Un récepteur de télécommande 4 canaux à auto-apprentissage

Nous avons plaisir à vous proposer dans cet article, un récepteur de télécommande à 4 canaux, très simple et très fiable, fonctionnant par auto-apprentissage. Dans cette application, les codes sont sauvegardés dans la mémoire Flash du microcontrôleur utilisé au lieu de l’être dans une mémoire externe. D’un fonctionnement bistable ou par impulsion, ce récepteur reconnaît les codes standards sur 12 bits du MM53200 ou UM86409.


Les projets proposés ces derniers temps, montrent clairement la tendance à réaliser des commandes à distance à l’aide de récepteurs intelligents, toujours plus performants et capables de s’adapter aux codes transmis par les émetteurs avec lesquels ils doivent fonctionner.
Cette catégorie de récepteurs est dénommée “à autoapprentissage”, car ils peuvent apprendre (seul ou durant une procédure exécutée par l’utilisateur) les codes des transmetteurs et se synchroniser avec eux, sans l’aide d’aucun micro-interrupteur pour la sélection du code.
La grande commodité de ces récepteurs et la faveur qu’ils trouvent auprès des utilisateurs, nous ont poussé à développer de nombreux projets de ce genre. Voici donc la dernière version d’une télécommande à 4 canaux.

De quoi s’agit-t-il ?
Il s’agit d’un récepteur fonctionnant sur 433,92 MHz, simple à construire et, par dessus tout, facile à utiliser.
A la différence des versions classiques, dans cette nouvelle mouture, les codes d’activation sont sauvegardés dans la mémoire Flash de l’unique microcontrôleur utilisé, un PIC16F84 portant le programme MF205N, qui comme nous le savons, dispose d’une zone mémoire réinscriptible électriquement (EEPROM), utilisable même pour les données.
Notre récepteur est compatible avec les transmetteurs (dits vulgairement “télécommandes”) qui utilisent des codeurs à 12 bits comme le MM53200, le UM3750 ou le UM86409.
Les sorties sont, évidemment, au nombre de 4, chacune d’elles disposant d’un relais 1 RT avec la possibilité d’un fonctionnement bistable ou astable.
Le paramétrage du mode de fonctionnement des sorties est effectué à l’aide de micro-interrupteurs, mais avec une particularité : il est possible de paramétrer les canaux par couple, dans le sens qu’avec les micro-interrupteurs, on peut décider du mode de fonctionnement des deux premiers relais et des deux derniers.
En d’autres terme, le paramétrage effectué pour CH1 est valable pour CH2 et celui choisi pour CH3 est inévitablement le même pour CH4.

Les caractéristiques globales
Voici les caractéristiques globales du système, qu’il convient d’examiner de manière plus approfondie, en mettant en évidence les détails les plus déterminants.
Pour la suite, nous faisons référence au schéma électrique, dont le coeur est représenté par le microcontrôleur U3, un PIC16F84, qui supervise toutes les fonctions du récepteur et maintient en mémoire les codes reçus durant la phase d’auto-apprentissage.
Nous avons ensuite un module hybride (U2), qui est un récepteur RF complet, le buffer U4 et l’incontournable régulateur de tension U1.
Le microcontrôleur est indubitablement l’élément le plus important, car il gère la totalité du récepteur de télécommande et agit en fonction de la façon dont l’utilisateur a paramétré les microinterrupteurs S1, S2 et S3.
Le programme de fonctionnement s’articule en deux parties principales, appelées en fonction de l’état de la patte 13 du microcontrôleur, donc, de la position du micro-interrupteur S3.
Si celui-ci est ouvert, c’est la routine de fonctionnement normal qui est activée, s’il est fermé, c’est la routine d’auto-apprentissage qui est mise en fonction.
Après la mise en service et le reset du microcontrôleur (géré par la cellule constituée par T1), le PIC16F84-MF205N initialise ses entrées/sorties en entrées ou en sorties.

Le rôle du microcontrôleur
En ce qui concerne le fonctionnement du microcontrôleur, commençons par examiner la phase d’auto-apprentissage, qui comme nous l’avons dit plus haut, est activée en fermant le microinterrupteur S3.

L’auto-apprentissage
A ce point, le microcontrôleur attend l’arrivée d’un train d’impulsions sur la patte 6.
Lorsque celles-ci arrivent, il en analyse la structure, dans le sens que le programme contrôle si ce sont ou non des codes au format prévu en 12 bits. Si c’est le cas, le contenu est transféré dans la zone EEPROM prévue pour la mémorisation des données. Il y demeurera jusqu’à la prochaine opération d’apprentissage conclue par l’ouverture de S3 (désactivation de l’autoapprentissage).
Si un autre code au format valide arrive avant la fermeture de S3, il se substituerait à celui déjà écrit (par écrasement).
La réception d’un signal radio valide est accompagnée de l’allumage clignotant de la LED LD1.
Au terme de la mémorisation, la LD1 demeure allumée de façon fixe durant un instant, puis s’éteint.
Un nouveau signal ne peut être envoyé qu’après l’extinction de la LED, car sinon, il ne serait pas pris en compte.
De la phase d’auto-apprentissage, il faut noter une particularité : si, comme c’est le cas, le circuit dispose de 4 canaux et est activé par autant d’émetteurs ou tout au moins par les codes des 4 différents boutons d’un même émetteur, il convient d’apprendre quatre codes.
Mais, comment fait-on pour assigner un code à un canal déterminé ? La réponse est simple, lorsqu’on active la phase d’auto-apprentissage et que le circuit reçoit un signal codé, la trame concernée est écrite dans la position de la mémoire correspondant au positionnement des deux premiers micro-interrupteurs, comme cela est illustré dans le tableau de la figure 6.
Rappelez-vous toutefois, qu’après la mémorisation de chaque code, le circuit répond par un clignotement rapide de LD1, puis, par l’allumage fixe et l’extinction de cette même LED. Par contre, rien ne se produit à l’abandon de la procédure d’auto-apprentissage, qui se termine à tout instant en ouvrant le micro-interrupteur S3.

Le fonctionnement normal
Voyons à présent ce qu’il advient en utilisation normale, en fait, lorsque le dispositif fonctionne effectivement en tant que récepteur de télécommande.
Anticipons, (nous pensons que vous l’aurez déjà compris) en disant que le fonctionnement normal est activé lorsque le micro-interrupteur S3 est ouvert.
Le programme interne tourne toujours en boucle et comme première opération, il teste l’état des micro-interrupteurs S1 et S2, puis s’assure de savoir si S3 est fermé. Dans ce cas, il saute à la phase d’auto-apprentissage.
Ayant la certitude que le troisième micro-interrupteur est fermé, le microcontrôleur attend l’arrivée du signal radio et de sa trame de données sur la ligne RB0.
Dès l’arrivée du premier bit, le programme met en mémoire toute la trame, puis contrôle immédiatement qu’elle soit effectivement au format MM53200 (UM3750 ou UM86409) alors, il peut y avoir deux possibilités.
Si le code est d’un format inconnu (différent de celui accepté ou affecté de trop de parasites), le microcontrôleur abandonne l’opération et retourne au début de la procédure, donc, à la lecture des micro-interrupteurs et à l’attente d’une nouvelle trame. Il efface de la mémoire les données venant d’être reçues et suspend la comparaison.
Si, par contre, la trame est au format MM53200 (UM3750 ou UM86409), le programme avance, lit les 12 bits et les compare avec les quatre codes mémorisés.
Si le code reçu est identique à l’un des codes des quatre canaux, il active la sortie correspondante, la plaçant au niveau logique haut, suivant la modalité déterminée par la position de S1 et S2.
N’oubliez pas que le micro-interrupteur 1 détermine le mode de fonctionnement des canaux 3 et 4 et que le micro-interrupteur 2 contrôle celui des canaux CH1 et CH2.
En outre, rappelez-vous que le microinterrupteur ouvert correspond à la commande bistable et le micro-interrupteur fermé équivaut au mode astable (impulsion).

Figure 1 : Schéma électrique du récepteur de télécommande 4 canaux à auto-apprentissage.

Figure 2 : Schéma d’implantation des composants du récepteur de télécommande 4 canaux à autoapprentissage.

Figure 3 : Photo d’un des prototypes du récepteur de télécommande 4 canaux à auto-apprentissage.

Figure 4 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du récepteur de télécommande 4 canaux à auto-apprentissage.

Liste des composants EF.205N
R1 = 10 kΩ
R2 = 10 kΩ
R3 = 10 kΩ
R4 = 10 kΩ
R5 = 470 kΩ
R6 = 2,2 MΩ
R7 = 2,2 MΩ
R8 = 1 kΩ
C1 = 470 μF 16 V électrolytique
C2 = 100 nF multicouche
C3 = 470 μF 16 V électrolytique
C4 = 22 pF céramique
C5 = 22 pF céramique
D1 = Diode 1N4007
D2 = Diode 1N4148
U1 = Régulateur 7805
U2 = Module Aurel RF290 433 MHz
U3 = μC PIC 16F84A-MF205N
U4 = Intégré ULN2803
LD1 = LED rouge 5 mm
T1 = PNP BC557B
Q1 = Quartz 4 MHz
RL1 à RL4 = Relais min. pour ci 12 V 1 RT

Divers :
2 Supports 2 x 9 broches
1 Dip-switchs 4 micro-inter.
1 Coupe fil émaillé 12/10 17 cm
4 Borniers 3 pôles
1 Circuit imprimé réf. S205 REV1

Figure 5 : Organigramme du programme de gestion du récepteur de télécommande montrant le fonctionnement du programme implémenté dans le microcontrôleur et, en dernière analyse, le fonctionnement global du récepteur.

Figure 6 : Tableau de positionnement des micro-interrupteurs de programmation S1, S2 et S3.

Figure 7 : Un des multiples boîtiers de télécommande au standard MOTOROLA MM53200 (ou UMC UM3750/UM86409) utilisables avec ce récepteur 4 canaux à autoapprentissage.

Les composants périphériques
Avant de passer au notes concernant la construction, voyons brièvement le reste du schéma électrique, à savoir les périphériques qui entourent le microcontrôleur et qui permettent de gérer au mieux la télécommande.
Le premier bloc, dans l’ordre logique, est le récepteur radio U2, un module hybride Aurel (RF290A/433) dont l’étage à super-réaction est syntonisé sur 433,92 MHz. Dans ce module UHF est inclus un démodulateur AM, qui sert à extraire la composante de modulation (à savoir les impulsions transmises par le codeur du transmetteur - la télécommande -) et un comparateur de tension, avec lequel les impulsions démodulées sont parfaitement remises en forme, afin de pouvoir être facilement lues par n’importe quel décodeur, donc, également par notre PIC16F84-MF205N.
Les trames de données obtenues à la réception d’une transmission sont restituées par la patte 14, de laquelle elles passent à la patte 6 (RB0), du microcontrôleur.
En ce qui concerne les sorties, celles-ci devant piloter des relais, nous avons opté pour un amplificateur de ligne ULN2803, un buffer contenant 8 étages darlington connectés en collecteurs ouverts.
Avec ses sorties, il peut commuter des charges électriques à la même tension que celle qui alimente la patte 10 (+V) et consommant jusqu’à 500 mA chacune.
Comme vous le voyez sur le schéma électrique et dans le but d’utiliser de façon adéquate la protection offerte par les diodes internes au driver, l’alimentation des relais est la même que celle de la patte 10 du ULN2803.
Quant à l’alimentation, l’ensemble du récepteur fonctionne grâce aux 12 volts fournis entre les points +V et – (masse).
Avec la tension d’entrée, sont également alimentés la patte 15 du module hybride et la section des relais (U4, RL1, RL2, RL3, RL4). Par contre, pour le reste, c’est un classique régulateur 7805 (U1) qui fournit les 5 volts bien stabilisés.
La consommation totale avec les quatre relais activés, frôle les 200 milliampères.

La réalisation pratique
Voyons à présent comment se construit le récepteur à 4 canaux, partant évidemment du circuit imprimé donné à l’échelle 1 en figure 4.
Une fois que vous vous êtes procuré ou que vous avez gravé et percé le circuit, insérez, en premier, les résistances puis les diodes au silicium, en veillant à leur orientation (la bague désigne la cathode).
Installez les supports pour le ULN2803 et pour le microcontrôleur (tous les deux comportant 2 fois 9 broches) en les disposant comme le montre le schéma d’implantation des composants de la figure 2.
Passez ensuite aux condensateurs, en faisant attention à la polarité des électrolytiques.
Toujours en ce qui concerne le sens de placement, ne vous trompez pas sur celui du dip-switch à 4 micro-interrupteurs, dont le premier élément (1) doit être placé vers les points de connexions de l’alimentation (il est relié à la patte 11 du support du microcontrôleur).
Portez également une grande attention au régulateur 7805, dont la partie métallique doit être placée vers le support du driver U4.
Aucun problème, en revanche, pour le quartz, qui peut être placé dans un sens ou dans l’autre et pour le module hybride RF290A/433, étant donné que ses pattes sont placées de manière à servir de détrompeur.
Pour effectuer les liaisons avec les éléments extérieurs, prévoyez des borniers à vis au pas de 5 mm, à souder sur circuit imprimé.
L’opération se termine par la soudure d’un morceau de fil de cuivre émaillé rigide (12/10 au moins) d’une longueur de 17 cm, au point du circuit imprimé marqué “ANT”, réalisant ainsi l’indispensable antenne réceptrice.
Avant de mettre le récepteur en service, vous devez insérer les circuits intégrés dans leur support respectif, en prenant soin que le repère-détrompeur en forme de U coïncide avec celui du support. Rappelez vous que le microcontrôleur PIC16F84-MF205N doit être installé dans le support situé près du quartz et évidemment, le ULN2803 sera placé dans l’autre.
Pour la programmation, fermez le micro-interrupteur S3 du récepteur et transmettez en appuyant sur un poussoir de votre émetteur (télécommande).
La LED doit clignoter, indiquant ainsi l’acquisition et la mémorisation du code, dans la position décrite par l’actuelle position de S1 et S2. Pour le positionnement de ces derniers, reportez-vous au tableau de la figure 6.
Lorsque vous avez mémorisé le nombre de codes souhaités (vous pouvez mémoriser seulement ceux qui vous intéressent ou également assigner le même code à l’ensemble des quatre canaux), ouvrez le micro-interrupteur S3 mais n’attendez aucune signalisation, car la sortie de la procédure d’auto-apprentissage n’est confirmé par aucun signal visible.
Positionnez à présent S1 et S2 pour le mode d’activation choisi des groupes de sortie, puis essayez de transmettre, en vérifiant les signalisations données par la LED et par l’activation des relais concernés.
En utilisation normale, rappelez-vous que si un code ne produit aucun effet, c’est qu’il est probablement émis par un émetteur différent de ceux mémorisés ou bien que vous avez effacé ou remplacé les données, au cours d’une fausse manoeuvre (erreur de positionnement de S3).

La ionothérapie ou comment traiter électroniquement les affections de la peau

Pour combattre efficacement les affections de la peau, sans aucune aide chimique, il suffit d’approcher la pointe de cet appareil à environ 1 centimètre de distance de la zone infectée. En quelques secondes, son “souffle” germicide détruira les bactéries, les champignons ou les germes qui sont éventuellement présents.


Comme nous publions souvent des projets d’appareils électromédicaux, de nombreux lecteurs nous considèrent comme de vrais experts dans le domaine médical.
Ainsi, ils n’hésitent pas à solliciter des consultations, que nous ne pouvons satisfaire, ne serait-ce qu’en raison de la législation.
Si nous décrivons des projets d’appareils médicaux, c’est parce que nous avons la chance de connaître des médecins qui nous demandent d’améliorer les caractéristiques de certains de leurs appareils professionnels. Ces appareils coûtent souvent plusieurs milliers de francs mais leur réalisation peut être entreprise pour un prix nettement inférieur.
Dernièrement, un dermatologue nous a apporté un appareil pour la ionothérapie en nous disant qu’il s’agissait d’une nouveauté.
Face à notre scepticisme, dicté par l’idée qu’il s’agissait d’un traitement peu différent de ce que nous connaissions déjà, il n’a pas hésité à nous proposer une démonstration de son fonctionnement, ainsi qu’une liste de ses caractéristiques.
Démonstration et caractéristiques, nous ont convaincus, qu’effectivement, il s’agissait d’une thérapie qui n’avait rien à voir avec celles dont nous avions connaissance.

Un vent, qui est un puissant germicide
Comme vous pouvez le voir sur l’illustration de début d’article, sur la face avant de cet appareil, nous avons deux bornes, une de couleur rouge et une de couleur noire.
A la borne de couleur rouge, marquée du signe “+”, est connectée une électrode en caoutchouc conducteur qui est appliquée sur la peau, à l’aide d’un ruban adhésif, a proximité du point à traiter.
A la borne de couleur noire, marquée “–” , est connectée une pointe, similaire à celles utilisées avec un multimètre, à placer à environ 1 centimètre de distance la zone à traiter. En approchant cette pointe de l’épiderme, on perçoit un léger vent ionique, lequel, ayant une puissante action germicide, détruit les éventuels bactéries, champignons, microbes ou germes présents.
Ainsi, comme nous l’a précisé notre dermatologue en énumérant une longue série d’affections de la peau, nombre sont celles qui peuvent se soigner avec cette thérapie.
Vous trouverez ci-dessous une description sommaire des plus importantes mais la liste n’est pas exhaustive.
Petite mise en garde : Si vous souffrez d’une maladie de peau chronique, nous vous conseillons fortement de consulter votre médecin et de lui demander conseil.
De même, si vous préférez l’automédication et si la ionothérapie ne soigne pas rapidement votre “bobo”, nous vous conseillons tout de même de consulter un spécialiste.

Verrues
Si ces noms sont familiers à un médecin, pour nous, ils sont inconnus et pour cette raison, nous avons recherché dans un dictionnaire, leur signification, que nous transcrivons à la suite.

Verrues
Ce sont de petites excroissances cutanées, très dures et comme il en existe de diverses espèces, nous nous occuperons des plus importantes.
La “verrue vulgaire”, connue sous le nom populaire de “poireau” se présente comme une excroissance de couleur grisâtre qui apparaît presque toujours sur la paume ou sur le dos des mains ou même sur les doigts et qui a la taille d’une lentille.
Ces verrues sont très contagieuses et se transmettent par contact.
La “verrue juvénile” se présente comme une excroissance de couleur rose qui se localise surtout sur le dos de la main, sur le visage et sur le cuir chevelu.
La “verrue séborrhéique” qui apparaît chez les personnes âgées, se présente comme un nodule redondant de couleur brune ou verdâtre et privilégie la peau du dos, de la poitrine ou du visage.
Toutes ces verrues peuvent êtres éliminées avec quelques applications de ionothérapie.

Teigne
Sous ce nom, sont regroupées diverses maladies parasitaires de la peau, causées par des champignons microscopiques, qui se multiplient en colonies.
De couleur jaune, visibles à l’oeil nu, ces champignons ont une odeur acide similaire à celle de l’urine d’un animal.
On appelle “teigne du pied”, celle qui normalement se localise sur le dos et sur la plante des pieds.
La peau apparaît avec les bords squameux ou avec de nombreuses ramifications qui peuvent s’étendre jusqu’aux ongles, produisant des dystrophies et des distorsions.

Mycose de l’ongle
Sont appelées ainsi, les maladies de l’ongle, causées par de microscopiques champignons parasites.
La forme la plus commune est la “mycose tricophitique” qui atteint surtout les ongles de la main.
La couche où ce parasite se développe, prend une couleur gris jaunâtre, sa surface devient rugueuse et toujours plus fragile, jusqu’à se rompre et se détacher.
Ces champignons sont très résistants, ainsi, la ionothérapie devra être pratiquée durant plusieurs semaines.

Onycholyse
C’est un état inflammatoire causé par des germes pathogènes affectant les tissus mous qui entourent le bord de l’ongle.
La maladie se manifeste par une tuméfaction de la peau au point de jonction de l’ongle, qui provoque une forte douleur.

Blessures purulentes
Blessures, qui par la présence de bactéries, ne parviennent pas à cicatriser facilement, produisant du pu, duquel émane une odeur caractéristique.
Traitées avec la ionothérapie, ces blessures se cicatrisent en peu de temps, car les ions négatifs détruisent les foyers de bactéries présents.

Impétigo
C’est une infection cutanée superficielle qui peut atteindre les bras, les jambes et le visage.
Cette infection peut être causée par des dermatites, des mycoses et même des piqûres d’insectes.

Figure 1 : Sur la photo de début d’article, vous pouvez voir que la pointe de la touche est reliée à la borne négative et la plaque conductrice à la borne positive. Ici, remarquez où est placée la batterie 12 volts dans le coffret.

Le schéma électrique
Après avoir évoqué les infections les plus courantes en dermatologie, qui peuvent être soignées par la ionothérapie, vous serez curieux de voir le schéma électrique qui permet d’obtenir le “vent électronique” qui a cette puissante action germicide.
Le schéma électrique que nous avons reporté à la figure 2, peut être subdivisé en trois étages distincts :
1er étage - composé de IC1/A, IC2 et MFT1, qui permet de générer un signal à ondes carrées, lequel, prélevé de la sortie du transformateur T1, est redressé par le deuxième étage placé à droite.
2e étage - composé des diodes de DS3 à DS17 qui permettent de fournir à la sortie, une tension continue d’environ 11 000 volts.
Ne vous laissez pas impressionner par cette valeur élevée de tension, parce que cet étage délivre un courant dérisoire de seulement 0,00008 ampère, qui est donc parfaitement inoffensif.
3e étage - composé des deux circuits intégrés IC1/B et IC3 et des diodes LED de DL3 à DL12, qui indiquent la valeur du courant qui parcourt l’épiderme.
Le quatrième circuit IC4 est un timer qui permet d’émettre un beep acoustique toutes les 10 secondes.
Commençons la description par la batterie de 12 volts placée sur la gauche du schéma électrique.
Cet appareil est alimenté par une batterie, parce que la norme CE stipule que tous les appareils électromédicaux équipés d’électrodes à appliquer directement en contact sur la peau, doivent être alimentés par une batterie et non directement par la tension de 220 volts du secteur.
Pour alimenter notre circuit, il suffit de déplacer le levier de l’inverseur S1 sur ON, donc, vers le fusible marqué F1.
En déplaçant le levier de l’inverseur S1 dans le sens opposé, le circuit cessera de fonctionner et automatiquement, la batterie sera connectée à la prise du chargeur de batterie pour être rechargée.
Lorsque la diode LED DL1, connectée à la patte 7 de l’amplificateur opérationnel IC1/A, s’allume, cela signifie que la batterie est déchargée. Ainsi, pour la recharger, il faut insérer la fiche d’un chargeur de batterie (comme le LX.1176 par exemple). Poursuivant la description, nous passons au circuit intégré IC2, qui est un contrôleur PWM, référencé UC3843, utilisé dans ce montage, pour élever la tension continue de 12 volts en une tension alternative d’environ 520 volts.
En appliquant entre les pattes 8 et 4 de IC2 une résistance de 10 kilohms (voir R6) et entre la patte 4 et la masse un condensateur de 8,2 nanofarads (voir C4), l’étage oscillateur interne du circuit intégré, génère un signal carré dont la fréquence peut être déterminée par la formule suivante :
kHz = 1 720 : (R6 x C4)

Note : la valeur de la résistance R6 doit être exprimée en kilohms et celle du condensateur C4 doit être exprimée en nanofarads.
Ainsi, avec 10 k et 4,7 nF, on obtient une fréquence de :
1 720 : (10 x 4,7) = 36,59 kHz

Cette fréquence à onde carrée présente en sortie de la patte 6 de IC2, va piloter la porte (gate) du MOSFET MFT1.
Lorsque l’onde carrée est au niveau 1, le Mosfet est conducteur et court-circuite à la masse l’enroulement L1, qui permet d’emmagasiner de l’énergie.
Lorsque l’onde carrée passe au niveau logique 0, le MOSFET cesse de conduire et, automatiquement, l’enroulement L1 est déconnecté de la masse, permettant ainsi de restituer l’énergie qu’il avait emmagasinée précédemment.
L’extra-tension générée par l’enroulement L1, fournit sur la sortie de l’enroulement L3, une tension d’environ 520 volts, qui est ensuite multipliée et redressée de façon à obtenir une tension continue d’environ 11 000 volts.
A titre de curiosité, nous ajoutons que dans un temps d’une seconde et avec une fréquence de 36,59 kHz, le MOSFET MFT1, passe en conduction 18 295 fois et durant 18 285 fois, il cesse de conduire.
L’enroulement L2, présent sur le transformateur T1, est utilisé pour maintenir stable la tension qui sort de l’enroulement L3.
Le signal carré présent aux bornes de l’enroulement L2 est redressé par la diode DS2, filtré par le condensateur électrolytique C9 et appliqué sur les pattes 2 et 1, du circuit intégré IC2, à travers les résistances R9 et R7.
La tension continue que nous appliquons sur les pattes 2 et 1, nous permet de faire varier le rapport cyclique du signal carré qui sort de la patte 6 et que nous utilisons pour piloter la porte du MOSFET MFT1.
En admettant que nous alimentions le circuit avec une batterie parfaitement chargée, de la patte 6 de IC2, on prélève un signal carré ayant un rapport cyclique de 15 % (voir figure 5) et qu’avec ce rapport cyclique, sur l’enroulement de sortie L3, on obtienne une tension alternative d’environ 520 volts.
Nous noterons que, lorsque la tension de la batterie, en se déchargeant, descend sur 10 ou 11 volts, automatiquement, le rapport cyclique augmente et de 15 %, il passe à 20 % ou bien à 25 %.
Le MOSFET MFT1 étant conducteur plus longtemps, automatiquement, la tension sur l’enroulement L3 augmente et ainsi, nous obtiendrons toujours 520 volts, même si la tension de la batterie passe de 12 volts à 10 ou 11 volts.
Note : La tension présente sur la sortie des enroulements de T1 est mesurée seulement à l’aide d’un oscilloscope, parce que mesurée avec un voltmètre, on obtient des valeurs n’ayant rien à voir avec la réalité.
Retournant à notre schéma électrique, nous ajoutons que la patte 3 de IC2, qui se trouve connectée au travers de la résistance R11 à la source du MOSFET MFT1, est une protection qui permet de bloquer le fonctionnement de ce circuit intégré, si des courts-circuits venaient à se produire.
La description du premier étage étant terminée, nous pouvons passer au second, qui, comme il apparaît représenté sur la figure 2, est composé de 15 diodes du type BY509 ou BY8412 en mesure de redresser des tensions jusqu’à une valeur maximum de 12 500 volts (voir de DS3 à DS17) et des condensateurs de 10 000 pF - 1 000 volts de tension de service (voir de C11 à C25).
Connectés de cette manière, on obtient des multiplicateurs de tension en mesure de fournir environ 11 000 volts en sortie.
Comme nous l’avons déjà précisé, ne vous laissez pas impressionner par ces 11 000 volts, car le courant débité est tellement dérisoire, qu’il est inoffensif.
En fait, en série sur les bornes de sortie, sont connectées 6 résistances de 22 mégohms (voir R19 à R24), ainsi, le courant maximum pouvant être prélevé de leurs sorties sera seulement de :
11 000 : (6 x 22 000 000) = 0,00008 ampère

Ce qui correspond à : 80 microampères.
Le troisième étage présent dans cet appareil, composé des circuits intégrés IC1/B, IC3 et IC4 et des diodes LED de DL3 à DL12, sert pour contrôler l’intensité du courant du vent électronique et pour générer un beep acoustique toutes les 10 secondes.

Le voltmètre
En fait, les temps de traitement de la ionothérapie se déroulent en moyenne autour des 30 à 40 secondes, ainsi, après 3 ou 4 beep, nous aurons mis hors d’état de nuire un grand nombre de micro-organismes. Pour indiquer combien de courant nous prélevons du circuit, nous utilisons la résistance R18, que nous trouvons connectée entre l’enroulement L3 et la masse.
Si nous ne prélevons aucun courant du circuit, aux bornes de la résistance R18 de 5,6 kilohms, nous mesurons une tension de 0 volt.
Si, du circuit, nous prélevons le maximum de courant, qui sera d’environ 80 microampères, aux bornes de cette résistance, nous mesurons une tension négative d’environ 0,4 volt.
Cette tension est appliquée à travers la résistance R25, sur l’entrée inverseuse (voir patte 2) de l’amplificateur opérationnel IC1/B, qui permet de l’amplifier et d’inverser sa polarité.
En appliquant sur l’entrée de IC1/B la tension négative maximale, de la patte de sortie 1, nous prélèverons une tension positive d’environ 1,8 volt, que nous appliquerons sur la patte 5 de IC3, qui est un circuit intégré du type LM3914, utilisé comme voltmètre pour allumer les 10 LED connectées sur ses pattes de sortie.
La première LED DL3 s’allumera lorsque nous prélèverons 8 microampères du circuit ; la seconde (DL4) s’allumera lorsque nous prélèverons 16 microampères ; la troisième (DL5) lorsque nous prélèverons 24 microampères ; la quatrième (DL6) lorsque nous prélèverons 32 microampères ; et ainsi de suite.
Il est donc évident que la dixième LED (DL12), s’allume lorsque nous prélèverons du circuit, le courant maximum, soit 80 microampères.

Le temporisateur
La description du voltmètre terminée, nous pouvons voir celle de temporisateur, composé de TR1 et IC4, qui nous sert pour obtenir un beep acoustique toutes les 10 secondes.
Dès que la première LED DL3 s’allumera sur le voltmètre, automatiquement, la résistance R32, connectée à la base du transistor TR1, sera mise à la masse. Le transistor étant du type PNP (BC328 ou BC559) devient conducteur.
Sur le collecteur de TR1 sera présente une tension positive de 12 volts qui sera appliquée sur la patte 4 de IC4, un classique NE555, utilisé comme oscillateur astable.
Toutes les 10 secondes, cette tension fera sortir de la patte 3, une impulsion positive, laquelle appliquée au buzzer (CP1) lui fera émettre un beep acoustique.

La consommation
Pour terminer la description du schéma électrique, ajoutons que la totalité du circuit consomme environ 250 milliampères.
Ainsi, en l’alimentant avec une batterie de 1,2 A/h, il pourra être utilisé en continu, durant environ 5 heures, après quoi, il sera nécessaire de recharger la batterie.

La réalisation pratique
Pour réaliser cet appareil de ionothérapie, il faut deux circuits imprimés.
Le premier (voir figure 6a) est utilisé pour générer la haute tension. Le second (voir figure 7a), est utilisé pour le voltmètre à diodes LED et le buzzer.
Avant de commencer le montage, nous vous recommandons de réaliser des soudures parfaites et d’utiliser de l’étain pour montages électroniques du type 60/40 (60 % d’étain, 40 % de plomb). Dans le cas contraire, le montage pourrait ne pas fonctionner.
Vous pouvez, à présent, prendre le circuit imprimé haute tension et commencer à monter tous les composants en les disposant comme cela est indiqué sur la figure 6a.
Insérez avant tout, le support pour le circuit intégré IC2, puis, toutes les résistances, puis les condensateurs (céramiques, polyesters et électrolytiques) et les deux diodes au silicium DS1 et DS2.
La diode en plastique DS1 est montée en orientant la bague blanche peinte sur son corps vers le bornier à 2 plots, la diode en verre DS2, aura la bague noire peinte sur son corps orientée vers le condensateur C9.
Pour compléter cet étage, insérez le bornier 2 plots utilisé pour relier la tension de 12 volts, puis le transformateur T1 et près de celui-ci, le MOSFET MFT1, sans oublier de placer la partie métallique de son boîtier, vers le transformateur T1.
Les deux découpes qui se trouvent sur le circuit imprimé, servent seulement pour isoler le premier étage de celui de haute tension.
Si vous utilisez cet appareil durant de nombreuses années, vous noterez que le long des bords de ces découpes, se dépose une légère couche de poussière, laquelle étant presque toujours conductrice, pourrait bloquer le fonctionnement du circuit.
Si cet inconvénient devait se présenter, il faudrait nettoyer toute la surface du circuit imprimé à l’aide d’un solvant pour vernis.
Après avoir terminé le montage des composants relatifs au premier étage, vous pouvez passer au second, composé des diodes et des condensateurs céramiques à haute tension (voir DS3 à DS17 et C11 à C25).
L’unique problème que vous pourrez rencontrer lorsque vous monterez les diodes haute tension, est celui de repérer le côté positif.
Normalement, le côté positif de ces diodes de couleur blanche est indiqué par un point noir ou par une bande rouge sur la patte de sortie (voir figure 14).
Comme ce point noir ou cette bande rouge ont tendance à s’effacer, il est facile de se retrouver avec des diodes n’ayant plus aucun repère. Il devient donc possible de les placer en sens inverse sur le circuit imprimé, ce qui empêchera le fonctionnement.
Pour identifier le côté positif de ces diodes, il faut une pile de 9 volts et un voltmètre.
En connectant le voltmètre sur le côté positif de la diode (voir figure 15), vous lirez une tension d’environ 5 volts, car ces diodes, introduisent une chute de tension d’environ 4 volts.
Si vous connectez le voltmètre au côté négatif de la diode, vous ne lirez aucune tension (voir figure 16).
A la place de la pile de 9 volts, vous pouvez utiliser n’importe quelle alimentation stabilisée qui délivre en sortie, 15-18-24 volts, en gardant à l’esprit, que la tension que vous mesurerez sur la patte positive de la diode, sera toujours inférieure de 4 volts par rapport à la tension d’alimentation.
Lorsque vous insérez ces diodes et les condensateurs haute tension, gardez leur pattes les plus courtes possibles.
Sur le schéma plan d’implantation des composants de la figure 6a, nous avons bien mis en évidence le point positif de ces diodes, il vous sera ainsi impossible d’en insérer une dans le mauvais sens (à moins de le faire exprès !).
Toutes les diodes impaires, DS3 à DS17, sont positionnées avec leur positif dirigé vers le haut de la figure 6a. Toutes les diodes paires, DS4 à DS16, sont positionnées avec leur positif dirigé vers le bas de la figure 6a.
Ce montage terminé, installez le circuit intégré IC2, UC3843 dans son support, en orientant son repère-détrompeur en forme de U, vers le haut.
A présent, il vous reste à monter le second circuit imprimé voltmètre/buzzer, lequel, comme vous pouvez le voir à la figure 7a, ne présente aucune difficulté.
En premier, nous vous conseillons d’insérer les trois supports pour les circuits intégrés IC1, IC3 et IC4.
Poursuivez ensuite avec toutes les résistances, les condensateurs polyesters et les électrolytiques, en respectant la polarité de leurs deux pattes.
Lorsque vous montez la diode en verre DS18 (placée à gauche de IC4), rappelez-vous de placer vers le bas, le côté de son corps marqué par une bague noire, puis, lorsque vous insérez la diode DS19 (placée à droite de IC4), orientez vers la droite, la bande noire peinte sur son corps.
A la mise en place du buzzer, orientez vers IC3, la partie de son boîtier, repéré par le signe “+” car, dans le cas contraire, le buzzer ne sonnera pas.
Sur le côté gauche du buzzer, insérez le transistor TR1, en orientant vers le circuit intégré IC3, la partie plate de son corps.
Après avoir installé dans leur support respectif, les trois circuits intégrés IC1, IC3 et IC4, en orientant leur repère-détrompeur en forme de U comme cela est visible sur la figure 7a, vous pouvez prendre les deux barres de 5 diodes LED et les installer l’une à côté de l’autre de manière à obtenir une barre unique, composée de 10 LED, qui sera ensuite appliquée sur la partie avant du circuit imprimé.
Sur la partie arrière de cette barre (voir figure 13), sortent les pattes des diodes LED, desquelles, comme vous pourrez le noter, une apparaît plus longue (anode) que l’autre (cathode).
Toutes les anodes sont positionnées à droite et toutes les cathodes à gauche (voir figure 13).
Avant de souder ces pattes sur les pistes du circuit imprimé, il est nécessaire de les raccourcir et pour cela, nous vous conseillons de repérer le côté anode de la première diode de toute la barre, qui sera placée à droite car, si vous l’insérez dans le sens opposé, aucune LED ne s’allumera.
Normalement, sur la droite de cette barre, nous trouvons une petite excroissance que vous pouvez utiliser comme point de repère (voir figure 13).

Important : Avant de souder les pattes A et K des diodes LED sur les pistes en cuivre du circuit imprimé, vous devez insérer à fond le corps de la barre de manière à le faire sortir légèrement de la découpe pratiquée sur la face avant. Après quoi, vous pouvez fixer le circuit imprimé sur la face avant à l’aide des deux petites pièces en L et des petites entretoises métalliques visibles sur la figure 12.

Après avoir soudé les pattes de ces deux barres, vous pouvez insérer sur le circuit imprimé, les deux petites diodes LED, DL1 et DL2, en faisant sortir légèrement leur tête des trous pratiqués sur la face avant, en ayant toujours à l’esprit, que la patte la plus longue, la A, est orientée vers la droite (voir figure 7a).

Figure 2 : Schéma électrique de l’appareil électromédical pour la ionothérapie. Le patient qui se soumet à cette thérapie, doit tenir la plaque conductrice serrée dans la main ou bloquée sur la peau.
La pointe connectée à la borne négative est tenue en main par une autre personne, qui l’approche suffisamment de la zone à traiter, pour que le patient ressente un léger souffle sur la peau.


Figure 3 : Schéma interne du circuit intégré UC3843 et brochage vu de dessus.

Figure 4 : Schéma interne du circuit intégré LM3914 et brochage vu de dessus.

Figure 5 : Avec une batterie parfaitement chargée, la Gate du Mosfet IRF840 (voir MFT1) est pilotée par une onde carrée qui à un rapport cyclique de 15 %. Plus la batterie se décharge, plus le rapport cyclique de l’onde carrée qui pilote le Mosfet augmente.

Figure 6a : Schéma d’implantation des composants de l’étage haute tension de notre appareil de ionothérapie.
Avant d’insérer les diodes haute tension dans le circuit imprimé, lisez l’article et observez les figures 14, 15 et 16.


Figure 6b : Photo d’un de nos prototypes, projet terminé.

Figure 6c : Dessin, à l’échelle 1, de la platine haute tension.

Figure 7a : Schéma d’implantation des composants de l’étage voltmètre/buzzer. Avant d’insérer dans le circuit, les deux barres de 5 LED (voir de DL3 à DL12), lisez les légendes reportées sur les figures 12 et 13. Les quatre fils présents à gauche, sont connectés au circuit imprimé reporté à la figure 6a.

Figure 7b : Photo du circuit voltmètre/buzzer comme il se présente une fois le montage terminé. Note : la patte “+” du buzzer est orientée vers IC3.

Figure 8a : Dessin, à l’échelle 1, de la face soudures la platine voltmètre/buzzer.

Figure 8b : Dessin, à l’échelle 1, de la face composants la platine voltmètre/buzzer. Si vous réalisez vous-même le circuit imprimé, n’oubliez pas les jonctions entre les deux faces. Le circuit professionnel est un double face à trous métallisés.

Liste des composants
* R1 = 1 kΩ
* R2 = 270 kΩ
* R3 = 10 kΩ
* R4 = 10 kΩ
* R5 = 1 kΩ
R6 = 10 kΩ
R7 = 100 kΩ
R8 = 10 kΩ
R9 = 39 kΩ
R10 = 10 Ω
R11 = 1 kΩ
R12 = 100 kΩ
R13 = 10 kΩ
R14 = 1 kΩ
R15 = 4,7 kΩ
R16 = 1 Ω
R17 = 1 Ω
R18 = 5,6 kΩ 1/2 watt
R19 = 22 MΩ 1/2 watt
R20 = 22 MΩ 1/2 watt
R21 = 22 MΩ 1/2 watt
R22 = 22 MΩ 1/2 watt
R23 = 22 MΩ 1/2 watt
R24 = 22 MΩ 1/2 watt
* R25 = 10 kΩ
* R26 = 10 kΩ
* R27 = 47 kΩ
* R28 = 10 kΩ
* R29 = 22 kΩ
* R30 = 180 Ω
* R31 = 1 kΩ
* R32 = 10 kΩ
* R33 = 2,2 kΩ
* R34 = 10 kΩ
* R35 = 1 kΩ
* R36 = 82 kΩ
* R37 = 1,5 MΩ
* R38 = 100 Ω
* C1 = 10 μF électrolytique
* C2 = 100 nF polyester
C3 = 100 nF polyester
C4 = 8,2 nF polyester
C5 = 470 μF électrolytique
C6 = 100 nF polyester
C7 = 220 pF céramique
C8 = 1 nF polyester
C9 = 10 μF électrolytique
C10 = 10 μF électrolytique
C11-C25 = 10 nF 1 000 V
* C26 = 10 nF polyester
* C27 = 470 nF polyester
* C28 = 10 μF électrolytique
* C29 = 10 μF électrolytique
* C30 = 100 nF polyester
* C31 = 100 nF polyester
* C32 = 100 nF polyester
* C33 = 100 nF polyester
DS1 = Diode 1N4007
DS2 = Diode 1N4148
DS3-DS17 = Diodes BY8412 ou BY509
* DS18 = Diode 1N4148
* DS19 = Diode 1N4148
* DL1 = LED
* DL2 = LED
* DL3-DL7 = Barre 5 LED
* DL8-DL1 = Barre 5 LED
* TR1 = PNP BC328 ou BC559
MFT1 = MOSFET IRF840
* IC1 = Intégré LM358
IC2 = Intégré UC3843
* IC3 = Intégré LM3914
* IC4 = Intégré NE555
F1 = Fusible 1 A
T1 = Transfo. TM.1343
S1 = Interrupteur
* CP1 = Buzzer piézo

Note : Les composants marqués d’un astérisque (*) sont montés sur le circuit voltmètre/buzzer. Sauf spécification contraire, toutes les résistances sont des 1/4 de watt 5 %.


Figure 9 : Le circuit imprimé haute tension est fixé sur le fond du coffret à l’aide de quatre entretoises plastiques adhésives.

Figure 10 : Le circuit imprimé voltmètre/buzzer est fixé au dos de la face avant à l’aide de deux équerres métalliques (voir figure 12).

Figure 11 : Photo de la face avant du coffret de l’appareil de ionothérapie.

La fixation dans le coffret
Le circuit imprimé haute tension est fixé sur le fond du coffret au moyen de quatre entretoises en plastique munies d’une base adhésive.
Il est sous-entendu qu’avant de fixer ces entretoises dans le coffret, vous devez enlever la pellicule de papier qui protège l’adhésif !
Cela fait, prenez la face avant et insérez l’inverseur de mise en service S1 et les deux bornes de sortie, en plaçant la borne noire sur la gauche et la rouge sur la droite.
Connectez ces deux bornes, à l’aide d’un court morceau de fil de cuivre aux deux pastilles marquées “+” et “–”, qui se trouvent à proximité des résistances de sortie R24 et R21 (voir figure 6a).
A l’aide de quatre morceaux de fil, connectez les quatre points 1, 2, 3 et 4, placés sur le circuit imprimé haute tension, à proximité du bornier des 12 volts, aux points correspondants 1, 2, 3 et 4 placés sur la gauche du circuit imprimé voltmètre/buzzer.
Après avoir connecté le fusible F1 placé sur la face arrière et la prise du chargeur de batterie, fixez la batterie rechargeable de 12 volts 1,3 ampère à l’intérieur du coffret.
Nous vous conseillons d’immobiliser la batterie au fond du coffret, à l’aide d’un peu de colle silicone. Si cette solution ne vous satisfait pas, vous pouvez également utiliser des colliers nylon très fins, que vous ferez passer au travers des trous que vous aurez pris soin de réaliser auparavant sur la face arrière.

Figure 12 : Avant de souder les deux barres de LED sur le circuit imprimé, vous devez en raccourcir les pattes (voir figure 13). Pour fixer le circuit imprimé sur la face avant, utilisez les deux petites équerres.

Comment utiliser notre appareil de ionothérapie ?
Dans la borne rouge est insérée la fiche à laquelle est reliée une plaque en matériau conducteur, que le patient devra tenir bien serrée dans sa main.
Pour obtenir un contact parfait entre la plaque et la peau, nous conseillons d’humecter cette dernière avec un peu d’eau. Dans la borne noire est insérée la fiche à laquelle est reliée la pointe, qui est approchée du point à traiter avec la ionothérapie.
Il n’est pas conseillé que le patient prenne la pointe à la main pour se traiter seul, car même si ce dernier et le fil relié sont à haut isolement, il y a toujours un peu de dispersion vers son corps, avec la conséquence que cette énergie viendra à manquer sur la pointe. Donc, la pointe devra être tenue par une autre personne, qui l’approchera de la zone à traiter, jusqu’à ce que, sur la barre de LED, s’allument la troisième et la quatrième LED. En fait, à ce moment-là, le patient aura la sensation qu’un jet d’air sort de la pointe.
Si, durant le traitement la pointe venait à être approchée au point de faire s’allumer la cinquième LED, une petite étincelle pourrait sortir de la pointe, ce qui est assez désagréable.
Pour éviter ces petites étincelles, approchez la pointe, jusqu’à ce que vous voyiez s’allumer seulement la troisième LED.

Note : Nous voulons rassurer le lecteur, que les étincelles qui pourraient jaillir, même si elles sont désagréables, sont toutefois parfaitement inoffensives.

Le vent ionique qui frappe notre épiderme est en mesure d’anéantir tous les micro-organismes présents dans un champ de 5 mm. Ainsi, en présence d’une zone infectée plus importante, il faut déplacer la pointe sur toute la surface concernée.
Sur les points atteints d’une légère infection, vous parviendrez à occire tous les microbes avec une seule application d’une durée d’environ 10 beep acoustiques (environ 1 minute et demi).
Dans le cas d’infections plus importantes, cette thérapie sera répétée tous les jours, durant environ une semaine.

Figure 13 : Lorsque vous raccourcissez les pattes des diodes LED, rappelez-vous que toutes les anodes sont positionnées à droite.

Figure 14 : Dans toutes les diodes pour haute tension, la sortie cathode devrait être marquée par une bague rouge ou bien par un point noir. Si ces points de référence se sont effacés, pour repérer la sortie “+”, passez à la figure 15 et 16.

Figure 15 : Si la patte positive de la diode est tournée vers la pointe positive du testeur, vous lirez une tension d’environ 5 volts, car ces diodes haute tension introduisent une chute de tension de 4 volts.

Figure 16 : Si la sortie positive de la diode se trouve vers le positif de la pile, sur le testeur, vous ne lirez aucune tension. Pour la lire, vous devrez seulement retourner la diode comme cela est représenté sur la figure 15.

Figure 17 : Brochages G-D-S (Gate - Drain - Source) du MOSFET et E-B-C (Emetteur - Base - Collecteur) du BC328 vus de dessous. Les brochages des circuits intégrés LM358 et NE555 sont vus de dessus, avec leur repère-détrompeur en U orienté vers la gauche.

Figure 18 : Brochage du transformateur T1, référencé TM.1343 vu de dessous.

Figure 19 : Les bornes de sortie sont fixées sur la face avant, en insérant du côté opposé leur rondelle isolante.

Figure 20 : La plaque conductrice reliée à la borne positive, est tenue serrée dans la main ou fixée au poignet avec du ruban adhésif. La pointe reliée à la borne négative est approchée de la zone à traiter, jusqu’au moment où l’allumage de la 3e ou 4e LED se produit.

Figure 21 : La plaque conductrice reliée à la borne positive peut être fixée avec du ruban adhésif même sur un bras. Si vous approchez la pointe négative de la peau jusqu’à l’allumage de la cinquième LED, une étincelle désagréable pourrait jaillir.

Figure 22 : Le vent ionique généré par cet appareil est en mesure de soigner de nombreuses infections de la peau.
Si quelques étincelles devaient jaillir, car vous n’avez pas respecté la distance, sachez que celles-ci, tout en étant désagréables, ne sont, par contre, pas dangereuses.


Les contre-indications
Cette thérapie ne peut être utilisée sur des patients porteurs d’un stimulateur cardiaque, ni sur des femmes en période de grossesse. La pointe ne doit jamais être approchée des yeux.
La ionothérapie, comme toutes les autres applications de la médecine, sans exception, peut rencontrer des allergiques. Si quoi que ce soit d’anormal venait à se passer durant le traitement, il faut cesser immédiatement et consulter un médecin.

Comment construire son propre système de navigation GPS mobile ?

Dans cet article, nous nous proposons de vous expliquer comment réaliser, sans trop dépenser, un système complet de navigation GPS mobile, c’est-à-dire utilisable dans votre voiture ou dans votre bateau. Pour ce faire, nous avons rassemblé une carte-mère de PC munie de ses cartes vidéo et audio, une alimentation ATX 12 volts, un disque dur pour ordinateur portable, un système de commande marche/arrêt à distance, un écran LCD, un récepteur GPS GARMIN ou SiRF, une antenne pour GPS, le logiciel de navigation NaviPC et la cartographie NavTECH.


Même si, aujourd’hui, posséder un système de navigation GPS embarqué dans sa voiture n’est plus aussi rare et élitiste qu’il y a quelques années, on ne peut nier toutefois qu’un tel appareil, aussi utile soit-il pour qui voyage en France comme à l’étranger, demeure pour beaucoup d’entre nous un luxe excessivement onéreux.
Disponible, au début, uniquement sur les grosses berlines cossues, un tel accessoire est maintenant en option sur des modèles de moyenne gamme ou même sur des utilitaires.
Certes, le monde change, plutôt rapidement, mais les progrès réalisés dans le domaine des système de navigation GPS n’ont pas encore permis des économies d’échelle suffisantes pour voir sortir des produits à la portée de tous.
Un véritable navigateur GPS de voiture coûte encore de nos jours entre 15 000 et 20 000 F.

Figure 1 : Matériel et logiciel utilisés
Matériel
Alimentation ATX pour voiture (FT375)
Pentium II avec carte vidéo et audio incorporée
Processeur INTEL CELERON 633 MHz
Disque dur 2,5” 10 MB
Moniteur audio/vidéo au standard PAL
Convertisseur VGA/PAL
GPS GARMIN GPS25 avec antenne active ou
GPS SiRF I avec antenne active
Contrôle par radio de l’allumage et de l’extinction du PC (EF.372)
Souris sans fil radio à 3 touches
Clavier sans fil radio

Logiciel
WINDOWS 98 paramétré à 800 x 600 avec grands caractères
NaviPC installé complet avec la cartographie NavTECH




Notre solution
La solution alternative, pour bénéficier d’une telle merveille technologique sans se ruiner, est de se procurer un GPS de poche à afficheurs LCD, bien plus abordable, même s’il est pourvu d’une base de données cartographique locale et mondiale.
Entre les coûteux systèmes de navigation complets, installés en fixe à bord des automobiles, et les petits GPS portables, la différence est tout de même importante : la carte défilante, souvent absente des seconds, n’est pas un problème insurmontable, pas plus que l’absence d’indications vocales sur le parcours à effectuer.
Le vrai “hic” consiste en l’absence de la correction automatique du tracé en cas d’erreur ou de changement de parcours décidé par l’usager.
Les systèmes professionnels s’accommodent d’un éventuel “écart de route” et recalculent, en temps réel, le meilleur parcours à suivre.
Dans le présent article, nous vous proposons de construire un véritable PC, de l’adapter pour pouvoir l’utiliser en voiture et, grâce au logiciel NaviPC, de réaliser un authentique système de navigation GPS. NaviPC permet d’obtenir toutes les fonctions disponibles sur les matériels les plus évolués.
Or, les PC sont de plus en plus puissants au fil des mois sans que, pour autant, les prix ne flambent.
Nous sommes donc en mesure, tout en réalisant une économie substantielle par rapport au matériel tout fait du commerce, de bénéficier d’un système unique en son genre et totalement personnalisé.
Pour réaliser notre navigateur, il sera nécessaire de disposer d’un récepteur GPS série.
Notre choix s’est porté sur la marque GARMIN mais il n’y a aucune objection à le remplacer par le tout nouveau récepteur SiRF présenté dans ce même numéro de votre magazine préféré (EF.378).
Les autres périphériques à connecter à notre PC sont : une souris, un clavier (tous deux sans fil, reliés par radio), un système de mise en route à distance, télécommandé (voir, dans ce même numéro, l’article intitulé “Une commande à distance pour PC doté d’une alimentation ATX” EF.372) et un écran LCD au standard PAL qui, pour être couplé au PC, nécessite une interface VGA/PAL ou une carte vidéo avec sortie téléviseur.

Figure 2 : Photo de l’ensemble du système de navigation GPS que nous avons réalisé pour vous. Nous voyons l’alimentation ATX, le boîtier contenant la carte-mère, le récepteur GPS, le convertisseur VGA/PAL et le récepteur de télécommande de marche/arrêt du PC. Comme accessoires externes nous avons l’écran LCD, l’antenne GPS, la télécommande de marche/arrêt du PC et la souris sans fil radio.



Figure 3 : Le moniteur utilisé pour notre PC de voiture est un écran LCD de 6,4” TFT avec entrée vidéo composite standard 1 Vpp/75 Ω. Il offre une résolution de 960 x 234 pixels et une entrée audio standard 0,5 à 1 V avec enceintes 1 W sous 8 Ω.

La réalisation
Voyons maintenant comment réaliser notr e PC.
Le premier problème consiste à convertir les 12 Vcc fournis par la batterie du véhicule en diverses tensions réclamées par l’ordinateur.
Notre précédente réalisation (ELM 26, page 30 et suivantes, “Une alimentation ATX pour PC” EF.375) va trouver ici une fructueuse application : une alimentation ATX pour PC à partir d’une batterie de voiture.
C’est exactement ce qu’il nous faut !
Notre prototype, dûment assemblé, est un PC alimenté grâce à la réalisation susnommé.
Il utilise une carte-mère ATX pour processeur en socket 370 : PENTIUM III ou CELERON PGA.
Une alternative tout à fait valable consiste à utiliser une carte-mère en socket A avec processeur ATHLON.
Le microprocesseur que nous avons utilisé, nous, est un CELERON à 633 MHz.
Ce qui est important à signaler, c’est la nécessité de disposer d’une carte-mère intégrant une carte vidéo et une carte audio, afin de ne pas être obligé d’ajouter des modules externes, avec les problèmes de vibrations que cela pourrait entraîner.
L’idéal serait que la carte VGA intégrée ait en plus une sortie vidéo PAL, de manière à pouvoir utiliser un écran LCD ordinaire, acceptant le standard vidéo de la télévision en entrée. Sans une telle carte vidéo (ce fut notre cas !), Il est nécessaire de se procurer un convertisseur VGA/PAL et de le brancher entre le connecteur de sortie de la carte vidéo et l’entrée coaxiale du moniteur LCD. Dans le commerce, de tels appareils se trouvent facilement et, normalement, ils ne créent aucun problème de compatibilité.
Notre moniteur est un 6,4” TFT, disposant d’une bonne résolution et, détail important, d’une entrée audio avec enceintes acoustiques.
Comme dans tout ordinateur, même ceux à préparer pour un navigateur GPS, il faut un disque dur : nous vous conseillons l’un de ceux utilisés avec les portables (2,5”) parce qu’ils sont plus résistants aux chocs et aux vibrations et qu’en voiture le matériel est, de ce point de vue, assez malmené.
La capacité du disque peut être relativement faible mais au moins 1 Go est nécessaire pour l’installation de NaviPC, avec toute sa cartographie, et le bon fonctionnement de WINDOWS 95 ou 98.
Il faudra aussi une souris pour accéder aux différentes fonctions du programme de navigation NaviPC.
Le dispositif de pointage doit être adapté aux interfaces dont la carte-mère est équipée.
Les ATX disposent, soit des ports série, soit d’un port PS/2.
Le choix de la souris sera fonction de vos propres exigences et des conditions de travail en voiture.
Quant à nous, nous avons utilisé une souris série sans fil HF (radio émettrice), et c’est extrêmement commode : cela permet de laisser l’ordinateur de côté et de maintenir le pointeur près de l’écran LCD sans avoir à gérer l’embrouillamini des câbles de liaison.
Une fois que vous vous serez procuré la carte-mère, que vous y aurez installé le processeur choisi, il faudra y relier le disque dur avec un câble en nappe à 40 pôles pour disque IDE.
Quand ce dernier sera câblé, vous pourrez connecter l’alimentation.
L’ensemble sera placé dans un boîtier plastique ou métallique, percé de manière à permettre l’évacuation de la chaleur et de l’air brassé par le ventilateur de la CPU.
Sur le port PS/2 ou un port série (à vous de choisir) vous connecterez la souris et à l’autre vous relierez le récepteur GPS.
Si vous disposez de la carte vidéo traditionnelle avec sortie VGA, reliez au connecteur correspondant au moniteur le convertisseur VGA/PAL, à la sortie duquel vous brancherez le moniteur (écran LCD vidéo composite). Ce dernier est alimenté en 12 V par le réseau électrique de la voiture (en fait la batterie) afin de ne pas grever excessivement les possibilités de l’alimentation ATX générale. Si, par contre, vous montez une carte-mère avec carte vidéo pourvue d’une sortie vidéo composite, vous pouvez la relier directement au moniteur LCD.
Complétez l’assemblage en reliant les bornes d’entrée 12 V de l’alimentation ATX pour voiture à la batterie.
Placez un fusible de sécurité de 30 A en série : il protégera la batterie en cas de court-circuit au moment de connecter l’alimentation ATX.
Pour la mise en route du PC, il sera nécessaire de connecter un poussoir aux deux bornes destinées à la commande d’allumage, normalement marquée “PWR ON, POWER ON, etc.”. Quant à nous, nous avons utilisé la télécommande pour PC par radio (EF.372) de façon à pouvoir allumer notre navigateur à distance.
Le PC est maintenant prêt à l’emploi et vous pouvez l’allumer, alimenter le moniteur LCD et attendre que le système démarre avec “l’active desktop”.
Il suffira ensuite de cliquer sur l’icône de NaviPC pour lancer le programme et l’utiliser.
Souvenez-vous que pour entendre les messages vocaux de guidage émis par le logiciel vous devrez d’abord avoir connecté une paire d’enceintes à votre carte audio !
En ce qui concerne l’installation du logiciel, il est nécessaire de connecter, temporairement, un lecteur de CD-ROM et d’effectuer l’installation de WINDOWS et de NaviPC (avec toute sa cartographie).
Après, le lecteur n’étant plus nécessaire, vous pourrez le débrancher et le retirer : mais, de grâce, faites-le ordinateur éteint !
Enfin vous pouvez placer le PC dans le coffre et placer l’écran et les enceintes sur le tableau de bord, la console ou le videpoches, etc. Il ne nous reste qu’à vous souhaiter bon voyage !

Le contenu du coffret

Figure 4a : Nous voyons ici en détail l’alimentation ATX à partir d’une batterie de 12 volts (ELM 26). Nous avons pu la fixer au couvercle du coffret dans la mesure où, la carte-mère intégrant ses propres cartes audio et vidéo, aucune autre carte supplémentaire ne vient prendre de la place.

Figure 4b : Le disque dur est de ceux que l’on utilise dans les portables lorsque, outre le manque de place, le problème est de disposer de matériel ne craignant ni les chocs ni les vibrations auxquels on s’expose en voiture.

Figure 4c : A l’intérieur du coffret, nous trouvons aussi le récepteur GPS, dont l’antenne sera, par contre, déportée à l’extérieur, sur le pare-brise ou la lunette arrière de la voiture mais toujours pour une exposition maximale aux ondes satellitaires.

Figure 4d : Le récepteur de la commande de marche/arrêt du PC, présenté dans ce même numéro sous le titre “Une commande à distance pour PC doté d’une alimentation ATX” EF.372, n’a pas besoin d’une attention particulière de votre part. Son antenne est constituée d’un bout de fil de cuivre rigide et peut tranquillement rester au fond du boîtier.

Le logiciel NaviPC

Figure 5a : Le CD-ROM du logiciel NaviPC et la cartographie NavTECH.

Figure 5b : Vue des principales routes d’Europe, sur l’écran du PC travaillant avec ces logiciels.

Le logiciel de navigation installé dans notre PC de voiture, NaviPC, contient un programme moderne de navigation satellitaire, avec guidage vocal et visuel, travaillant sous Windows 95/98/2000/NT.
Le logiciel exploite les signaux produits par le système GPS (Global Positioning System) que l’on peut facilement recevoir avec n’importe quel récepteur GPS à interface sérielle et au standard NMEA183.
La cartographie numérique NavTECH est au format Sdal, dans lequel sont codifiées toutes les cartes routières des principaux constructeurs de navigateurs de voiture.
Elle permet une grande précision et une parfaite fiabilité.
Les détails sont assez précis pour permettre de sélectionner des destinations, la plupart du temps, avec un écart de l’ordre d’un numéro d’entrée d’immeuble dans une rue !
Sans parler de la possibilité d’obtenir des informations sur des centres d’intérêt (comme les monuments, les hôtels, les restaurants, etc.) et sur l’itinéraire à suivre pour les atteindre.

Le récepteur GPS


Celui employé dans notre prototype est le classique GPS25 de GARMIN, pourvu d’une interface RS232-C et d’une antenne déportée à placer sur le pare-brise ou la lunette arrière.
Ce récepteur peut capter un grand nombre de satellites, 12, et transmettre au PC les informations, en protocole NMEA183, qui contribueront à une localisation précise.
Le GARMIN 25 peut être remplacé sans problème par le SiRF I, tel qu’il est décrit dans ce même numéro sous le titre “Un récepteur GPS série” EF.378.
C’est un appareil complet, prêt à servir de véritable récepteur GPS et à connecter, grâce à ses câbles, à un PC : il a les mêmes prestations que le GARMIN mais son prix est nettement inférieur.

Un récepteur GPS série

On trouve depuis peu de nouveaux récepteurs pour le positionnement par satellites, très compacts et économiques.
Nous allons les utiliser dans nos réalisations car ils méritent d’être mieux connus. Nous souhaitons que cet article soit, en plus du montage proposé, l’occasion de vous remettre en mémoire les concepts fondamentaux du système GPS.


Depuis longtemps déjà nous nous intéressons aux appareils de localisation par satellites, aux navigateurs et localisateurs à distance pour antivol de voiture et pour la sécurité en général.
Nos montages utilisaient des récepteurs GPS de marque GARMIN de très bonne qualité, avec ou sans antenne incorporée (ex. GPS25, GPS35…), équipés d’une interface série au standard RS232-C.
Mais, bien sûr, ils ne sont pas les seuls sur le marché et GARMIN n’est pas la seule firme qui construise des récepteurs GPS même si elle est, sans aucun doute, une des plus grandes.

Caractéristiques techniques

Module SiRF I
Générales
Fréquence : ......................... L1 1 575,42 MHz
Code C/A : .......................... 1,023 MHz
Canaux : ............................ 12 parallèles

Précision
Position : .......................... de 1 à 5 mètres
Vitesse : ........................... 0,05 m/s

Acquisition
Ré acquisition : .................... 0,1 s
Mise en marche : .................... 48 secondes
Reset : ............................. 8 secondes

Conditions dynamiques
Altitude : .......................... 18 000 m max.
Vitesse : ........................... 515 m/s max.
Accélération : ...................... 4 g max.
T° de fonctionnement : .............. –40 °C à +85 °C

Electriques
Alimentation : ...................... +5 Vcc ±5 %
Consommation : ...................... 180 mA max.
Circuit de “backup”, ................ tension : +2,5 V à 4,5 V; courant : 10 μA

Communication
Canal sériel “full duplex”
Binaire ou NMEA0183

Antenne active
Electriques
Fréquence : ......................... 1 575 MHz ±3 MHz
VSWR (TOS) : ........................ 2 max.
Largeur de bande : .................. 10 MHz min.
Impédance : ......................... 50 Ω
Gain : .............................. 4 dBic
Polarisation : ...................... RHCP
Gain de l’ampli : ................... 27 dB typ.
Bruit de l’ampli : .................. 1,5 dB typ.
Sortie VSWR (TOS) : ................. 2 max.
Alimentation : ...................... 5 V ±0,25 V
Consommation : ...................... 16 mA max.
T° de fonctionnement : .............. –40 °C à +85 °C
Vibrations admises : ................ 1 g, 10-150-10 Hz sur tous les axes
Humidité admissible : ............... 95 % à 100 %
Etanchéité : ........................ 100 %

Mécaniques
Poids : ............................. 180 grammes
Dimensions : ........................ 50 x 50 x 17 mm
Câble : ............................. 5 m RG174 avec connecteur SMA
Fixation : .......................... embase magnétique


Figure 1a : Vue de dessus du récepteur GPS SiRF I (elle correspond à la photo de la figure 1d).

Figure 1b : Vue de dessous de ce même assemblage.

Figure 1c : Vue latérale (toutes les cotes sont en mm).

Figure 1d : Vue de dessus d’un récepteur SiRF I.

Notre trouvaille
Dans notre continuelle recherche de produits toujours plus performants, à tous les points de vue, nous avons trouvé dans le commerce d’autres récepteurs GPS produits par la firme SiRF : il en existe deux types. Le type I incorpore la section HF alors que le type II en est dépourvu. Si nous avons choisi cette marque c’est pour deux bonnes raisons : SiRF est aussi fiable que GARMIN tout en étant nettement moins coûteux ! La seule différence importante est que les SiRF disposent d’une interface sérielle produisant des signaux selon le protocole NMEA0183 mais avec un niveau TTL et non RS232-C comme leur concurrent.

Notre montage
Donc si l’on veut coupler un récepteur SiRF au port COM d’un PC, il faut réaliser un petit convertisseur TTL/RS232-C : c’est ce dernier qui fera l’objet de la réalisation proposée dans le présent article.
Les applications liées au GPS sont déjà nombreuses et nous avons l’intention d’en réaliser toujours davantage.
D’autant plus que, depuis quelque temps, le signal civil (SPS = Standard Position System) n’est plus dégradé par rapport au signal militaire (PPS = Precision Position System) : cela permet d’obtenir des localisations très précises, de déterminer la position d’un objet avec une erreur d’à peine quelques mètres et non plus de 30 mètres, comme cela était encore le cas il y a deux ans environ.
Dans ces pages nous voulons vous présenter les récepteurs SiRF en vous proposant la réalisation d’un récepteur GPS fondé sur un module de type I auquel nous ajouterons notre petit montage : le convertisseur d’interface TTL/RS232-C. En assemblant le module SiRF I avec notre montage facile, vous serez en possession d’un récepteur GPS complet à employer avec n’importe quel ordinateur, de bureau ou portable, travaillant sous un des programmes de navigation par satellites les plus courants comme “NaviPC” par exemple.
Le récepteur en lui-même est un élément remarquable opérant sur une fréquence de la bande L1 (1 575,42 MHz) en mesure de démoduler le signal C/A (localisation des maxima) modulé en phase à 1,023 MHz.
L’étage d’entrée peut recevoir en même temps 12 satellites (12 canaux parallèles), la précision du relèvement sur la position, la vitesse (dans le cas où le récepteur est installé dans un véhicule en mouvement) et l’heure actuelle, avec les corrections par horloge à quartz interne.
Toutes les informations sont ensuite transmises en mode sériel par l’interface TTL dont le récepteur GPS est doté : le protocole de communication est le NMEA0183-ASCII (NMEA = National Marine Electronics Association), standard des systèmes de réception GPS.
Pour être plus précis, de l’interface sérielle “sortent” les données de latitude, longitude et altitude du récepteur en plus de la date, de l’heure, de la vitesse de déplacement (si le récepteur GPS est installé dans un véhicule en déplacement comme une automobile, un bateau ou un avion) et du nombre de satellites reçus.
Le SiRF est un récepteur GPS capable d’opérer en fixe ou à bord d’un mobile : il fonctionne correctement jusqu’à une altitude de 18 000 m (60 000 pieds), peut apprécier une vitesse jusqu’à 515 m/s (plus de 1 800 km/h) et supporte des accélérations jusqu’à 4 g (4 fois l’accélération de la pesanteur soit plus de 39 m/s).
La précision de la localisation est garantie à moins de 25 m, même dans les pires conditions de travail, mais par rapport au signal civil, le seul interceptable par SiRF I.
En clair, si nous considérons qu’aujourd’hui la porteuse SPS (C/A) “contient” une information plus précise, dans les conditions normales de travail on peut espérer obtenir une localisation avec une erreur d’environ 5 m.
La bonne qualité de la localisation et de la précision dans la détermination de la vitesse de déplacement des objets proviennent de la grande quantité des satellites que l’on peut recevoir en même temps et de la périodicité très courte d’acquisition des signaux horaires provenant de la constellation GPS : en moyenne un signal toutes les 100 millisecondes.

Figure 2a : Vue de dessous du GPS SiRF I.

Figure 2b : Le connecteur.

Comme interface avec l’extérieur, le SiRF I dispose d’un connecteur au pas de 2 mm recevant l’alimentation et permettant le dialogue avec le PC.

Figure 2c : Fonction de chaque broche (qu’en raison de leur forme nous appelons “points” dans le texte) du connecteur.

La modification
D’après ce qui précède, nous pouvons affirmer qu’il s’agit là d’un récepteur aux excellentes prestations, utilisable avec succès dans toutes les applications terrestres ou non.
Et, justement, en termes d’application, voyons comment transformer les interfaces série de TTL en RS232-C, en mettant à profit le schéma de modification très simple présent dans cet article, figure 5a.
Pour être tout à fait exact, nous vous proposons un convertisseur que vous pourrez relier à une entrée série, le port A.

Le circuit
Le circuit de modification est fondé sur le circuit intégré MAX232, le convertisseur TTL/RS232-C et vice-versa le plus commun. Il contient 2 “line-driver” et 2 “receiver” en plus d’un double circuit de charge de condensateurs permettant de fournir, à partir du +5 V de l’alimentation principale, les tensions +10 V et –10 V nécessaires au “driver” RS232-C.
On remarquera en particulier que ce circuit intégré n’a besoin que de 4 condensateurs électrolytiques externes : C3, C4, C5 et C6.
Comme le montre le schéma électrique, figure 5a, l’entrée du “line-driver” est reliée à la sortie TTL du port A (point 11 du connecteur d’interface) tandis que la sortie du récepteur l’est à l’entrée du port A (point 12 du connecteur du SiRF I).
Les broches 9 et 10 seront ensuite reliées, au moyen d’un câble série avec connecteur DB9 (à 9 broches comme son nom le suggère : photo figure 5e), respectivement à la ligne RXD et à la TXD du port série de l’ordinateur auquel le récepteur GPS devra être couplé.
Pour fonctionner correctement, le module SiRF I doit être alimenté en +5 V à prélever sur une alimentation externe reliée directement aux points 1, 2 (+5 V) et 16, 18 (masse) du connecteur (figure 2b). Cette même tension +5 V alimente aussi le convertisseur MAX232.
Restons un moment sur le connecteur d’interface : à partir de lui on peut accéder à toutes les fonctions spéciales du récepteur GPS. Par exemple, le point 19 produit un signal appelé “TIMEMARK”, correspondant à une impulsion par seconde : c’est une sorte d’onde rectangulaire qui peut servir de “trigger” pour synchroniser une horloge, étant donné sa grande précision. Le point 5 permet, quant à lui, de “reseter” le récepteur : on peut y relier une broche d’un poussoir dont l’autre ira à la masse. En fait, le reset s’obtient en mettant ce point 5 au niveau logique zéro.
Au point 3 peut être reliée une batterie rechargeable externe, permettant le fonctionnement de l’horloge du récepteur lorsque l’alimentation principale 5 V est arrêtée : cette batterie doit être une 3,6 V, de type bâton, utilisé parfois sur les cartes-mères des ordinateurs. Le module prévoit cependant déjà une batterie embarquée et, de ce fait, la batterie externe est facultative.

Figure 3 : Organigramme de fonctionnement par sous ensembles du récepteur GPS série visible en photo figure 2a.

Figure 4 : Vues de dessus des circuits intégrés (format CPU) SiRF.
En haut le SiRF GRF1 qui assure toutes les fonctions HF.
En bas le SiRF GSP1, microprocesseur traitant les signaux en provenance de la constellation des satellites (jusqu’à 12 reçus simultanément : c’est ce que signifie “12 canaux parallèles”).


Figure 5a : Schéma électrique de notre petit convertisseur RS232.

Figure 5b : Schéma d’implantation des composants.

Figure 5c : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de notre convertisseur TTL/RS232-C.

Figure 5d : Photo d’un des prototypes prêt à être installé sous le module SiRF.

Figure 5e : Câble de liaison au port COM du PC (avec, à droite, son connecteur DB9), permettant aussi d’alimenter notre convertisseur à partir de l’alimentation du PC (connecteur de gauche PS/2).

En pratique : la platine sera superposée au module SiRF (figure 5e).
L’ensemble sera installé dans un boîtier adapté : nous avons prévu une petite boîte en plastique de 80 x 56 x 24 mm aux arêtes adoucies.

Liste des composants du convertisseur TTL/RS232
C1 = 10 μF 16 V tantale
C2 = 100 nF multicouche
C3-C6 = 10 μF 16 V tantale
U1 = Intégré MAX232
CN1 = 2 x 20 points pas de 2 mm

Divers :
1 Support 2 x 8 broches
1 Câble série DB9
1 Câble série PS/2
1 Boîtier plastique
1 Circuit imprimé réf. S378


L’assemblage
Voyons maintenant comment réaliser pratiquement la modification au récepteur GPS.
Tout d’abord, préparons le circuit d’interface.
Le circuit imprimé sera fabriqué au moyen de la technique bien connue de la photogravure, grâce à notre tracé de la figure 5c.
Le montage des composants est simple et les seules précautions à prendre concernent le respect de la polarité des condensateurs électrolytiques et le sens d’insertion du MAX232.
Une fois terminé ce petit circuit, il faudra le relier, au moyen de 4 fils, au récepteur GPS. Puis rassembler le tout dans un boîtier adéquat.
Quant à l’alimentation, sachez que la totalité de l’appareil consommera au maximum 200 mA et que la tension de 5 V doit être continue et bien stabilisée.
Dans notre application, nous avons prévu un second câble de connexion au PC pour prélever sur le port PS/2 de celui-ci la tension de 5 V nécessaire à l’alimentation du circuit entier.

Le système GPS


Né pour les besoins de l’aéronautique militaire des Etats-Unis (USAF) en matière de contrôle maritime et aérien, le GPS (Global Positioning System) est un système fonctionnant grâce à 21 satellites (plus 4 d’escorte).
C’est la fameuse constellation GPS, apparue en 1993.
Tous les satellites sont en orbite géostationnaire autour de la Terre et ils tournent sur 6 orbites inclinées, chacune, de 55° par rapport au plan équatorial et distantes de 60° l’une de l’autre, à une altitude de 20 200 km/sol soit 26 500 km du centre de la Terre. Chaque satellite parcourt, autour de notre planète, une circonférence de 53 120 kilomètres en 12 heures exactement.
La méthode de localisation consiste en l’émission par chacun des satellites d’un signal horaire, en même temps que chacune des informations touchant la position et l’éventuelle variation de la position (si l’objet localisé est mobile) du récepteur GPS.
En outre chaque satellite émet un signal de correction horaire. Le récepteur GPS reçoit le signal horaire, le compare avec celui de sa propre horloge interne (toujours en phase avec celle du système, nous verrons comment…) et calcule le temps écoulé entre le départ du signal (du satellite) et son arrivée (au récepteur).
Vu la vitesse de l’onde radio (300 000 km/s, comme la lumière), il est facile de calculer la distance.
Et comme les satellites sont tous en orbite géostationnaire, leur position par rapport au sol terrestre est connue : le récepteur peut calculer facilement la distance qui le sépare de chaque satellite dont il reçoit le signal.
La géométrie nous enseigne que, pour connaître le lieu exact d’un point dans l’espace, il faut et il suffit de connaître sa distance par rapport à au moins 3 points connus.
Donc, un récepteur GPS captant les signaux de 3 satellites peut calculer la distance qui le sépare d’eux et, partant, sa propre position dans l’espace.
En fait, on obtient pour cette dernière 2 points, un réel et l’autre improbable (qui en est l’image/miroir) puisqu’il est situé hors de la biosphère terrestre.
Si l’on reçoit 4 satellites, la localisation du récepteur (ou du mobile dans lequel il est embarqué : voiture, bateau, avion…) est déjà précise et débarrassée de l’ambiguïté du point irréel. Mais avec 5, 6, 7 ou davantage (notre SiRF peut en recevoir jusqu’à 12 en même temps), la localisation s’affine toujours davantage car la tolérance sur la distance diminue de plus en plus.
Cela dit, l’un ou l’une d’entre vous se demandera peut-être comment fait le récepteur GPS pour savoir le temps que met le signal émis par le satellite pour l’atteindre.
La réponse est simple : tous les satellites du système GPS ont chacun 4 horloges atomiques au Césium, extrêmement précises et, de plus, mises à jour de façon cyclique par une station terrestre (la véritable centrale du système GPS).
L’extrême précision et la très grande fiabilité de chaque horloge sont telles que tous les satellites ont la même heure, précise au millionième de seconde, et même davantage !
Dans le signal émis par chaque satellite vers la Terre, on trouve, outre les informations horaires, tous les paramètres indiquant de quel satellite il s’agit (n° 1, n° 2, etc.), son orbite (ainsi le récepteur GPS connaît l’exacte altitude/sol du satellite reçu), les corrections d’orbite et la mise à jour du signal horaire.
Vu que tous les éléments du système GPS sont à la même heure, “il est facile” pour un récepteur (un rien sophistiqué tout de même !) de calculer les distances utiles et éventuellement les vitesses.

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