUT vidéo du magnétoscope « lecteur » à l’entrée IN vidéo du filtre et, d’autre part, la sortie OUT vidéo du filtre à l’entrée IN vidéo du magnétoscope « enregistreur ».
Tout doit fonctionner correctement puisqu’il n’y a aucun réglage à faire. Si une anomalie devait se présenter, il convient de vérifier le montage ainsi que les soudures avec le plus grand soin.
De même, il est important de mettre le magnétoscope enregistreur en position « enregistrement » depuis le canal SCART (ou RCA) et non pas depuis le tuner interne.
Pour tester les raccordements, il est suffisant de relier entre elles les deux fiches destinées à être branchées sur les prises IN et OUT du filtre. En procédant ainsi, on doit voir le signal vidéo au travers du magnétoscope d’enregistrement.

Schéma de raccordement entre deux magnétoscopes afin de pouvoir effectuer une sauvegarde « propre » de vos films préférés.

Vue du prototype une fois le montage terminé

Notre prototype peut fonctionner soit en courant continu soit en courant alternatif, avec des valeurs comprises entre 9 et 25 Vcc ou entre 8 et 18 Vca.
Si l’on désire alimenter le circuit avec une pile de 9 volts, il faut remplacer la prise d’alimentation par un une prise-boutons.

AVERTISSEMENT

Cet appareil est un re-synchronisateur et un stabilisateur vidéo dont le but est d’améliorer la qualité des reproductions dont vous détenez les droits d’utilisation. L’utilisation de ce dispositif doit être strictement réservée à un usage privé et dans le strict respect des lois qui régissent les droits d’auteur.
L’éditeur, le fabricant et les distributeurs déclinent toute responsabilité dans le cas où un usage impropre serait effectué par l’utilisateur ou par des tiers.

Contrôleur d'accès à carte magnétique

Dans notre précédent article, nous avons abordé l’aspect théorique des cartes magnétiques. Ici, nous vous proposons une réalisation pratique : un lecteur à auto-apprentissage qui ne s’active que si l’utilisateur possède une carte magnétique habilitée. Cette réalisation peut être utilisée comme serrure de sûreté mais aussi, comme système d’activation pour antivols et installations de tous types.


Dans le précédent numéro nous avons analysé, du point de vue théorique, le fonctionnement des cartes magnétiques.
Dans les pages qui suivent, nous approfondirons certains aspects de cette technique et surtout, nous présenterons un projet intéressant et facilement réalisable, même par un néophyte.

Notre réalisation
Il s’agit d’un lecteur de cartes compact, capable d’apprendre et de mémoriser les données gravées sur la bande magnétique, et dans un second temps, d’activer un relais dès lors que – en lecture – le code de la carte coïncide avec l’un des codes mémorisés.
Le circuit a été spécialement réalisé pour commander l’activation d’une serrure électrique ou, en général, d’un quelconque appareil électrique grâce à une carte magnétique convenablement codée. Notre carte a donc comme entrée un signal provenant d’un lecteur de badge et comme sortie un relais. Toute la logique de contrôle est confiée à un seul intégré, pour la précision, un microcontrôleur ST6260 de chez SGS-Thomson. Nous avons choisi ce microcontrôleur pour deux raisons essentiellement : la disponibilité d’une mémoire EEPROM interne et les dimensions réduites du chip (2 x 10 broches), ce qui a permis la réalisation d’une carte compacte.
Parmi les principales caractéristiques du circuit, nous citerons la sûreté élevée de la codification utilisée (1000000 de combinaisons), et la possibilité de mémoriser dans l’EEPROM du microcontrôleur, les codes de plusieurs cartes, jusqu’à un maximum de dix.
Pour mieux en comprendre le fonctionnement, nous pouvons subdiviser notre système en quatre « éléments » fondamentaux que nous allons analyser individuellement.
Le premier élément du circuit est bien sûr, la carte magnétique.
Celle-ci représente la véritable unité d’activation puisqu’elle contient, mémorisé de façon permanente sur la bande magnétique, le code d’activation.
Le deuxième élément est constitué du lecteur à défilement de bande, c’est-à-dire par un appareil commercial (qui n’est pas à construire) et qui transforme le code, disponible sous forme de signal analogique sur la carte, en un code digital.
Le troisième élément est constitué du circuit de contrôle, dont les schémas électrique et pratique sont donnés dans cet article. Le circuit électronique réalise une double fonction : en phase de programmation, il apprend et mémorise le code provenant de la carte, tandis qu’en fonctionnement normal, il compare le code de la carte avec ceux stockés en mémoire et, éventuellement, agit sur le relais.
Le quatrième élément (immatériel) est représenté par le logiciel présent à l’intérieur du microcontrôleur.

Figure 1 : Organigramme du microcontrôleur.

Le microcontrôleur, après avoir initialisé ses lignes d’entrées et sorties, entre dans le « programme principal » ou il exécute en continu deux tests : la lecture du signal CLS et celle de l’état du DIP 2. Si ce switch est positionné sur ON, le microcontrôleur annule la mémoire EEPROM. Si la ligne CLS se place au niveau logique 0, le microcontrôleur abandonne le programme principal et exécute le sous-programme de lecture de la carte. Tandis que l’on commence à faire défiler le badge sur la tête de lecture, le lecteur relève une série de bits de synchronisation. Quand le caractère Start Sentinel est détecté, les cinq caractères suivants sont lus et mémorisés dans la RAM. L’opération se répète 9 fois de suite. La lecture se termine lorsque le caractère End Sentinel est détecté et quand le Card Load Signal repasse à « 1 ». Cette phase également achevée, le microcontrôleur doit vérifier l’exactitude du code installé et, si le test a un résultat positif, contrôler l’état du switch 1. Si ce dernier est placé sur ON, le microcontrôleur mémorise le code de la carte dans l’EEPROM, tandis que si le switch 1 est sur OFF, il compare le code lu avec ceux déjà présents dans la mémoire EEPROM. Le logiciel permet de mémoriser en EEPROM un maximum de 10 codes différents. Donc, si le code lu coïncide avec l’un des codes disponibles en EEPROM, le microcontrôleur ferme le relais pendant le temps imposé par le trimmer.

La carte magnétique
Procédons par ordre et occupons-nous tout de suite de la carte magnétique, en rappelant que nous nous sommes déjà largement occupés d’elle dans le précédent numéro de la revue.
En résumé, la carte dispose d’une bande magnétique destiné à mémoriser de façon permanente les données.
Ces dernières sont gravées sur trois différentes « pistes » complètement indépendantes les unes des autres et qui sont caractérisées par un protocole d’utilisation différent. Les dimensions de la carte, la position de la bande magnétique, celle des pistes et le protocole d’écriture — et par conséquent de lecture des données pour chaque piste — sont définies par le standard ISO 7811 auquel se conforment tous les principaux constructeurs de cartes et auquel nous avons fait référence, nous aussi, pour réaliser ce projet.
Notre application utilise toutefois une seule des trois pistes disponibles, la deuxième pour être précis.

La piste ISO 2
Cette piste, appelée également ABA (Américan Bankers Association), est caractérisée par une densité de 29,5 bits/cm et peut contenir un maximum de 40 caractères. Sur la piste ISO 2, chaque caractère est représenté par l’ensemble des cinq caractères binaires : les quatre premiers distingués par les symboles « b1 » à « b4 », expriment le caractère lui-même, tandis que le dernier, défini par le symbole « p », représente le test de parité du caractère comme indiqué dans le tableau 1. Précisons que 01011 représente le Start Sentinel, c’est-à-dire le caractère qui précède la zone contenant les données, tandis que 11111 coïncide avec le End Sentinel, caractère qui est utilisé pour indiquer la fin de cette même zone.
La piste ISO 2 ne permet de mémoriser que les nombres décimaux (de 0 à 9) puisque les caractères restants (de A à F en hexadécimal) sont utilisés comme caractères de contrôle. Le cinquième caractère indique si la parité est paire ou impaire en prenant le niveau logique 1 si la somme des caractères les plus significatifs est un nombre pair, ou le niveau logique 0 si le résultat de la somme est un nombre impair. Dans notre application, nous utilisons seulement onze des quarante caractères pouvant être mémorisés sur la piste ISO 2, de façon à pouvoir mémoriser à l’intérieur de l’EEPROM du circuit au moins une dizaine de codes.
Comme nous le verrons mieux par la suite, avec le type de codification utilisé nous atteignons 1000000 de combinaisons, nombre plus que suffisant pour garantir un niveau élevé de sécurité au système !
Une fois compris le mode de fonctionnement des cartes magnétiques, nous passons maintenant au second élément du dispositif, c’est-à-dire du lecteur magnétique.

Lecteur à défilement de bande
Pour notre application, nous avons utilisé un lecteur du commerce produit par KDE : le modèle à piste unique type KDR 1121. Ce modèle dispose d’une tête magnétique et d’un circuit spécial d’amplification et de décodage capable de lire les données présentes sur la piste ISO 2 du badge et de les transformer en impulsions digitales.
Le lecteur en question est relié au monde extérieur à travers cinq fils de différentes couleurs.
- Le fil rouge et le fil noir sont destinés à l’alimentation pour laquelle nous devrons appliquer une tension stabilisée de 5 volts en respectant la polarité : positif au rouge et négatif (masse) au noir.
- Le fil marron représente la sortie appelée CLS (Card Loading Signal) ; sur ce fil est présente une tension de 5 volts pendant le fonctionnement normal, potentiel qui descend à 0 pendant le passage du badge sur la tête de lecture.
- Le fil jaune et le fil orange correspondent respectivement aux sorties RCL (Read Clock) et RDP (Read Data Pulse).
En alimentant le lecteur et en faisant défiler le badge sur la tête de lecture, nous verrons le signal RCL passer par l’état logique haut (5 volts) à 0 (masse), autant de fois qu’il y a de bits mémorisés sur la bande magnétique. En pratique, le RCL représente le rythme d’impulsion de sortie du lecteur ; il prend une valeur logique (0) quand il relève un bit sur la carte. Le signal RDP représente la donnée : au front descendant de RCL, il faut lire simultanément le signal RDP pour savoir si le caractère mémorisé est un (1) ou un (0). Si le RDP est à l’état logique bas, cela signifie que le bit lu est un « 1 » et au contraire, si le RDP est à l’état haut, le bit lu est un « 0 ». Passons maintenant au troisième élément de notre dispositif de lecture, c’est-à-dire à la carte du microcontrôleur.

Tableau 1.

Un programmateur/lecteur multipiste de la société KDE.

Le lecteur monopiste KDE. Remarquez la tête de lecture visible au centre.

Le montage proposé dans cet article utilise comme élément principal un lecteur de carte produit par la société KDE et dont nous reproduisons ici les principales caractéristiques :
- Standard de lecture ISO 7811.
- Piste de travail ISO 2 (ABA).
- Méthode de lecture F2F (FM).
- Alimentation à 5 volts CC.
- Absorption maximum de 10 mA.
- Vitesse de lecture de 10 à 120 cm/sec.
- Durée de vie de la tête de lecture supérieure à 300 000 lectures.
- Température de fonctionnement de 0 à 50 °C.
- Dimensions 30 x 99 mm (hauteur 29 mm).
- Poids 45 grammes.

Le schéma électrique
Comme on peut le remarquer en observant le schéma électrique, le circuit a été réduit à sa plus simple expression !
Tout tient sur un seul et même circuit intégré, un ST6260 désigné par U2 dans le schéma. Pour fonctionner, le microcontrôleur U2 a besoin d’une tension de 5 volts entre les broches 9 (Vdd) et 10 (Vss), d’un quartz entre les broches 14 et 15, et d’un réseau R/C (R2/C6) sur la broche 16 de remise à zéro. Les deux LED, LD1 de couleur verte et LD2 de couleur rouge, sont directement contrôlées (sans l’interposition d’un transistor) par les broches 1 (PB0) et 2 (PB1) du microcontrôleur.
Le relais RL1 est contrôlé, à travers le transistor T1, par la broche 4 (PB2) de U2. Le trimmer R1 règle le temps d’activation du relais : de 0,5 seconde à un maximum de 30. Le curseur de R1 est directement relié à la broche 8 (PA0) du microcontrôleur, utilisé comme convertisseur analogique/digital pour lire la valeur de tension du trimmer. Les switchs, DIP 1 et DIP 2 sont respectivement reliés aux broches 19 (PC3) et 20 (PC2) du circuit intégré U2. Les trois sorties du lecteur à défilement de bandes sont reliées directement à trois broches du microcontrôleur. Pour la précision, le signal CLS va à la broche 13, le RCL est relié à la broche 12 et le RDP est relié à la broche 11. La carte doit être alimentée par une tension continue d’environ 12 volts qui est ensuite appliquée au relais RL1 et au régulateur U1. La diode D1 protège la carte contre d’éventuelles inversions de polarité, tandis que les condensateurs C3, C4 et C5 servent à lisser la tension présente en aval de U1 à 5 volts. L’analyse du schéma électrique achevée, donnons maintenant un coup d’oeil au logiciel (cod.MF67) utilisé dans notre application.

Figure 2 : Schéma électrique du contrôle d’accès à carte magnétique.

Figure 3 : Dessin du circuit imprimé échelle 1.

Figure 4 : Implantation des composants.

Liste des composants
R1 : 10 kΩ trimmer montage horizontal pour CI
R2 : 100 kΩ
R3 : 1 kΩ
R4 : 1 kΩ
R5 : 22 kΩ
R6 : 22 kΩ
C1 : 470 μF 16 V électrolytique
C2 : 100 nF multicouches
C3 : 100 μF 16 V électrolytique
C4 : 100 nF multicouches
C5 : 100 μF 16 V électrolytique
C6 : 1 μF 16 V électrolytique
C7 : 22 pF céramique
D1 : diode 1N4002
D2 : diode 1N4148
D3 : diode 1N4002
LD1 : LED rouge 5 mm
LD2 : LED verte 5 mm
U1 : circuit intégré 7805
U2 : microcontrôleur ST62T60
T1 : transistor BC547B
DIP1, DIP2 : DIP switch
RL1 : Relais 12 V 1 circuit
Q1 : quartz 6 MHz

Divers :
Support CI 2 x 10 broches
Circuit imprimé réf. GO17
Bornier 2 emplacements
Bornier 3 emplacements


Vues du circuit monté.

Le logiciel
Référons-nous au schéma de la figure 1. Le microcontrôleur, après avoir initialisé ses propres lignes d’entrées et sorties, entre dans le programme principal « main program » ou il exécute continuellement deux tests : le premier consiste à lire le signal CLS provenant du lecteur à défilement de bandes, tandis que le second concerne l’état du DIP 2. Si cet interrupteur est placé en position ON, le microcontrôleur annule la mémoire EEPROM. Si la ligne CLS se place au niveau logique 0, le microcontrôleur abandonne le programme principal et exécute le sous-programme de lecture de la carte. Lorsque l’on commence à faire défiler la carte sur la tête de lecture, le lecteur de piste relève une série de bits de synchronisme qui sont alors interprétés et proposés sur les lignes de sortie RCL et RDP. Les bits de synchronisation, même s’ils sont disponibles, sont d’une utilisation propre au décodeur interne du lecteur à défilement de bandes, et c’est la raison pour laquelle le logiciel doit les ignorer, ou mieux encore, lire les différents bits initiaux jusqu’à ce qu’il trouve une séquence de caractères égaux à « 11010 » qui coïncide avec le Start Sentinel. Si ce dernier est décelé, le logiciel doit lire les cinq caractères suivants, les mémoriser dans la RAM et répéter l’opération 9 fois.
Donc, en résumé, le programme lit et mémorise 9 caractères en format ISO2.
A ce moment-là, il faut attendre tant le caractère de End Sentinel que la sortie de la carte de zone de lecture de la tête : le Card Load Signal doit redevenir significatif.
Il faut à présent élaborer les données mémorisées pour extrapoler, à partir de chaque caractère lu, le chiffre correspondant, tout en contrôlant l’exactitude du bit de parité.
Cette autre phase terminée, notre microcontrôleur contiendra, dans une zone déterminée de la mémoire RAM, une séquence de 9 nombres décimaux, dont les trois premiers indiquent le code installé et les six autres représentent le code mémorisé sur la carte.
Le microcontrôleur doit vérifier l’exactitude du code installé et, si le résultat du test est positif, vérifier la position du switch 1. Si ce dernier est placé sur ON, le microcontrôleur mémorise le code de la carte dans l’EEPROM, tandis que si le DIP 1 est sur OFF, il compare le code lu avec ceux déjà présents dans la mémoire EEPROM. Le logiciel permet de mémoriser dans EEPROM un maximum de 10 codes différents.
Donc, si le code lu coïncide avec l’un des codes disponibles dans EEPROM, le microcontrôleur ferme le relais pendant le temps imposé par le trimmer.
Ainsi, l’analyse du logiciel étant également terminée, il ne nous reste plus qu’à nous occuper de la réalisation pratique de la carte.

Réalisation du montage
Dans cette optique, nous devons avant tout réaliser le circuit imprimé en utilisant la photo du typon donnée figure 4. En nous aidant de l’implantation des composants figure 3, nous commencerons par insérer et souder les différents composants sur la carte en veillant à la polarité des éléments polarisés tels que les diodes, les condensateurs chimiques et le régulateur U1.
Pour le circuit intégré U2, il est conseillé d’utiliser un support à 20 broches. On soudera ensuite, sur les emplacements prévus, un connecteur mâle à 5 broches destiné à recevoir le connecteur femelle du lecteur à défilement de bandes puis on insérera à sa place ledit connecteur de sortie du lecteur en respectant la polarité : le fil de couleur rouge doit être relié à la broche repérée « + ». Avec un morceau de câble à trois conducteurs, on reliera les deux LED aux trois emplacements de la carte, repérés « K1 », « K2 » et « A ».
Le montage ainsi terminé, nous pourrons procéder à un premier essai. Dans ce but, on reliera une alimentation continue de 12 volts (courant maximum d’environ 100 mA) aux bornes « + » et «- » du montage. Après quelques secondes, si tout fonctionne correctement, les deux LED devront s’allumer simultanément pendant environ 1 seconde. Elles indiqueront ainsi la fin de la phase d’initialisation du microcontrôleur et feront savoir s’il est opérationnel ou non.
On placera alors le switch 2 sur ON un instant afin d’annuler la mémoire EEPROM de U2. On se procurera une ou plusieurs cartes correctement programmées et on placera le switch 1 sur ON. On fera défiler la carte dans la fente du lecteur prévue à cet effet : à la fin de chaque passage, la LED rouge doit s’allumer pendant environ 1 seconde pour indiquer la bonne mémorisation du code.
Rappelons que ce dispositif permet de mémoriser un maximum de dix codes différents. Après avoir mémorisé toutes les cartes possibles, si l’on fait passer dans le lecteur une ou plusieurs cartes magnétiques supplémentaires codées différemment, les codes relatifs viendraient occuper la dixième zone de mémoire en effaçant, bien entendu, le code enregistré précédemment.
On replace à présent le DIP 1 en position d’arrêt, c’est-à-dire OFF, et on repasse la ou les cartes sur la tête de lecture du lecteur. Si tout va bien, les cartes dont le code a été mémorisé en premier provoquent la fermeture du relais et l’allumage simultané de la diode verte. La phase de programmation est ainsi terminée et les codes des cartes sont mémorisés de façon permanente dans le microcontrôleur.

L’installation
En règle générale, si le lecteur de carte peut être placé en zone non protégée, il est préférable de placer la carte de contrôle dans une zone protégée. Supposons, par exemple, que nous utilisions ce circuit pour débloquer la serrure électrique de la porte de la maison. Le lecteur pourra être installé en dehors de l’habitation (en zone non protégée), dans un endroit toutefois suffisamment abrité des intempéries et de l’humidité.
Les fils de liaison traverseront les murs de la maison pour rejoindre la zone protégée (l’intérieur de la maison) où sera installée la carte électronique de commande.

Quelles cartes utiliser ?
Le système de lecture utilisé dans cette réalisation est conforme au standard ISO 7811.
Dans notre cas, on utilise exclusivement la deuxième piste, appelée ABA (American Bankers Association). L’application prévoit que sur cette piste soit mémorisé un « mot » composé de 11 caractères utilisant chacun 5 bits. Le premier et le dernier caractère délimitent la zone des données et doivent coïncider avec le caractère Start Sentinel et avec le caractère End Sentinel relatifs au protocole ISO 2. Les trois caractères mémorisés après le Start Sentinel indiquent le « code installation » qui pour notre dispositif est égal au nombre décimal « 101 ». Les six caractères suivants représentent le véritable code de la carte, c’est-à-dire qu’ils expriment ce nombre décimal, de 000000 à 999999, qui est mémorisé à l’intérieur du microcontrôleur.

Pour conclure
Le circuit proposé dans ces pages peut avoir de nombreuses applications, limitées à la seule imagination du lecteur. En tous les cas, afin d’obtenir un fonctionnement correct du circuit dans toutes les situations, il est conseillé de respecter quelques règles que l’on peut ainsi résumer :
- le lecteur à défilement de bandes, s’il est placé à l’extérieur, doit être protégé des intempéries car il n’est pas étanche,
- la carte magnétique ne doit pas être pliée ou placée à proximité de forts champs électromagnétiques,
- les fils de liaison entre le lecteur et la carte ne doivent pas dépasser une longueur de deux mètres.
Dans les prochains mois, nous essayerons de présenter d’autres projets utilisant les cartes magnétiques.
Nous attendons à ce sujet des propositions ainsi que des suggestions de la part des lecteurs en nous mettant dès maintenant à leur disposition pour la réalisation de circuits de ce type, pourvu qu’ils soient d’un intérêt général.

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