Une commande de relais à retard réglable

Ce circuit, composé de deux étages monostables, utilise les durées de charge des condensateurs pour retarder l’activation d’un relais par rapport à un événement générant une commande sur ses bornes d’entrée. Deux trimmers offrent la possibilité de paramétrer le temps de retard et la durée d’activation.


La logique du dispositif est la suivante : quand un signal de tension positive arrive à l’entrée (par exemple, le signal dû à la pression d’une touche ou d’un bouton de sonnerie), un premier compteur est activé. Le temps écoulé (paramétrable de 0 à 10 secondes), le relais est activé et le reste pendant le déroulement d’un second compteur (délai paramétrable de 1 à 20 secondes) initialisé dès la fin du premier comptage.
De plus, l’appareil ne prend en considération que les impulsions d’entrée ayant une certaine durée, évitant ainsi un déclenchement intempestif dû au seul bruit de fond.

A quoi ça sert ?
Mais à quoi ce petit montage peut-il bien servir ? A ouvrir une porte quand une personne sonne, sans avoir à intervenir manuellement, tout en donnant l’impression au visiteur que quelqu’un l’a reconnu avant de lui ouvrir (utilisé par les cabinets médicaux ou similaires) : autrement dit un automatisme qui n’en a pas l’air afin de préserver les apparences d’une vraie relation humaine ! Si vous utilisez le dispositif dans cette application, munissez-le d’un système de désactivation (par exemple par coupure d’alimentation) pour les périodes où la porte doit rester fermée.
Mais ce circuit peut être utile pour de nombreuses autres applications, chaque fois qu’il est nécessaire d’activer un relais après un délai de latence à partir de l’événement déclenchant.

Le schéma électrique
Comme le montre la figure 1, il est assez simple, mais on peut tout de même le diviser en quatre étages. Le premier est l’alimentation en +12 V environ, constituée de C1, C2, R14 et C8 : C1 et C2 stabilisent la tension, quant à R14 et C8, on y reviendra. Le deuxième, centré sur l’opto-coupleur FC1, est l’étage d’entrée, destiné à opérer une isolation optique des bornes d’entrée par rapport au reste du circuit. Les deux derniers enfin sont constitués des deux étages monostables NAND U1a et U1b, pour le premier et NAND U1c/T2, pour le second.
La logique de FC1 est simple : quand une tension positive est fournie aux bornes IN (plus de +5 V et moins de +24 V, afin de ne pas endommager le composant), les broches 4 et 5 sont court-circuitées : par conséquent, dans le schéma de notre circuit, même la broche 5 est mise à la masse. Considérons d’abord le premier monostable et supposons que le circuit soit dans une situation de repos : aucun signal sur l’entrée IN, la broche 1 de la NAND U1a est maintenu au niveau logique haut par R2, R3 et D2. Supposons (pour le moment) que la broche 2 est aussi au niveau logique haut : alors la sortie, broche 3, est au niveau logique bas. C4 est déchargé et, grâce aux résistances de “pull down” R4 + R12, la broche 5 de U1b aussi est au niveau logique bas.
On remarque que, dans cet état, à l’intérieur de R4 + R12, D3 et C5 il ne passe aucun courant et donc C4 se maintient déchargé.
La broche 6 de U1b est en revanche au niveau logique haut grâce à la résistance de “pull up” R5. La sortie de U1b, broche 4, est donc au niveau logique haut, en accord avec notre supposition initiale concernant la broche 2.
Comme la broche 4 est au niveau logique haut, la broche 11 de U1d est en revanche au niveau logique bas (la NAND U1d est montée en NOT). Supposons alors que nous appliquions une tension positive à la borne + de FC1 : sa broche 5 va à la masse. C3 commence alors à se charger à travers R3 : on note cependant que la broche 1 de U1a ne passe pas immédiatement au niveau logique bas, mais qu’un certain temps est nécessaire pour permettre à C3 de se charger.
Cette technique comporte deux avantages : le premier est que l’éventuel bruit aux bornes IN ou produit par FC1 lui-même est filtré, le second est qu’il est possible de distinguer les différentes durées des signaux d’entrée et qu’on peut donc ignorer ceux ne durant pas suffisamment longtemps d’après notre critère (réglable).
En changeant la valeur de R3 on peut modifier la durée de charge de C3 et il est donc possible de paramétrer la durée minimale de validité du signal, avec les valeurs que nous avons choisies, on obtient environ 100 ms. Supposons que la durée du signal soit suffisante : la broche 1 passe au niveau logique bas, la sortie de U1a au niveau logique haut, C4 commence donc à se charger à travers R4 + R12, par conséquent la broche 5 aussi passe au niveau logique haut. La broche 6 étant au niveau logique haut, la sortie de U1b passe au niveau logique bas.
Cet état arrive sur la broche 2 de U1a, dont la sortie est maintenue au niveau logique haut en dépit du fait que le signal d’entrée cesse d’être appliqué et que donc la broche 1 de U1a revienne au niveau logique haut.
La sortie de U1b (niveau logique bas) est annulée par U1d, dont la sont est au niveau logique haut.
Le circuit reste dans cet état jusqu’à ce que C4 soit complètement chargé.
Quand cela arrive, plus aucun courant ne passe par R4 + R12 (C4 se charge sur D3), la broche 5 est par conséquent portée au niveau logique bas. La sortie de U1b est donc haute (la sortie de la NOT U1d est donc basse), le niveau logique haut arrive aussi sur la broche 2 laquelle, alors que la broche 1 est au niveau logique haut, fait passer la sortie de U1a au niveau logique bas. La première partie du circuit a donc recouvré l’état initial : un second signal appliqué à l’entrée produira une répétition du cycle selon la même logique.
Résumons : au repos la sortie de U1d est basse, quand un signal est appliqué à l’entrée elle devient haute et garde cet état pour une durée dépendant de la charge de C4 à travers R4 + R12, la charge terminée, la sortie redevient basse.
Analysons maintenant le second monostable : notons tout d’abord que les deux étages sont reliés par C7, lequel ne laisse pas passer la composante continue, mais sur la broche 8 de U1c n’arrivent que les impulsions positives ou négatives correspondant aux passages de 0 à 1 et vice versa de la sortie de U1d. Au repos les deux entrées de U1c sont hautes (résistances de “pull up” R7 et R8), sa sortie est donc basse. T3 est donc ouvert et RL1 est désactivé.
Quand la sortie de U1d passe du niveau logique bas au niveau logique haut, on a sur la broche 8 une impulsion positive ne provoquant aucun changement dans le second mono stable. Quand en revanche la broche 11 passe de 1 à 0, on a une impulsion négative portant pendant un instant sur la broche 8 de U1c l’état logique 0.
La sortie de U1c devient donc haute, T3 est en court-circuit et le relais RL1 s’active. Entre temps C6 commence à se charger à travers R9 + R13 et maintient haute la base de T2. Celui-ci met donc la broche 9 de U1c à la masse, ce qui implique que la sortie, broche 10, continue à être haute bien que la broche 8 reste basse un instant.
Le circuit reste dans cet état jusqu’à ce que C6 soit complètement chargé.
Quand cela arrive, T3 se rouvre, ce qui remet au niveau logique haut la broche 9 de U1c. La sortie de U1c redevient basse (C6 se décharge à travers D4) et RL1 s’ouvre. Comme on l’a vu déjà, le délai de retard comme la durée d’activation dépendent des mécanismes de charge respectivement de C4 et de C6 à travers R4 + R12 et R9 + R13. En modifiant les valeurs des résistances ou des condensateurs, on peut modifier ces durées. On l’a dit, avec les valeurs que nous avons choisies, il est possible de paramétrer un retard d’activation de 0 à 10 secondes et une durée d’activation de 1 à 20 secondes. Rien ne vous empêche cependant de modifier les valeurs de ces composants afin de les adapter à vos attentes.
Avant de conclure, il reste deux petits détails à voir. Le premier concerne T1 : il a été introduit pour maintenir au niveau logique 0 la broche 6 de U1b tant que la sortie de U1c reste au niveau logique 1 (relais fermé). Ce mécanisme a été conçu de manière à empêcher la propagation d’un second signal d’entrée pendant la période où le relais est fermé. Le second concerne le réseau R14/C8 : sur le schéma on voit que ce dernier porte l’alimentation aux NAND.
Le circuit intégré HEF4011 n’est donc pas alimenté immédiatement à la mise sous tension du dispositif, mais seulement après un certain délai, nécessaire à la charge de C8. Ainsi, on permet au circuit de terminer le transit d’activation et de mettre tous les étages en condition de repos et de fonctionnement.

Figure 1 : Schéma électrique de la commande à relais à retard réglable.

Liste des composants
R1 = 1,5 kΩ
R2 = 1,5 kΩ
R3 = 1 kΩ
R4 = 1,5 kΩ
R5 = 1,5 kΩ
R6 = 4,7 kΩ
R7 = 1,5 kΩ
R8 = 1,5 kΩ
R9 = 1 kΩ
R10 = 4,7 kΩ
R11 = 47 kΩ
R12 = 100 kΩ trimmer
R13 = 100 kΩ trimmer
R14 = 100 Ω
C1 = 100 nF multicouche
C2 = 220 μF 25 V électro.
C3 = 100 μF 25 V électro.
C4 = 100 μF 25 V électro.
C5 = 100 nF multicouche
C6 = 100 μF 25 V électro.
C7 = 100 nF multicouche
C8 = 100 μF 25 V électro.
D1 = 1N4007
D2 = 1N4007
D3 = 1N4007
D4 = 1N4007
D5 = 1N4007
U1 = HEF4011
T1 = BC547
T2 = BC547
T3 = BC547
RL1 = Relais miniature 12 V
FC1 = Optocoupleur 4N25

Divers :
1 Support 2 x 7
1 Support 2 x 3
2 Borniers 2 pôles
1 Bornier 3 pôle


La réalisation pratique
Une fois que l’on a réalisé le circuit imprimé (la figure 2b en donne le dessin à l’échelle 1), ou qu’on se l’est procuré, on monte tous les composants dans l’ordre en regardant fréquemment les figures 2a et 3 et la liste des composants.
Montez tout d’abord les supports du circuit intégré U1 (HEF4011) et de l’optocoupleur FC1 (4N25) : ensuite, vérifiez bien les soudures (ni court-circuit entre pistes et pastilles, ni soudure froide collée).
Montez toutes les résistances sans les intervertir (classez-les au préalable par valeurs) et les deux trimmers (identiques).
Montez ensuite les cinq diodes 1N4007, bagues blanches orientées comme le montre la figure 2a.
Montez tous les condensateurs en respectant bien la polarité des électrolytiques (la patte la plus longue est le +).
Montez les trois transistors, méplat orienté dans le bon sens montré par la figure 2a. Montez le relais miniature 12 V.
Montez les deux borniers à deux pôles (un pour l’entrée du signal et un pour l’entrée alimentation) et le bornier à trois pôles (sorties du relais).
Vous pouvez alors enfoncer délicatement le circuit intégré HEF4011 et l’optocoupleur 4N25 dans leurs supports en orientant bien leurs repère-détrompeurs en U vers le haut.
Le circuit est prêt à servir. Alimentez-le en 12 V continu et essayer de le faire fonctionner : tournez les curseurs des deux trimmers complètement en sens antihoraire (durées minimales) et appliquez une tension positive sur le bornier d’entrée IN, mais brièvement et voyez si effectivement le relais ne se déclenche pas.
Ensuite, essayez à l’entrée une tension pendant une durée plus longue et vérifiez que cette fois le relais se déclenche bien. Si tout fonctionne correctement, agissez sur les deux trimmers et vérifiez que le délai de retard et la durée d’activation du relais se modifient. Paramétrez les durées qui vous conviennent avec R12 et R13. Reliez enfin le circuit aux dispositifs d’INPUT et d’OUTPUT que vous voulez temporiser (par exemple le poussoir du carillon d’entrée comme INPUT et la serrure électrique comme OUTPUT) et faites des essais sur site, quitte à retoucher les deux trimmers.

Figure 2a : Schéma d’implantation des composants de la commande à relais à retard réglable.

Figure 2b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de la commande à relais à retard réglable.

Figure 3 : Photo d’un des prototypes de la platine de la commande à relais à retard réglable.

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