"PromoBox" Un annonceur vocal à détecteur de mouvement

C’est un reproducteur numérique vocal basé sur le ChipCorder ISD, s’activant lorsque son capteur optique détecte un mouvement (l’approche d’une personne, précédée ou non de son chariot) et diffusant alors dans son haut-parleur un message vocal. Conçu pour la promotion de produits sur les gondoles des grands magasins, il peut également servir d’avertisseur acoustique de sécurité.


Rien de complexe dans le principe ni dans la réalisation de ce dispositif utilisant les nouvelles puces pour synthèse vocale, de plus en plus répandues. Notre PromoBox va vous le montrer : ce lecteur numérique reproduit un message préalablement enregistré de 12 secondes maximum, lorsque quelqu’un ou quelque chose est détecté par le capteur optique de mouvement.

Le schéma électrique de l’annonceur vocal
Il est donné figure 1. La section vocale est un module de quelques centimètres carrés, un tout petit circuit imprimé sur lequel on a monté un ISD1212 en CMS : ce composant Information Storage Devices (spécialiste des puces de synthèse vocale) est un “ChipCorder”, c’est-à-dire un enregistreur/lecteur numérique complet dont les fonctions peuvent être commandées directement avec des signaux logiques appliqués sur des broches spécifiques. Le circuit comporte une ligne pour l’enregistrement et deux pour la lecture, correspondant à des broches de la puce.
Le capteur détecte le mouvement grâce aux variations de luminosité à sa surface, dues aux changements affectant son environnement frontal. Ce choix a été fait pour réduire les coûts au maximum : en effet, une photorésistance couplée à un microcontrôleur suffit. Ici, le PIC lit la valeur de la photorésistance et l’échantillonne périodiquement, de façon à détecter quand elle s’écarte significativement de la valeur de repos. Le schéma électrique de la figure 1 montre que FT1 est insérée dans un dipôle comprenant un condensateur : le tout est relié à la broche 3 du microcontrôleur U2, un PIC12C672. Pour la mesure de la photorésistance, on a recours à la fonction POT du compilateur PIC Basic Pro : le dipôle R/C est alimenté de telle façon que le condensateur se charge, ensuite on mesure la durée de sa décharge. Bref, le PIC lit la courbe de décharge de C4, dont la pente dépend exponentiellement de la valeur résistive prise par FT1 en fonction de son illumination : plus grande est la valeur résistive, plus longue est la durée de décharge et vice versa.
Mais comment le microcontrôleur fait-il pour savoir que la luminosité a varié ? Il mémorise une valeur résistive de référence et il recherche ensuite quand la valeur sort d’une fourchette prédéterminée.
Cette lecture a lieu 10 fois par seconde environ : le PIC lit l’état du dipôle contenant la photorésistance et il fait une moyenne toutes les dix lectures (soit à chaque seconde), ce qui lui donne la valeur moyenne de la résistance en fonction de la constante de temps de décharge du réseau R/C.
Il se fait donc une idée de la condition stable, soit de la luminosité ambiante quand aucun corps réfléchissant ne s’approche du champ de FT1. Quand cette condition varie et qu’une ou plusieurs lectures de la valeur de la résistance montre qu’on est sorti de la plage paramétrée par le programme, soit de la tolérance autour de la valeur moyenne calculée à partir des dernières lectures, la condition d’alarme est détectée et le programme lance une routine de temporisation mettant la broche 5 au niveau logique haut, polarisant T1 jusqu’à saturation et faisant conduire T2. En même temps, une impulsion de niveau logique bas se présente sur la ligne GP1, normalement haute. Le tout dure un temps déterminé par la position du curseur du trimmer R1 : pendant ce temps le module U5 diffuse le message vocal.
Revenons au capteur proprement dit : après chaque détection, le programme inhibe l’entrée correspondant à la photorésistance, ce qui fait que, pendant un certain temps, la sortie reste inactive indépendamment de ce qui se passe en face de la photorésistance.
Ce temps est paramétré, de 1 à 180 secondes, avec le trimmer R2.
L’utilité de cette fonction relève de la nécessité d’espacer deux lectures du message vocal. A noter que, pendant l’intervalle d’inhibition, aucune lecture de la part du microcontrôleur n’a lieu et que le circuit est au repos
La durée étant écoulée, le microcontrôleur reprend ses lectures et détermine à nouveau la valeur moyenne de référence au repos : si la variation ayant déterminé l’alarme demeure, le microcontrôleur la prend comme nouvelle valeur moyenne de référence ou condition stable. Par conséquent, aucun problème dû à l’allumage et à l’extinction de l’éclairage n’est à craindre : avec la variation initiale le capteur se déclenche, puis il s’adapte à la nouvelle condition normale et ne se déclenche à nouveau que si une nouvelle variation est détectée. Un mot encore sur R1 : ce trimmer sert à régler la sensibilité du capteur, c’est-à-dire le décalage entre la luminosité au repos et la luminosité réfléchie par unobjet frontal en mouvement proche, déterminant la commande des lignes GP1 et GP2 et le déclenchement concomitant du lecteur vocal.
Passons maintenant à l’examen de la section de reproduction du message vocal : il s’agit essentiellement du circuit intégré ISD1212 monté sur une petite platine et possédant comme seules connexions le positif et le négatif d’alimentation, la sortie BF, l’entrée microphone et les lignes de commande pour enregistrement et la lecture. Cette dernière correspond à la broche “PLAY” et permet de faire lire au composant ce qui a été préalablement enregistré, simplement en passant un instant (il suffit d’une impulsion de 20 ms) du niveau logique 1 au niveau logique 0. Alors, le convertisseur N/A interne au ISD1212 transforme les données présentes dans l’EEPROM interne et synthétise le signal audio correspondant. Notez que les “chipcorders” ont une sortie en pont, par conséquent il y a deux broches où l’on prélève l’audio (le circuit intégré est conçu pour piloter directement un petit haut-parleur de 16 ou 32 ohms), toutefois, disposant d’un amplificateur externe, U3, nous avons envoyé à la sortie du module U5 la composante BF prélevée sur une seule broche. Le signal qui en sort est envoyé sur un petit amplificateur final audio LM386 auquel nous faisons délivrer 1 W de puissance dans un haut-parleur de 8 ohms d’impédance, connecté aux points SPK.
Le trimmer R7 permet un réglage du niveau sonore facile.
Mais, bien entendu, pour diffuser le message celui-ci doit préalablement avoir été enregistré. Pour effectuer cette opération, U5 doit d’abord être inséré dans un enregistreur spécial : ce dernier, l’Enregistreur copieur pour “chipcorder” ET198, est doté d’un support accueillant le module “chipcorder” à enregistrer. Un poussoir permet l’enregistrement du signal arrivant du microphone intégré et un autre le transfert du message enregistré dans le “chipcorder” de la base dans le module inséré dans le connecteur de programmation (U5 pour nous).
Revenons maintenant à notre circuit pour analyser comment le microcontrôleur gère effectivement le module vocal U5 : nous l’avons dit, quand un mouvement est détecté, le PIC met au niveau logique 1 sa ligne GP2 de manière à saturer T1, dont le collecteur porte à presque 0 V R4, ce qui fait pleinement conduire T2.
Ce dernier, un PNP, est monté en interrupteur statique et son collecteur conduit le courant à l’amplificateur BF et, à travers le régulateur U4 7805 fournissant le 5 V stabilisé, à U5. Environ 40 ms après avoir donné le niveau logique haut à la broche 5, le microcontrôleur fait passer brièvement la broche 6 au niveau logique bas, de façon à donner l’impulsion de mise en route à la reproduction.
Quand la durée paramétrée est écoulée, le microcontrôleur fait repasser GP2 au niveau logique 0 et laisse s’éteindre la section audio, étant assuré que le message est terminé : T1 repasse en interdiction, ainsi que T2 et le circuit ne consomme ainsi que quelques mA, consommés à vide par U1. Le tout fonctionne sous une tension continue entre 12 et 15 V, à appliquer sur les bornes + et – PWR.

Figure 1 : Schéma électrique de l’annonceur de message.

Liste des composants
R1 = 4,7 kΩ trimmer
R2 = 4,7 kΩ trimmer
R3 = 47 kΩ
R4 = 1 kΩ
R5 = 15 kΩ
R6 = 100 Ω
R7 = 4,7 kΩ trimmer
C1 = 100 μF 25 V électro.
C2 = 100 μF 25 V électro.
C3 = 100 nF multicouche
C4 = 330 nF 63 V polyester
C5 = 100 nF 63 V polyester
C6 = 100 nF 63 V polyester
C7 = 100 μF 25 V électro.
C8 = 22 μF 25 V électro.
C9 = 220 μF 25 V électro.
C10 = 1 μF 100 V électro.
C11 = 100 nF multicouche
D1 = 1N4007
U1 = 78L05
U2 = PIC12C672-EF466 déjà programmé en usine
U3 = LM386
U4 = 78L05
U5 = Module ET199
T1 = BC547
T2 = BC557
FT1 = Photorésistance 1 kΩ à 2 MΩ
SPK = Haut-parleur 8 Ω 1 W

Divers :
2 Supports 2 x 4
2 Borniers 2 pôles
1 Barrette tulipe 8 pôles femelle
1 Programmateur ET198

La réalisation pratique de l’annonceur vocal
Une fois que l’on a réalisé le circuit imprimé par la méthode préconisée et décrite dans l'article : "Comment fabriquer vos circuits imprimés facilement ?" (la figure 3b en donne le dessin à l’échelle 1), ou qu’on se l’est procuré, on monte tous les composants dans un certain ordre en regardant fréquemment la figure 3a et la liste des composants.
Montez tout d’abord les 2 supports des circuits intégrés et la barrette tulipe à 8 pôles femelles au pas de 2,54 mm, devant ensuite recevoir le module U5 ET199 : vérifiez bien les soudures (ni court-circuit entre pistes et pastilles, ni soudure froide collée).
Le module ET199 est fourni avec 1 barrette tulipe mâle à 8 pôles. Vous l’installerez à la toute fin.
Montez ensuite toutes les résistances sans les intervertir, puis les 3 trimmers à plat. Montez tous les condensateurs en respectant bien la polarité des électrolytiques (la patte la plus longue est le +). Montez la diode D1, bague repère-détrompeur vers C2.
Montez les 2 régulateurs 78L05 et les 2 transistors BC547 et BC557 méplats repère-détrompeurs orientés comme le montre la figure 3a.
Montez les 2 borniers à 2 pôles pour l’alimentation (PWR) et le haut-parleur (SPK). Montez la photorésistance (de 1 kilohm à 2 mégohms maximum) au fond d’un tube plastique opaque, de façon à la rendre directive (à rendre plus étroit son diagramme de détection).
De la gaine thermorétractable irait très bien (voir photo de première page) : placez la photorésistance à plus de 1,5 cm de la bouche du tube. Reliez par les borniers correspondants l’alimentation et le haut-parleur.
Enfoncez délicatement les 2 circuits intégrés restants dans leurs supports en orientant bien leur repère-détrompeur en U dans le sens indiqué par la figure 3a. Installez enfin dans la barrette tulipe femelle au pas de 2,54 mm le module U5 ET199, dûment enregistré à l’aide du programmateur ET198, par-dessus le circuit imprimé principal (voir figures 2, 3 et 4 et photo de première page).
Le circuit est prêt à l’usage : réglez la sensibilité et l’intervalle entre deux alarmes (pause d’inhibition du capteur) après avoir installé le dispositif à sa place définitive, protégé ou non par un boîtier plastique, éventuellement à l’intérieur d’un distributeur, etc. Avant d’alimenter le montage, réglez R1 et R7 à mie course et R2 au minimum (sens anti-horaire). Reliez l’alimentation et, sans passer devant la photorésistance, vérifiez que le lecteur de message est au repos : s’il est activé, modifiez la position du curseur de R1.
A ce propos, notez ces règles simples valables pour R1 et R2 : en tournant le curseur dans le sens horaire, on augmente respectivement la sensibilité et l’intervalle d’inhibition, dans le sens opposé on les diminue. Pour R1, donc, la plus grande résistance équivaut à la plus grande sensibilité et la résistance minimale à la sensibilité la plus faible du capteur. Pour R2, le résistance insérée est inversement proportionnelle à la durée paramétrée.

Figure 2 : Le module vocal et son programmateur enregistreur.

Le module U5 ET199 doit être programmé (le message doit y être enregistré) à l’aide du programmateur (enregistreur) ET198.

Figure 3a : Schéma d’implantation des composants de l’annonceur de message.

Figure 3b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de l’annonceur de message.

Figure 4 : Photo d’un des prototypes de la platine de l’annonceur de message.

Figure 5 : Photo d’un des prototypes assemblé et relié au haut-parleur.

L’élément sensible à la variation de lumière (la photorésistance) doit être introduit dans un morceau de gaine thermorétractable : ainsi, les variations de luminosité détectées seront exclusivement celles produites par le mouvement d’un objet frontal.

Figure 6 : Le réglage des trimmers.

Les trimmers permettent de régler la durée d’inhibition entre un message et le suivant (R2), la sensibilité du capteur de mouvement (R1) et le volume de l’écoute audio du message (R7).

Figure 7 : Le montage peut être utilisé comme messager de bienvenue dans un magasin ou pour attirer l’attention des clients sur une promotion, etc.

Conclusion et rappel
Le module U5 ET199 doit être programmé (le message doit y être enregistré) à l’aide du programmateur (enregistreur) ET198.

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