Convertisseurs pour signaux A/N et N/A

Notre intention est aujourd’hui de vous expliquer comment convertir un signal analogique en un signal numérique constitué d’un niveau logique 0 quand aucune tension n’est présente sur la broche et d’un niveau logique 1 quand la tension positive d’alimentation y est présente.


Avant de parler des convertisseurs analogiques/numériques, il est nécessaire de connaître au moins la différence entre un signal analogique et un signal numérique ! Commençons donc par préciser que toutes les tensions variant dans le temps graduellement d’un minimum à un maximum, ou vice versa, sont des signaux analogiques. Même la tension continue d’une pile, si elle varie d’une valeur maximale à sa valeur minimale, entre dans la catégorie des signaux analogiques. Entre également dans cette catégorie, la tension du secteur 230 V ou bien celle que l’on peut prélever à la sortie d’un générateur BF ou HF, même si ces derniers fournissent des tensions dépassant rarement 10 à 30 V.
Sont donc analogiques tous les signaux dont la valeur de tension varie graduellement et ce, indépendamment de la forme d’onde (pouvant être sinusoïdale, triangulaire ou en dent de scie, voir figure 1).
En revanche, les tensions passant instantanément d’une valeur de 0 V à une tension positive égale à la tension d’alimentation (normalement 5 V mais pour quelques microprocesseurs ou convertisseurs cette valeur peut atteindre 15 V), puis, toujours instantanément, descendant à 0 V, sont des signaux numériques. La forme d’onde de ces signaux numériques est toujours carrée, comme le montre la figure 2.
Les niveaux des signaux numériques sont également définis par :
- le niveau logique 0 = quand la tension est de 0 V,
- le niveau logique 1 = quand la tension est de 5 V.
Quand il est dit d’une broche de circuit intégré qu’elle est au niveau logique 0, on sait déjà que sur cette broche aucune tension n’est présente, ce qui signifie que la broche est court-circuitée à la masse. Si, au contraire, il est dit que la broche est au niveau logique 1, cela signifie que sur cette broche se trouve une tension positive égale à celle d’alimentation (normalement 5 V).

Note : A/N = Analogique/Numérique N/A = l’inverse, bien entendu.
On dit aussi A/D et D/A ce qui signifie Analogique/Digital et son inverse également.

Figure 1 : Les signaux analogiques sont tous ceux qui varient dans le temps d’une valeur minimale à une valeur maximale graduellement, comme les ondes de formes sinusoïdale ou triangulaire ou en dent de scie.

Figure 2 : Les tensions passant instantanément d’une valeur de 0 V à une valeur positive de 5 V sont des signaux numériques.

D’un nombre décimal à un nombre binaire
Une succession de niveaux logiques 1 et de niveaux logiques 0 forme un code binaire qui, comme vous le savez, est le langage utilisé par les ordinateurs. Un microcontrôleur ou un convertisseur à 8 bits utilise 8 broches comme entrées ou comme sorties, un microcontrôleur ou un convertisseur à 16 bits 16 broches comme entrées ou comme sorties.
Si nous avons un microcontrôleur ou un convertisseur A/N ou N/A à 8 bits, nous pouvons obtenir 256 combinaisons.
En effet, en partant du nombre binaire 0000 - 0000 correspondant au nombre décimal 0 pour arriver au nombre binaire 1111 - 1111 correspondant au nombre décimal 255, on obtient 256 combinaisons, puisque le comptage commence à 0000 - 0000.
Avec un microcontrôleur ou un convertisseur A/N ou N/A à 16 bits nous pouvons obtenir 65 536 combinaisons.
Dans ce cas aussi, en partant du premier nombre binaire 0000 - 0000 - 0000 - 0000 correspondant au nombre décimal 0 pour arriver au dernier nombre binaire 1111 - 1111 - 1111 - 1111 correspondant au nombre décimal 65 535, on obtient 65 536 combinaisons, puisque le comptage commence par le nombre 0000 - 0000 - 0000 - 0000.

Note : Nous avons subdivisé les nombres binaires en groupes de quatre chiffres seulement pour en faciliter la lecture.

Pour trouver, à partir d’un nombre décimal, sa correspondance binaire, vous pouvez utiliser une simple calculatrice de poche. Le nombre décimal à convertir est divisé plusieurs fois par 2 jusqu’à l’achèvement de l’opération, soit quand on arrive à 1 : 2, en adoptant cette règle :
- si le résultat de la division par 2 est un nombre entier, il est à considérer comme niveau logique 0,
- si le résultat de la division par 2 est un nombre avec des décimales, il est à considérer comme niveau logique 1.
Note : Si le résultat de la division est un nombre avec des décimales, la division suivante par 2 est exécutée en excluant les décimales. Pour dissiper toute trace de doute dans votre esprit, voici un exemple. Pour un 8 bits, le nombre maximum que nous pouvons convertir de décimal en binaire est 255.
Si nous devons choisir un nombre inférieur à 255, nous prenons le nombre décimal 228 et nous commençons à le diviser par 2, de manière à obtenir le nombre binaire correspondant :
228 : 2 = 114   niveau logique 0
114 : 2 = 57 niveau logique 0
57 : 2 = 28,5 niveau logique 1
28 : 2 = 14 niveau logique 0
14 : 2 = 7 niveau logique 0
7 : 2 = 3,5 niveau logique 1
3 : 2 = 1,5 niveau logique 1
1 : 2 = 0,5 niveau logique 1

Si nous lisons les nombres de droite en sens contraire, soit de bas en haut, nous obtenons :
1110 - 0100

C’est le nombre binaire correspondant au nombre décimal 228.

Du nombre binaire au nombre décimal
Pour vérifier que le nombre binaire trouvé correspond bien au nombre décimal 228, nous pouvons donner cette confirmation simple. Sur la première ligne nous écrivons les poids relatifs à un 8 bits, soit :
128  64  32  16  8  4  2  1


Note : En partant de droite avec le nombre 1 et en allant vers la gauche, vous noterez qu’à chaque saut le nombre est doublé.

128  64  32  16  8  4  2  1
1 1 1 0 0 1 0 0

Si nous additionnons maintenant seulement les poids auxquels, dans la ligne du dessous, correspond un nombre binaire 1, nous obtenons :
128 + 64 + 32 + 4 = 228

Grâce à cette confirmation par les poids, nous avons vérifié que le nombre binaire 1110 - 0100 correspondant effectivement au nombre décimal 228.

Si le résultat est à 4 bits
Dans les exemples précédents nous avons toujours pris en considération une valeur binaire à 8 chiffres. Voyons maintenant le cas d’un résultat exprimable avec moins de 8 chiffres binaires, en prenant en considération le nombre décimal 12. En effet, avec ce nombre décimal on obtient un maximum de 4 chiffres binaires comme nous allons le voir.
Première opération, divisons par 2 le nombre décimal 12 en reportant à droite sa valeur binaire correspondant aux niveaux logiques :
12 : 2 = 6    niveau logique 0
6 : 2 = 3 niveau logique 0
3 : 2 = 1,5 niveau logique 1
1 : 2 = 0,5 niveau logique 1

Si nous lisons les quatre niveaux logiques de droite, en commençant par la première valeur en bas pour terminer par la dernière valeur en haut, nous obtenons :
1100

Pour vérifier que ce nombre binaire correspond au nombre décimal 12, nous pouvons pratiquer la confirmation comme ci-devant en utilisant les poids correspondant au tableau 8 bits, soit :
128  64  32  16  8  4  2  1

Etant donné que nous n’avons que 4 chiffres binaires, pour ne pas nous tromper, nous devons ajouter à gauche autant de 0 que de chiffres manquants, soit :
0000 - 1100

Insérons ces nombres sous les poids :
128  64  32  16  8  4  2  1
0 0 0 0 1 1 0 0

En additionnant seulement les poids auxquels correspondent sur la ligne du dessous un nombre binaire 1, nous obtenons :
8 + 4 = 12

Si vous vous destinez à la programmation, vous devez connaître non seulement ces quelques “trucs” simples, mais encore vous devez être en mesure de convertir n’importe quel nombre décimal en un nombre binaire et vice versa. En effet, quand après avoir compilé des logiciels on procède à leur test avec un simulateur, un émulateur ou un “débogueur”, le résultat obtenu peut être exprimé en nombre binaire ou en décimal ou encore en hexadécimal.

Figure 3 : Pour faire apparaître à l’écran le clavier de la calculatrice scientifique, il suffit de cliquer sur “Démarrer” puis d’aller à “Programmes” (première fenêtre), puis à “Accessoires” (deuxième fenêtre), puis sur “Calculatrice” (troisième fenêtre).
C’est en cliquant sur cette ligne que l’on fait apparaître la calculatrice.


Utiliser une calculatrice scientifique
Même si nous avons bien expliqué comment procéder pour convertir un nombre décimal en un nombre binaire et vice versa, il pourrait être utile de rappeler que parmi les divers programmes disponibles dans un ordinateur se trouve la possibilité de faire apparaître une calculatrice scientifique : elle peut être utilisée pour convertir rapidement tout nombre décimal en binaire et même en hexadécimal.
Pour faire apparaître à l’écran cette calculatrice scientifique, vous devez procéder comme suit :
- cliquez gauche sur Démarrer, en bas à gauche de l’écran (figure 3),
- dans la fenêtre qui apparaît, mettez le curseur sur la ligne Programmes et vous verrez apparaître une deuxième fenêtre (figure 3),
- dans cette deuxième fenêtre, mettez le curseur sur la ligne Accessoires et, quand la troisième fenêtre apparaît, placez le curseur sur Calculatrice et cliquez droit,
- à l’écran apparaît le clavier d’une calculatrice. Pour faire apparaître la calculatrice scientifique, il suffit de cliquer sur Visualiser puis sur Scientifique (figure 4).
Pour convertir un nombre décimal en un nombre binaire, il suffit de cliquer sur le point Dec et ce point noircit aussitôt (figure 5), ce qui confirme que ce que vous écrirez sera un nombre décimal. Si vous essayez maintenant d’écrire le nombre décimal 12 et que vous cliquez sur le point Bin, vous verrez apparaître le nom bre binaire correspondant à 12, soit 1100 (figure 6). Si vous cliquez sur le point Hex, vous verrez apparaître le nombre hexadécimal correspondant à 12, soit C. Si vous voulez transformer un nombre binaire en un nombre décimal, il suffit de cliquer sur le point Bin (qui noircit, figure 8).
Si vous écrivez maintenant le nombre binaire 11100100 et que vous cliquez sur Dec, automatiquement apparaît le nombre décimal 228. Si vous cliquez sur Hex, vous verrez apparaître E4, correspondant au nombre 228 en hexadécimal.

Figure 4 : Si l’on clique sur Calculatrice (figure 3), le clavier d’une calculatrice standard apparaît, mais si l’on clique sur “Visualiser”, puis sur “Scientifique”, c’est le clavier de droite qui apparaît, vous pourrez l’utiliser pour effectuer les conversions d’un nombre décimal en binaire ou hexadécimal et vice versa.

Figure 5 : Pour convertir le nombre décimal 12, vous devez d’abord cliquer sur le point Dec (qui noircit), puis taper 12.

Figure 6 : Si, après avoir tapé le nombre décimal 12, vous cliquez sur Bin, vous verrez apparaître tout de suite, dans la fenêtre du haut, le nombre binaire correspondant 1100.

Figure 7 : Si vous cliquez sur le point Hex, vous convertirez le nombre décimal 12 en un nombre hexadécimal C.

Figure 8 : Pour convertir un nombre binaire en un nombre décimal, vous devez cliquer sur le point Bin (qui noircit) et écrire, par exemple, le nombre binaire 11100100.

Figure 9 : Si vous cliquez alors sur le point Dec, automatiquement apparaîtra dans la fenêtre le nombre décimal 228.

Figure 10 : Si vous cliquez maintenant sur le point de gauche Hex, le nombre décimal 228 sera converti en nombre hexadécimal correspondant E4.

La résolution d’un signal numérique
Certains se demanderont si la conversion d’un signal analogique en un signal numérique est précise : avec seulement 8 bits on atteint déjà une précision élevée. Disons avant tout que la tension maximale convertible en numérique ne peut jamais excéder les volts d’alimentation du microcontrôleur ou du convertisseur A/N et, comme la plupart de ces derniers sont alimentés en 5 V, la valeur maximale applicable à leur entrée pour être convertie en numérique ne devra jamais dépasser 5 V.
Si nous prenons en considération un convertisseur A/N à 8 bits (figure 11), nous avons 8 sorties pour les signaux numériques (broches 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 et 8), une broche d’entrée (Vin) sur laquelle on applique la tension analogique à convertir en numérique et la broche Réf marquée Volts de référence qui nous sert à définir la valeur maximale des volts à appliquer sur la broche Vin afin de pouvoir atteindre le nombre binaire 1111 - 1111, soit le nombre décimal 255.

Note : les nombres décimaux sont 256 et non 255 car on prend aussi en compte le nombre 0000 - 0000.

Si nous appliquons sur la broche Réf une tension de référence de 5 V (figure 11), nous pouvons appliquer sur la broche d’entrée Vin une tension ne dépassant pas 5 V et dans ce cas nous avons une résolution de :
résolution maximale = volts d’entrée : 256
5 : 256 = 0,01953125 V

Si nous voulons savoir à quelle valeur de tension correspond un nombre décimal quel qu’il soit, nous devons utiliser cette deuxième formule :
(volts entrée : 256) x nombre décimal

Si nous prenons par exemple le nombre décimal 128, soit la moitié de 256, nous obtenons une valeur de tension égale à :
(5 : 256) x 128 = 2,5 V

Si, la valeur de la tension étant connue, nous voulons savoir à quel nombre décimal elle correspond, nous devons utiliser cette formule simple :
nombre décimal = (256 : 5) x volts

Pour une tension de 2,5 V par exemple, le nombre décimal correspondant est :
(256 : 5) x 2,5 = 128 nombre décimal


Pour augmenter la résolution
Si au lieu d’appliquer sur la broche Réf une tension de référence de 5 V nous en appliquons une de 2 V (figure 12), nous augmentons la résolution comme la formule suivante l’indique :
résolution maximale = volts entrée : 256
2 : 256 = 0,0078125 V

Dans ce cas la tension maximale applicable sur la broche d’entrée Vin ne peut excéder 2 V, car avec cette valeur on obtient déjà le nombre binaire 1111 - 1111 correspondant au nombre décimal 255. Si nous prenons le nombre décimal 128, soit la moitié de 256, nous obtenons une valeur de tension égale à la moitié de 2, en effet :
(volts entrée : 256) x nombre décimal
(2 : 256) x 128 = 1,0 V


La tension maximale d’entrée
Dans les exemples ci-dessus nous avons appris que la tension maximale applicable sur les entrées de ces convertisseurs A/N est de 5 V et par conséquent vous vous demandez peut-être s’il est possible de convertir des valeurs de tension supérieures : 10, 50, 100, 250 ou 500 V.
Pour convertir des valeurs de tension supérieures à la valeur maximale que le convertisseur A/N peut accepter, on utilise des ponts résistifs identiques à ceux utilisés dans les multimètres (figure 13) : ces derniers, dotés d’un galvanomètre capable de mesurer une tension de 1 V fond d’échelle, peuvent aussi mesurer des tensions plus élevées, soit 10, 30, 100, 300 ou 1 000 V fond d’échelle.

Figure 11 : Si, sur la broche Réf d’un convertisseur A/N, on applique une tension de référence de 5 V, ce sera la tension maximale applicable sur la broche Vin pour obtenir sur les 8 sorties de droite le nombre binaire 1111 - 1111 correspondant au nombre décimal 255.

Figure 12 : Si, sur la broche Réf d’un convertisseur A/N, on applique une tension de référence de 2 V seulement, ce sera la tension maximale applicable sur la broche Vin pour obtenir sur les 8 sorties de droite le nombre binaire 1111 - 1111 correspondant au nombre décimal 255.

Figure 13 : La tension maximale applicable sur la broche d’entrée Vin est égale à la valeur de la tension que vous avez appliquée sur la broche Réf. Pour convertir des tensions plus élevées que celle de Réf, il suffit de monter à l’entrée un pont résistif du type utilisé dans les multimètres pour mesurer les tensions supérieures à celles que le micro-ampèremètre peut accepter.

Les convertisseurs numérique/analogique
S’il existe des convertisseurs en mesure de convertir un signal analogique en un numérique, il va sans dire qu’il existe aussi des convertisseurs exécutant la fonction inverse, soit convertir un signal numérique en un analogique.
Etant donné que les convertisseurs N/A sont beaucoup moins connus (puisqu’ils sont d’un emploi moins fréquent), vous trouverez difficilement des schémas d’application et c’est pourquoi la figure 14 donne le schéma théorique d’un convertisseur à 8 bits alimenté par une tension positive de 15 V, schéma qui va nous permettre d’étudier le fonctionnement de ce type de convertisseur.
On voit sur ce schéma théorique à gauche les 8 broches d’entrée pour les signaux numériques et à droite la broche de sortie V-out d’où sort le signal analogique, c’est-à-dire la tension en volts proportionnelle au signal numérique appliqué sur les 8 broches d’entrée et à la tension de référence appliquée sur la broche Réf.
Comme vous le voyez, on a relié à la broche Réf un trimmer servant à définir la valeur de la tension maximale devant sortir de la broche V-out quand on applique sur les 8 broches d’entrée le nombre binaire 1111 - 1111 correspondant au nombre décimal 255.
Si nous appliquons sur la broche Réf une tension de 15 V (figure 14), la tension maximale prélevable sur la broche V-out ne pourra pas excéder la valeur de la tension de référence, comme le montre la formule :
V-out = (volts Réf : 256) x nombre décimal

Si nous prenons par exemple le nombre décimal 128, soit la moitié de 256, nous prélevons sur la broche V-out une tension de :
(15 : 256) x 128 = 7,5 V

Vous l’aurez compris, pour utiliser cette formule il est indispensable de convertir d’abord le nombre binaire en nombre décimal. Pour savoir quel nombre décimal appliquer sur les 8 entrées pour obtenir la valeur de tension voulue, prenons la formule :
nombre décimal = (256 : volts de référence) x V-out

Pour prélever sur la broche V-out une tension de 7,5 V, nous devons appliquer sur les 8 entrées le nombre décimal :
(256 : 15) x 7,5 = 128

correspondant au nombre binaire 1000 - 0000.

Pour prélever sur la broche V-out une tension de 9 V, nous devons appliquer sur les entrées le nombre décimal :
(256 : 15) x 9 = 153,6

Etant donné que nous obtenons un nombre non entier, nous ne pourrons pas avoir une tension de 9 V, car nous pouvons appliquer sur les 8 entrées de ce convertisseur N/A un nombre décimal égal à 153 ou 154.
Si nous appliquons sur les entrées le nombre décimal 153, nous obtenons une tension de :
(15 : 256) x 153 = 8,96 V

Si en revanche nous appliquons le nombre décimal 154, nous obtenons une tension de :
(15 : 256) x 154 = 9,02 V

Si nous voulons obtenir une tension exacte de 9 V, nous devons seulement modifier la valeur de la tension de référence. Si au lieu d’utiliser une tension de référence de 15 V, nous réglons le curseur du trimmer Réf sur la valeur 14,4 V, avant le nombre décimal 160 nous obtenons exactement 9 V en sortie :
V-out = (volts de référence : 256) x nombre décimal

En effet, si nous insérons dans cette formule les valeurs en notre possession, nous obtenons :
(14,4 : 256) x 160 = 9,00 V

A ce propos, ajoutons que le trimmer Réf peut être réglé sur toute valeur de tension de référence et que la tension maximale prélevable sur la broche V-out ne peut jamais excéder celle de référence.
La figure 15 présente un exemple de trimmer réglé pour une tension de référence de 6 V et par conséquent sur la broche V-out nous prélevons 6 V quand sur les 8 broches d’entrée est appliqué un nombre binaire 1111 - 1111 correspondant au nombre décimal 255.
Si nous voulons prélever sur la broche V-out une tension de 3,0 V, sur les 8 entrées, nous devons appliquer le nombre décimal :
(256 : 6) x 3,0 = 128

Si nous voulons prélever sur la broche V-out une tension de 5,5 V, sur les 8 entrées, nous devons appliquer le nombre décimal :
(256 : 6) x 5,5 = 234,66

Etant donné que ce nombre n’est pas entier, nous ne parviendrons pas à obtenir exactement la tension de 5,5 V, car sur les 8 entrées nous pouvons appliquer un nombre décimal égal à 234 ou 235. Si nous appliquons le nombre décimal 234, nous obtenons une tension de :
(6 : 256) x 234 = 5,48 V

Si en revanche nous appliquons le nombre décimal 235, nous obtenons une tension de :
(6 : 256) x 235 = 5,507 V

c’est-à-dire un nombre très proche de 5,5 V. Dans un logiciel nous pourrons insérer le nombre décimal 235 ou bien le nombre binaire 1110 - 1011 ou bien le nombre hexadécimal EB (ce que la calculatrice scientifique vous permettra facilement de trouver).

Figure 14 : Si, sur la broche Réf d’un convertisseur N/A, on applique une tension de référence de 15 V, sur la broche V-out vous pourrez prélever une tension de 15 V seulement quand sur les 8 broches d’entrée, à gauche, est appliqué un signal binaire 1111 - 1111 correspondant au nombre décimal 255.

Figure 15 : Si, sur la broche Réf d’un convertisseur N/A, on applique une tension de référence de 6 V, sur la broche V-out vous pourrez prélever une tension de 6 V seulement quand sur les 8 broches d’entrée, à gauche, est appliqué un signal binaire 1111 - 1111 correspondant au nombre décimal 255.

Une interface série/parallèle pour relier tout type de convertisseur A/N
En utilisant des convertisseurs A/N, il est possible de réaliser des voltmètres, des ohmmètres, des thermomètres, des temporisateurs précis, d’exciter des relais, des moteurs pas à pas, etc., à condition d’interfacer ces convertisseurs au PC au moyen d’une interface série/parallèle(comme l’interface EN1127 distribuée par la société COMELEC, qui a été utilisée pour la réalisation de cet article). La communication sérielle se fait avec 1 fil (plus 1 fil de masse) sur lequel voyagent de manière séquentielle les 8 bits de donnée : donc si nous connectons 8 LED à son extrémité et que nous voulons en allumer 2 seulement, cela n’est pas possible. Une interface série/parallèle sert principalement à convertir les données sérielles en données parallèles de manière à ne pas transférer les nombres binaires un derrière l’autre sur un seul fil, mais ensemble sur 8 fils séparés.
Nous pouvons ainsi relier à l’extrémité de chacun des 8 fils une LED et, en fonction de nos besoins, nous pouvons allumer une seule LED ou bien deux ou trois LED ou toutes les 8.
Certains penseront que sur leur ordinateur se trouvent un ou plusieurs connecteurs pour données séries et parallèles et que donc cette interface ferait double emploi. Qu’ils se détrompent : cette interface est au contraire très utile, car gérer des données sérielles est plus simple que la gestion des données parallèles. Notre interface, conçue à l’époque “néandertalienne” où le seul système opératoire était le DOS, est toujours d’actualité même si, aujourd’hui, nous travaillons tous sous Windows. C’est pourquoi, considérant en plus que les programmes servant à gérer des périphériques avec Windows sont très onéreux (par exemple Visual Basic 6 coûte environ 1 000 euros), nous mettons à votre disposition sur le site de la revue ELM : www.electronique-magazine.com (rubrique Téléchargement), deux programmes fonctionnant sous Windows 98SE (téléchargeables gratuitement). Mettez-les sur une disquette 3,5”, les deux tiennent sur une seule, si vous voulez éviter d’encombrer votre disque dur en permanence.
Sinon, mettez-les dans “Mes documents” avec deux raccourcis sur la Bureau (un par programme).
L’un est le programme gérant l’interface EN1128 reliée à l’interface EN1127 (LX1127-28) et l’autre est le programme gérant l’interface EN1129 – toujours reliée à l’interface EN1127 – (LX1127-29) : il s’agit d’un thermomètre pouvant aussi fonctionner en thermostat. Le premier est un exemple idéal pour vous familiariser avec les problèmes de gestion des données binaires, ici à 8 bits, le second, en revanche, est un exemple classique de lecture des données d’un convertisseur A/N.

Comment les charger sur votre PC
Les programmes que nous vous fournissons sont compatibles avec Windows 98SE et supérieur (toutefois, nous n’avons pas testé toutes les versions de tous les systèmes d’exploitation !) pour peu que le microprocesseur soit au moins un antique 486 (jusqu’au tout dernier Pentium) et possède au minimum 32 mégaoctets de RAM et une carte graphique compatible Windows.
En possession de votre disquette 3,5” (que vous baptiserez DF1127W), insérez-la dans le lecteur. Cliquez gauche sur l’icône du bureau Lecteur de disquette (souvent appelé A) : deux autres icônes apparaissent, l’une nommée LX1127-28 et l’autre LX1127-29. Faites deux raccourcis sur le bureau de ces deux fichiers. Pour lancer l’un ou l’autre programme, il vous suffit maintenant de cliquer deux fois sur l’icône correspondante. Pour sortir du programme, il suffit de presser le poussoir Fermer en haut à gauche en cliquant gauche dessus.


Figure 16 : Si vous cliquez gauche sur l’icône EN1127-28, cette fenêtre apparaîtra et, si vous insérez (comme indiqué dans l’article) un nombre décimal, les LED s’allumeront et formeront la combinaison binaire équivalente.


Figure 17 : Si vous cliquez sur l’icône EN1127-29, cette fenêtre apparaîtra. Si vous cliquez sur Thermomètre (ligne en haut du menu), le circuit fera apparaître dans les trois fenêtres centrales la température lue par la sonde IC2. Si vous cliquez sur Thermostat, vous pourrez exciter le relais à la température voulue.

Le programme LX1127-28
Reliez l’interface au port série de votre ordinateur : ce sera soit un connecteur à 9 pôles soit un à 25 pôles. En reliant l’interface EN1128 au connecteur présent sur l’interface EN1127 et en mettant sous tension, vous verrez s’allumer toutes les LED (figure 16).
Pour ouvrir le programme LX1127-28, cliquez gauche sur l’icône correspondante et parcourez-le. Ce programme se divise en deux parties, une à gauche et une à droite. A gauche en haut (figure 16) se trouvent les commandes du menu :
Setup : sert à sélectionner le port sériel que vous voulez utiliser. Dès que vous l’activez en cliquant dessus, apparaît à l’écran une fenêtre avec la mention Sélection Port. Cliquez sur OUI et une fenêtre apparaît avec le numéro 2 signifiant que la ligne sérielle COM2 est active, puis cliquez sur OK.
Fermer : pour sortir du programme, il suffit de faire un clic gauche sur ce bouton.
Help : contient des notes d’aide condensées pour ce programme.

Sous le logo ELM et à gauche de l’image de l’homme au téléphone se trouve une petite fenêtre dans laquelle vous pouvez écrire un nombre décimal de 0 à 255. Après avoir inséré ce nombre, pressez sur le bouton Start et les LED formant l’état logique binaire équivalent au nombre décimal s’allument.
Souvenez-vous que le nombre binaire sur cette interface est lu de gauche à droite.

Note : Sur le bouton Start apparaissant à l’écran, vous trouverez une petite fenêtre rectangulaire avec l’inscription : paramétrer la valeur et cliquer sur Start.

Si vous placez le curseur de la souris sur le petit rectangle de la barre de défilement, si vous tenez pressée la touche gauche et si vous déplacez la main de droite à gauche et vice versa, vous verrez s’allumer les LED selon les autres combinaisons binaires.
Sur la partie droite du dessin de notre interface (figure 16) on peut activer diverses fonctions en déplaçant les leviers de OFF à ON des petits micro-interrupteurs présents sur le circuit imprimé puis en cliquant sur le poussoir IN/OUT à droite.
Dans la fenêtre du bas (où apparaît l’inscription Donnée interrupteur) apparaît la valeur décimale correspondant à la combinaison binaire sélectionnée avec les micro-interrupteurs : les LED s’allument en fonction du code paramétré, lequel coïncide avec la valeur code/LED OUT apparaissant dans la fenêtre du haut.
Si l’on presse sur le bouton IN/OUT, la conversion de binaire en décimal apparaît.

Le programme LX1127-29
Otez de l’interface EN1127 la platine précédente EN1128 et remplacez-la par la EN1129 du thermomètre/thermostat.
Pour ouvrir le programme, cliquez gauche sur l’icône du programme LX1127-29 et apparaît à l’écran la fenêtre de la figure 17.
Sur la première ligne en haut du menu, vous trouvez les trois mots Setup - Fermer - Help (déjà vus) et trois autres :
Test relais : si vous pressez cette inscription avec un clic de souris, vous excitez le relais.
Thermomètre : si vous pressez sur cette inscription, la fonction thermomètre s’active.
Thermostat : si vous pressez sur cette inscription, la fonction thermostat s’active.

La fonction thermomètre
Si l’on réchauffe ou refroidit le corps de la sonde IC3 celle-ci fournit une tension entrant dans le connecteur A/N à 8 bits et ensuite convertie en un nombre binaire de 0 à 255. La sonde LM35 fournit à une température de 0 °C une tension de 0 V, et à chaque augmentation de température de 1 °C, elle fournit une tension de 0,01 V.
Etant donné que cette sonde peut lire une température maximale de 100 °C environ, il est évident que nous trouverons sur la broche de sortie, selon les diverses températures, les valeurs de tensions suivantes :
  1 °C = 0,01 V
5 °C = 0,05 V
10 °C = 0,1 V
20 °C = 0,2 V
30 °C = 0,3 V
50 °C = 0,5 V
100 °C = 1,0 V

Le convertisseur A/N, en dehors du fait qu’il convertit les °C en nombres binaires, affiche la valeur de la température en °Fahrenheit ou °Kelvin. Par conséquent, si dans les trois fenêtres situées sous le schéma électrique de la figure 17, ces données apparaissent :
température °C = 25 (degrés Celsius)
température °F = 77 (degrés Fahrenheit)
température °K = 289 (degrés Kelvin)

dans la quatrième fenêtre en bas à droite (A/N convertisseur) apparaîtra le nombre décimal 64.

Note : Ce nombre apparaît seulement si pour IC3 on utilise la sonde LM35-DZ, capable de lire une température minimale de 0 °C et une température maximale de 100 °C. Si vous utilisez la sonde LM35-CZ, capable de lire une température minimale de –40 °C et une température maximale de 100 °C, vous lirez dans la fenêtre A/N convertisseur un nombre différent.

Etant donné que les programmes que nous vous proposons sont didactiques, ne soyez pas trop étonnés si les nombres apparaissant dans les diverses fenêtres ne sont pas stables.
Pour régler ce thermomètre, la solution la plus simple consiste à appuyer le corps de la sonde LM35 sur le bulbe de n’importe quel thermomètre et de régler ensuite le curseur du trimmer R3 présent sur la platine EN1129 jusqu’à ce qu’apparaisse dans la fenêtre (sous le schéma électrique de la figure 17) la température indiquée par le thermomètre étalon.

La fonction thermostat
Si vous utilisez cette fonction, vous pouvez exciter le relais quand la température atteint une valeur déterminée et le relaxer quand la température descend de quelque 2 °C.
Après avoir cliqué sur l’inscription Thermostat dans la barre du haut, vous devez écrire dans la fenêtre Seuil Thermostat °C à quelle température vous voulez que le relais soit excité.
Quand la température descendra ensuite de 2 °C par rapport à celle indiquée par vous, le relais se relaxera.
Si dans la fenêtre Etat relais apparaît la mention Non activé, le relais n’est pas excité, si apparaît la mention Activé, le relais est excité.

Le téléchargement sur Internet
Sur le site de la revue ELM, dans la rubrique Téléchargements, cherchez le fichier EN1127_28_29.zip.
Rangez-le, par exemple, dans “Mes documents”. Quand le chargement est terminé, fermez.
Pour utiliser les programmes, vous devez décompresser le fichier .zip avec le programme WINZIP, que vous avez certainement dans votre ordinateur, sinon téléchargez-le gratuitement sur le site www.winzip.com.
Précisons enfin que ces programmes ont été conçus sous Windows 98SE :
avec NT, 2000 ou XP, il n’est pas exclu de rencontrer quelques problèmes à cause de la gestion différente de la ligne sérielle.

Une commande à distance à module GSM Sony Ericsson GM47

Cet appareil est capable d’activer un relais de sortie quand il est appelé à partir d’un téléphone fixe ou mobile préalablement habilité. La gestion des numéros autorisés se fait par l’envoi de SMS validés par mot de passe. Notre article vous propose de réaliser un ouvre-porte à distance mais le montage décrit peut également contrôler n’importe quel système dont la commande nécessite un relais. Il accède aux services GSM en utilisant un module Sony Ericsson GM47.

Dans le numéro 36, puis dans le numéro 43, de la revue, nous vous avons proposé de réaliser un ouvre-porte GSM utilisant le téléphone portable C35 Siemens. Le succès de ces articles et la difficulté croissante pour se procurer ce modèle de portable nous ont poussés à vous proposer un montage similaire mais dont le coeur, cette fois, est un GSM de type industriel qui restera, sans aucun doute, disponible plus longtemps que ses petits frères du marché grand public : le module Sony Ericsson GM47.

Notre réalisation
Le but du dispositif décrit dans ces pages est de commander l’activation ou la désactivation d’un relais au moyen d’appels effectués à partir de téléphones fixes ou portables dont les numéros ont été préalablement mémorisés et, par conséquent, habilités. Si les contacts du relais de sortie du circuit sont mis en parallèle avec les contacts d’activation d’un ouvre-porte, nous aurons réalisé un ouvre-porte commandable à distance par téléphone grâce au réseau GSM.
Comme nous l’avons dit dans notre introduction, ce même système peut être adapté à n’importe quelle commande nécessitant un contact ouverture/fermeture.
L’habilitation d’un numéro se fait par l’envoi vers le dispositif de messages SMS selon des règles bien précises, comme le montre la figure 3. Les numéros habilités sont mémorisés dans une EEPROM 24LC256 dotée d’une mémoire de 32 ko : une telle capacité nous a permis d’habiliter plus de mille usagers, toutefois et essentiellement pour des raisons pratiques, nous avons limité à 200 au maximum le nombre de numéros d’usagers habilités.
Quand un appel arrive, l’ID correspondant est comparé aux numéros présents en mémoire : si cette opération réussit (parce que le numéro a été préalablement mémorisé), le relais est activé et la porte est ouverte. Dans le cas contraire il ne se passe rien.
Une caractéristique nous semble importante à souligner : en dehors de l’envoi des SMS de programmation, l’utilisation du système n’implique pratiquement aucun coût supplémentaire.
En effet, les appels effectués par les téléphones portables servent seulement à identifier leur numéro de téléphone : quand le système a reconnu l’ID de l’appel, la communication est refusée et donc aucun débit n’est imputé au compte de l’appelant. Évidemment, pour être reconnu par le système, il est nécessaire que les téléphones portables soient paramétrés de façon à envoyer leur numéro : par conséquent la fonction “cacher ID” ou “appel réservé” devra avoir été déshabilitée.
En ce qui concerne l’habilitation des numéros des usagers autorisés (ou leur suppression de la liste), nous avons prévu l’emploi de SMS de manière à ne pas être contraints d’accéder physiquement au dispositif. Trois commandes sont disponibles pour ajouter (#A), effacer (#C) un numéro de la liste ou bien vider complètement la liste mémorisée en EEPROM (#Z). Les commandes sont écrites en majuscules, sinon elles ne sont pas reconnues. Par le paramétrage d’un “fl ag”, on a en outre la possibilité de demander à l’appareil un SMS de confirmation : les réponses sont envoyées au numéro GSM ayant demandé l’opération et, pour les deux premières commandes, également au numéro GSM pour lequel l’ajout ou la suppression dans la mémoire a été demandé. Pour des motifs de sécurité aisément compréhensibles, toutes les commandes réclament l’insertion, à la fin du message, d’un mot de passe de cinq chiffres : ce mot de passe correspond à l’IMEI du module GM47, plus précisément aux chiffres du dixième au quatorzième. Comme pour tous les téléphones portables, chaque GM47 est caractérisé par son propre code univoque (indiqué sur l’étiquette), c’est seulement le possesseur ou le gestionnaire du système qui aura connaissance de cet IMEI et qui pourra donc envoyer les commandes. Pour faciliter l’extrapolation des cinq chiffres du mot de passe à partir de l’IMEI, nous avons mis en oeuvre une petite astuce : après avoir allumé l’appareil la première fois et après l’écoulement de deux minutes, dans la première position de mémoire de la carte SIM, sous le mot “PASSWORD”, sont sauvegardés les cinq chiffres constituant le mot de passe du système (précédé du caractère “+”). En ôtant la SIM et en l’insérant à l’intérieur d’un téléphone portable, nous pouvons lire sur l’afficheur les cinq chiffres.
En ce qui concerne l’utilisation pratique, notre dispositif sera protégé par un boîtier étanche dans lequel prendront place la platine de l’ouvre-porte et le récepteur radio : l’alimentation sera prélevée sur les circuits existants et les contacts du relais de sortie seront mis en parallèle avec ceux de sortie du récepteur radio. On peut aussi placer le dispositif dans la maison et relier les contacts de sortie en parallèle avec le poussoir d’une télécommande permettant d’ouvrir la porte. Bien sûr, dans ce cas, la télécommande devra avoir une portée suffisante pour activer le récepteur radio.
Cette solution est certainement la plus intéressante car elle n’implique aucune intervention sur l’installation d’ouvre-porte existante.
En dehors de cette utilisation comme ouvre-porte, notre dispositif pourra être employé aussi pour activer n’importe quelle commande à distance au moyen d’un téléphone portable GSM. Une dernière précision concernant la carte SIM à insérer dans le circuit : le système est compatible avec toutes les cartes se trouvant actuellement dans le commerce.
Comme on peut le deviner, ce sera précisément cette dernière qui déterminera le numéro de téléphone du dispositif (c’est-à-dire auquel envoyer les SMS de programmation et qui devra recevoir les appels de commande).
Les SMS de réponses aux commandes seront débités sur cette carte, c’est pourquoi vous n’utiliserez cette option que si elle est indispensable.

Figure 1 : Nous avons utilisé comme antenne un morceau de fil rigide de 8,5 cm monté sur une prise mâle FME. Si le champ de réception est très faible, il vaut mieux utiliser une antenne extérieure bibande du commerce, car elle aura un gain bien supérieur.

Le schéma électrique
Le circuit, dont le schéma électrique est visible figure 2, requiert une tension d’alimentation continue de +12 V ou +24 V, la sélection se faisant par le cavalier J1 : fermé pour 12 V et ouvert (R16 provoque alors une chute de tension) pour 24 V. Le régulateur U1 7805 fournit le +5 V aux composants TTL, U2 MIC2941A fournit le +3,6 V au GSM1 GM47. Le régulateur MIC2941A peut être désactivé (ce qui a pour effet de couper l’alimentation du GM47) par la broche 2. Cette broche est reliée à une sortie du microcontrôleur U3 PIC16F628 gérant le circuit : nous verrons par la suite que cette possibilité est utilisée, dans certains cas, pour réinitialiser le module GSM. Pour faire face aux pics d’énergie requis pendant l’émission du GM47, on a inséré sur l’alimentation de ce dernier C5 et C6.
D’un côté le GSM1 est relié à la carte SIM1 (déterminant le numéro de téléphone du système), de l’autre il interagit avec le microcontrôleur U3 par la ligne sérielle TD3 (broche 43) et RD3 (broche 44). Pour convertir les niveaux de tension utilisés par le PIC (0 et +5 V) en ceux utilisés par le GSM1 (0 et +3,6 V) et vice versa, on a utilisé D3 et T2. Le GM47 et le microcontrôleur sont reliés aussi par la ligne LED/RB4, la broche 33 du GSM1 est en effet utilisée pour signaler (par LED) que le module est en réseau. Cette information est utilisée par le microcontrôleur pour vérifier que le système est toujours actif : si la broche 33 du GM47 (LED) reste haute ou basse pendant une durée supérieure à environ 50 secondes, cela signifie que le dispositif n’est pas verrouillé au réseau et, dans ce cas, le PIC, par sa broche RA7, réinitialise le GM47 en coupant son alimentation (T3 a été réinséré pour permettre la décharge rapide de C5 et C6).
Ensuite nous notons la présence de l’EEPROM 24LC256 (U4), utilisée par le microcontrôleur pour mémoriser les numéros de téléphones habilités, la LED bicolore LD1 signale l’état du système et T1 pilote le relais de puissance.
Grâce au trimmer R11, il est possible de régler la durée d’activation du relais (la lecture de R11 est effectuée par l’évaluation de la durée de décharge de C8). Comme le montre la figure 6, quand le curseur de R11 est tourné complètement dans le sens anti-horaire une durée d’environ une seconde d’activation est paramétrée, quand le curseur est tourné dans le sens horaire la durée augmente jusqu’à environ dix secondes (curseur aux 3/4 de la longueur totale de la piste), enfin, si le curseur est tourné complètement dans le sens horaire, le fonctionnement devient bistable avec réinitialisation à la mise sous tension (ce qui signifie que l’état courant du relais est mémorisé et, si la tension d’alimentation vient à manquer, à la prochaine remise sous tension, le relais sera réinitialisé).
Un dernier aspect nous reste à analyser : la répartition des tâches entre le PIC et le module GSM. Le GM47 a en effet été programmé en C. Le rôle du GM47 est de recevoir les appels et de relever l’ID de l’appelant, recevoir et extrapoler les données à partir d’un SMS, vérifier si le mot de passe inséré dans les SMS est valide et ensuite transmettre toutes les données au microcontrôleur.
Ce dernier en revanche, une fois reçues les informations, s’occupe de contrôler si le numéro est habilité à l’activation du relais ou bien, en cas de commande reçue par SMS, il ajoute (s’il n’est pas déjà mémorisé) ou efface (s’il est présent) le numéro de la mémoire ou efface complètement l’EEPROM.

Figure 2 : Schéma électrique de l’ouvre-porte.

Liste des composants
R1 = 200 kΩ 1 %
R2 = 100 kΩ 1 %
R3 = 4,7 kΩ
R4 = 1 kΩ
R5 = 4,7 kΩ
R6 = 4,7 kΩ
R7 = 470
R8 = 470
R9 = 4,7 kΩ
R10 = 4,7 kΩ
R11 = 4,7 kΩ trimmer
R12 = 4,7 kΩ
R13 = 4,7 kΩ
R14 = 4,7 kΩ
R15 = 390 Ω
R16 = 33 Ω 2 W
C1 = 100 nF 63 V polyester
C2 = 470 μF 35 V électrolytique
C3 = 100 nF 63 V polyester
C4 = 1000 μF 16 V électrolytique
C5 = 100 nF 63 V polyester
C6 = 2200 μF 16 V électrolytique
C7 = 1 μF 100 V électrolytique
C8 = 100 nF 63 V polyester
C9 = 100 nF 63 V polyester
C10 = 100 nF 63 V polyester
C11 = 1 μF 100 V électrolytique
D1 = 1N4007
D2 = 1N4007
D3 = BAT85
LD1 = LED 3 mm bicolore
U1 = 7805 U2 .....MIC2941A
U3 = PIC16F628-EF503A programmé en usine
U4 = 24LC256 GSM1 SONY ERICSSON GSM1 GM47-EF503B programmé en usine ou à programmer soi-même
T1 = BC547
T2 = BC557
T3 = BC547
RL1 = relais 12V 1 contact

Divers :
1 bornier 2 pôles enfichable
1 bornier 3 pôles enfichable
1 câble adaptateur MMCX/FME
1 antenne stylo sur prise FME
1 support 2 x 9
1 support 2 x 4
1 port SIM
1 connecteur 60 pôles CMS
1 barrette 2 pôles mâle
1 cavalier
4 entretoises 2MA 5 mm
4 boulons 2 MA 10 mm
2 dissipateurs ML26
2 boulons 3 MA 10 mm


Figure 3 : Comment programmer l’ouvre-porte.

Les numéros habilités pour activer le relais sont mémorisés dans une liste écrite dans la mémoire EEPROM 24LC256 et peuvent être entrés par l’envoi de SMS.
Trois commandes sont disponibles pour ajouter (#A), effacer (#C) un numéro de la liste ou bien vider complètement la liste (#Z). La syntaxe générale du texte des commandes à envoyer est la suivante :
<#cmnd><risp><numéro de téléphone>*<pswd>#

où <cmnd> est une des trois commandes qu’on vient de voir, <risp> est un “fl ag” indiquant si l’on désire des SMS de confirmation (0 = aucune réponse, 1 = avec réponse), <numéro de téléphone> est le numéro à ajouter ou éliminer de la liste et il est inséré avec préfixe local et extension internationale (dans la commande #Z ce champ n’est pas inséré), enfin <pswd> est le code de sécurité correspondant aux chiffres de 10 à 14 du code IMEI du module GM47 utilisé par le circuit (dans le cas illustré ici et que nous prendrons comme référence pour les exemples suivants, il correspond à 39020).
Par exemple, pour effacer complètement le mémoire avec SMS de confirmation, le fl ux à envoyer doit être :
#Z1*39020#

Pour ajouter à la liste le numéro 3401234567 avec confirmation par SMS, la commande est :
#A1+393401234567*39020#

Pour effacer ce même numéro de la liste (avec SMS de confirmation), la commande est :
#C1+393401234567*39020#

Il est possible en outre d’ajouter des numéros du réseau fixe, par exemple pour habiliter le 027654321 sans SMS de confirmation, le texte à envoyer est :
#A0+39027654321*39020#

Les réponses aux diverses commandes sont envoyées par SMS au téléphone portable qui a demandé l’opération (administrateur) ou au numéro de l’usager inséré ou éliminé de la liste. Ils sont au format suivant :
- Le numéro <numéro de téléphone> a été habilité
- Le numéro <numéro de téléphone> est déjà présent
- Attention mémoire pleine
- Le numéro <numéro de téléphone> a été déshabilité
- La liste a été effacée.

La réalisation pratique
Nous pouvons maintenant passer à la construction de l’appareil, puis à sa mise en fonctionnement. Le circuit tient sur un circuit imprimé double face à trous métallisés : la figure 4b-1 et 4b-2 donne les dessins des deux faces à l’échelle 1, respectivement le côté composants et le côté soudures. Si vous le réalisez vous-même, par la méthode indiquée dans l'article : "Comment fabriquer vos circuits imprimés facilement ?", n’oubliez pas de pratiquer, à l’aide de petits morceaux de fil de cuivre nu soudés sur les deux faces, les nombreuses interconnexions entre celles-ci (ce que font les trous métallisés des circuits imprimés industriels). Quand, d’une manière ou d’une autre, vous avez devant vous le circuit imprimé, montez-y tous les composants dans un certain ordre (en ayant constamment sous les yeux les figures 4a et 5 et la liste des composants).
Commencez par monter les deux supports des circuits intégrés : soudez-les et vérifiez vos soudures (pas de court-circuit entre pistes et pastilles ni soudure froide collée). Montez, comme support du GM47, le connecteur CMS à 60 pôles. Montez le port SIM1.
Montez ensuite toutes les résistances sans les intervertir (triez-les d’abord par valeurs et tolérances, R1 et R2 sont des 1 %, R16 est une 2 W). Montez les diodes D1 et D2 1N4007 et D3 BAT85 en orientant soigneusement leurs bagues repère-détrompeurs dans le bon sens montré par la figure 4a.
Montez la LED bicolore en respectant bien la polarité de ses trois pattes (le méplat est à orienter vers la gauche) : si vous voulez pouvoir régler l’affleurement sous la face avant du boîtier plastique, ne soudez les pattes qu’après avoir présenté la platine au-dessus du boîtier préalablement percé. Coupez les longueurs excédentaires avant de fixer la platine sous le couvercle du boîtier.
Montez tous les condensateurs (en ayant soin de respecter la polarité des électrolytiques, leur patte la plus longue est le +).
Montez les transistors T1 et T3, puis T2, méplats repère-détrompeurs tournés dans le bon sens, comme le montre la figure 4a. Montez U1, le régulateur 7805, et U2, le régulateur MIC2941A, couchés dans leurs dissipateurs ML26 et fixés par de petits boulons 3MA.
Montez le potentiomètre R11, modèle couché pour circuit imprimé et le relais 12 V à un contact. Il ne vous reste qu’à monter les deux borniers à deux et trois pôles respectivement pour l’entrée d’alimentation et les sorties du relais de commande.
Vérifiez que vous n’avez rien oublié et contrôlez encore une fois toutes vos soudures.
Insérez les deux circuits intégrés dans leurs supports classiques, repère-détrompeurs en U orientés dans le bon sens : vers le haut de la platine pour le PIC U3, vers la gauche pour U4. Insérez le module GM47 dans son support à 60 pôles CMS et fixez-le au moyen de ses quatre petites entretoises.
La liaison entre le module GSM et l’antenne est réalisée avec un câble adaptateur de 20 cm muni d’un côté d’un connecteur μ-miniature coaxial MMCX (relié au GM47) et de l’autre d’un connecteur FME socle (relié à l’antenne).
Si l’on veut insérer le circuit à l’intérieur d’un boîtier plastique, il faut pratiquer un évidement rectangulaire dans le petit côté opposé à l’antenne, comme le montre la figure 7 : il permettra le passage des borniers enfichables. Sur le petit côté en face, percez un trou pour le connecteur FME socle femelle qui reçoit l’antenne (celle-ci peut être constituée d’une prise FME volante mâle et d’un morceau de fil de cuivre de 8,5 cm, comme le montre la figure 1). Sur le fond opposé au couvercle, percez un trou pour l’affleurement de la LED bicolore, comme le montre la figure 7.
Nous l’avons dit plus haut, la platine est fixée sous le couvercle du boîtier plastique.

Figure 4a : Schéma d’implantation des composants de la platine de l’ouvre-porte.

Figure 4b-1 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés de l’ouvre-porte, côté composants.

Figure 4b-2 : Côté soudures. Si vous réalisez vous-même ce circuit imprimé, n’oubliez pas toutes les liaisons indispensables entre les deux faces.

Figure 5 : Photo d’un des prototypes de la platine de l’ouvre-porte une fois le montage des éléments terminé.

Figure 6 : La position, sur le circuit, du cavalier J1 et du trimmer R11.

Le cavalier J1 est utilisé pour sélectionner la valeur de la tension d’alimentation (fermé pour +12 V et ouvert pour +24 V). Le trimmer R11 règle la durée d’activation du relais : curseur dans le sens anti-horaire = une seconde minimum environ d’activation, curseur dans le sens horaire = dix secondes maximum environ d’activation (3/4 de la longueur totale de la piste), toute position intermédiaire étant, bien sûr, viable. Enfin, si le curseur est tourné complètement dans le sens horaire, la fonction bistable avec réinitialisation à la mise sous tension est sélectionnée.

Les essais et la mise au point
Tout d’abord insérez une SIM dans son logement après avoir déshabilité le PIN et éliminé les éventuelles informations présentes dans la rubrique. Sélectionnez ensuite la valeur de la tension d’alimentation utilisée (12 ou 24 V) grâce au cavalier J1. Reliez l’antenne. Si le champ reçu est très faible, la petite antenne de 8,5 cm ne suffira pas : reliez alors à la place une bibande du commerce. Mettez sous tension l’appareil et vérifiez que la LED s’allume en vert pour indiquer que le module cherche le réseau GSM.
Un premier test consiste à provoquer le reset du système en débranchant tout simplement l’antenne : ainsi le GM47 ne peut plus se connecter au réseau.
Comme nous l’avons vu lors de l’analyse du schéma électrique, cette condition est détectée par le microcontrôleur (à travers sa broche RB4) lequel, après une cinquantaine de secondes, effectue un “reset” du GM47 en coupant son alimentation pendant quelques secondes. Ensuite rebranchez l’antenne et attendez quelques instants que le GM47 puisse se connecter au réseau (situation indiquée par quelques éclairs verts).
L’essai suivant consiste à effacer complètement la mémoire : envoyez au dispositif le SMS :
#Z1*39020#

(le mot de passe 39020 se réfère à notre exemple, il doit être remplacé par les chiffres 10 à 14 du code IMEI de votre GM47). Attendez quelques secondes pour que le SMS arrive à l’ouvre-porte (il est possible de le savoir car la LED reste allumée un instant), ensuite l’opération d’effacement de la mémoire commence (situation indiquée par l’allumage en orange de la LED, l’opération demande environ 30 secondes). Le “fl ag” de réponse de la commande étant paramétré à 1, à la fin de l’opération le SMS de confirmation est envoyé. Attendez quelques secondes, nécessaires pour que le SMS arrive à destination.
Ensuite essayez d’habiliter un numéro de téléphone (en réclamant l’envoi de la confirmation), par exemple envoyez au système un SMS :
#A1+393401234567*39020#

(remplacez 3401234567 par le numéro désiré et 39020 par le mot de passe de votre GM47), attendez que le message arrive au circuit et que ce dernier réponde par les deux SMS de confirmation.
Faites alors appeler le dispositif par le numéro habilité et vérifiez que le relais colle, essayez de faire varier le paramétrage de R11 et réglez la durée d’activation de RL1 sur la valeur désirée (nous vous rappelons que le microcontrôleur lit la valeur de R11 chaque fois qu’un appel arrive de la part d’un numéro habilité).
En suivant la même procédure que ci-dessus, vous pouvez essayer de mémoriser d’autres numéros (testez des portables et des fixes) puis, vérifiez que chacun est correctement habilité et reconnu. En ce qui concerne les numéros du réseau fixe, il est nécessaire que l’utilisation soit habilitée pour l’envoi de l’ID : dans le cas contraire le dispositif ne peut pas fonctionner.
Le prochain test concerne l’effacement d’un numéro de téléphone : envoyez au circuit un SMS :
#C1+393401234567*39020#

(là encore remplacez le numéro 3401234567 et le mot de passe 39020 par ceux de votre propre cas) et vérifiez, en appelant à partir du numéro éliminé, que le relais ne colle plus, ce qui confirmerait que l’élimination a bien eu lieu.
Si tous ces tests se sont bien passés, vous pouvez relier le circuit à la centrale d’ouvre-porte : toutes disposent d’un récepteur radio codé et d’un circuit de sécurité reliés aux barrières lumineuses de l’installation. Les détails de la connexion changent selon les cas (chaque appareil ayant son propre type de circuit), cependant, en général, tous ces systèmes sont activés avec une clé ou avec un relais fermant pour un bref instant un contact lançant la séquence d’ouverture ou fermeture de la porte.
Les borniers de sortie C et NO du relais de notre circuit sont donc à relier à ces contacts.
En outre, il est possible de faire une installation plus simple de l’ouvre-porte, sans devoir accéder physiquement à son circuit : il suffit de commander, par le relais de sortie, une radiocommande habilitée. Bien sûr cette dernière devra avoir une portée suffisante pour activer le récepteur situé sur la porte. Pour cela, il faut ouvrir le boîtier de la radiocommande et de souder deux fils aux contacts du poussoir d’activation, l’autre extrémité des fils est à relier aux connecteurs C et NO de votre dispositif GSM.

Figure 7 : Photo montrant la platine de l’ouvre-porte fixée sous le couvercle du boîtier plastique et les trous à pratiquer dans ce fond.

Un feu à éclats ou stroboscope à fréquence réglable

L’appareil produit des éclairs brefs et intenses de lumière blanche à partir d’un tube en U au xénon de faible puissance. Il est idéal comme feu à éclats ou stroboscope pour l’animation lumineuse d’une petite salle. Les passionnés de photo pourront également s’en servir pour photographier des objets ou des sujets se déplaçant dans l’obscurité.

Bien que l’électronique ait fait d e s pas de géant dans toutes les directions et qu’elle nous fournisse quotidiennement de nouveaux dispositifs plus élaborés, miniaturisés à l’extrême, sophistiqués, afin que nous puissions réaliser tous ces appareils autrefois impensables, il existe encore des circuits qui, par leur simplicité spartiate, réussissent à capter l’attention et à réjouir l’électronicien amateur.
Parmi eux, le feu à éclat, ou stroboscope, fait figure de grand classique : quel amateur de sono n’a pas, dans sa folle jeunesse, utilisé ce montage simple permettant d’animer, de manière très remarquable, une soirée dansante ?
De tels circuits ont toujours fasciné les jeunes adeptes du fer à souder car ils mettent à la portée de leur savoir-faire et de leur bourse des accessoires de leur âge ! Certes, aujourd’hui leurs centres d’intérêt se sont peut-être un peu déplacés vers d’autres horizons et l’ordinateur polarise sans doute plus que jamais leur attention, mais nous croyons qu’un feu à éclat saura à nouveau les captiver.

Notre réalisation
C’est pourquoi nous avons pensé vous proposer un montage de ce genre, simple et facile à réaliser, même pour les plus novices d’entre vous, puisque la seule attention requise concerne la sécurité : en effet, s’agissant d’un appareil alimenté directement sur secteur 230 V et produisant une haute tension continue assez élevée, il faut prendre extrêmement garde de ne pas y mettre les mains !
Ce montage est principalement conçu pour produire des effets lumineux, à accompagner des lumières psychédéliques les plus diverses et les plus colorées.
Mais ce n’est pas tout : en effet, comme il s’agit d’un clignotant, notre circuit se prête également fort bien à la signalisation routière en cas d’accident ou simplement de panne, voire de bouchon ou autre désagrément de ce genre. Il peut aussi servir de signal visuel d’alarme, couplé à une sirène, au sein d’une installation antivol. Les applications des lampes stroboscopiques ne s’arrêtent pourtant pas là : dans le domaine de la photo les éclairs de lumière qu’elles émettent permettent les effets (spéciaux) les plus intéressants.
Si l’on photographie dans l’obscurité un objet, ou un sujet, en mouvement, tout en maintenant ouvert l’obturateur (position “pause B” de l’appareil photo) et si on met en fonctionnement le stroboscope, on obtient un photogramme composé des différentes positions prises par l’objet, ou le sujet, à chaque éclair du feu à éclats.
Vous comprenez donc bien que, malgré son apparente banalité, un stroboscope est en réalité un dispositif universel.

Figure 1 : Les ampoules au xénon.

Pour obtenir de forts éclairs de lumière, pour la production d’effets lumineux et pour réaliser des “flashs” photographiques, on utilise les fameuses ampoules au xénon : il s’agit de tubes de verre remplis de xénon, un gaz noble (numéro atomique 50) faisant partie du groupe 0 dans la classification périodique des éléments de Mendéléev.
Dans la nature il se forme spontanément par processus de fission naturelle d’uranium et de thorium dans la croûte terrestre. Ce gaz a pour caractéristique d’émettre une lumière bleue, très proche de celle du jour, quand il est ionisé (par ionisation, il faut entendre la rupture des liaisons électroniques des atomes sous l’effet d’un bombardement par une certaine quantité d’énergie). Cette énergie peut être fournie, par exemple, par un for t champ électrique, ce qui explique pourquoi les tubes au xénon ont besoin, en plus d’une tension de polarisation normale, d’un fort potentiel de déclenchement servant, justement, à provoquer la décharge dans le gaz.
Une fois l’ionisation déclenchée, l’arc électrique qui s’ensuit entre les deux électrodes des extrémités du tube dure tant que la tension de polarisation reste supérieure à la valeur de la tension de maintien.
C’est à cause de leur lumière naturelle et de l’intensité de leur éclat que les ampoules au xénon sont employées comme feux à éclats ou stroboscopes pour effets lumineux et pour une utilisation professionnelle : par exemple, dans les pistolets stroboscopiques utilisés par les garagistes pour le réglage de l’allumage des moteurs (pour cette application, les éclairs sont synchronisés avec les impulsions d’allumage des bougies et l’opérateur vérifie la position de la marque sur le volant magnétique afin de régler l’avance).
Mais on l’utilise aussi comme instrument de labo. L’extrême rapidité d’allumage, impossible à atteindre avec d’autres types d’ampoules (à incandescence, au néon, à vapeur de mercure…) rend le tube au xénon idéal pour réaliser des “flashs” photographiques.
Ces tubes ont récemment pris du service dans le domaine automobile : des versions à basse tension de travail équipent les projecteurs des grosses berlines. Les ampoules au xénon sont utilisées aussi en odontologie, pour effectuer la polymérisation des résines dont on fait les prothèses.

Le schéma électrique
Le schéma électrique de la figure 2 décrit mieux le circuit qu’un long discourset il en révèle l’extrême simplicité : le feu à éclat se compose surtout d’un tube en U au xénon, alimenté à ses extrémités par une haute tension continue (celle-là même où il ne faut pas mettre les doigts !) obtenue à partir de la tension alternative du secteur 230 V et dont l’allumage est déclenché par des impulsions à très haut potentiel, produites par un petit transformateur élévateur piloté à son tour par un triac.
Pour comprendre le principe de fonctionnement d’un circuit, même aussi simple que celui-ci, il faut tout d’abord expliquer ce qu’est un tube au xénon et comment on le met en oeuvre. Il s’agit d’un composant un peu spécial, une ampoule si l’on veut, mais sans aucun filament : ce n’est donc pas une lampe à incandescence mais plutôt à décharge dans un gaz. Physiquement, il se présente comme un tube de verre replié en U (dans notre cas) ou bien en spirale et rempli d’un gaz spécifique nommé xénon : cet élément naturel à l’état gazeux est dans le tube à la pression atmosphérique. Ionisé, il a le pouvoir d’émettre une lumière légèrement bleutée dont le spectre se rapproche beaucoup plus de la lumière du jour que ne le font les autres ampoules.
D’ailleurs ce n’est pas sans raison que de plus en plus de constructeurs de voitures montent des phares au xénon.
Pour ioniser ce gaz, il faut appliquer entre les deux électrodes extérieures du tube une décharge électrique : on l’obtient en soumettant l’ampoule à une forte différence de potentiel, appliquée entre l’électrode centrale (dite de déclenchement) et l’une des électrodes d’extrémités (en fait la plus proche du négatif d’alimentation). Cette différence de potentiel est de 6 à 7 kV.
Les composants que vous voyez sur le schéma électrique servent à faire ce que nous venons de dire. La tension continue devant alimenter le tube est obtenue en redressant le courant alternatif du secteur 230 V avec un pont de Graetz formé par les quatre diodes D1, D2, D3 et D4 : elles produisent des impulsions sinusoïdales d’une amplitude de 310 V, toutes de la même polarité, que le condensateur électrolytique C1 lisse afin d’obtenir un potentiel à peu près uniforme. L’ampoule reste éteinte tant que la décharge dans le gaz n’est pas déclenchée, soit tant que le transformateur L1 n’envoie pas à l’électrode centrale de déclenchement l’impulsion à haute tension. Cela arrive presque spontanément, sous l’effet du réseau R2/RV1/C2 qui, avec la complicité du diac, déclenche le triac TRI1 pour le faire conduire.
Voyons cela en détail : supposons qu’initialement C2 soit déchargé, les 310 V continus chargent cet électrolytique à travers le potentiomètre (monté en rhéostat) et R2. La rapidité de la charge dépend essentiellement de la position du curseur du potentiomètre. Quand la différence de potentiel aux extrémités de C2 dépasse la somme de la tension de seuil du diac (comprise entre 32 et 40 V) et du triac, les deux semi-conducteurs conduisent pleinement : TRI1 ferme C3 à la masse (C3 entretemps s’est chargé avec la moitié des 310 V à travers le pont R3/R4) en le déchargeant rapidement à travers l’enroulement primaire du transformateur élévateur. Par réaction, dans le secondaire de ce dernier, une tension beaucoup plus élevée, environ 6 kV, est induite. En fait, cette impulsion est très brève, mais elle suffit pour faire circuler un arc électrique à l’intérieur du tube : le gaz ionisé émet sa lumière claire et intense. Elle dure plus longtemps que l’impulsion car, une fois que l’ionisation est déclenchée, elle se maintient tant que la tension sur les électrodes externes du tube ne descend pas en dessous de la valeur de maintien : ce qui finit par arriver car le courant impliqué par la décharge dans le gaz est tel qu’il fait chuter la tension lissée par C1 au-dessous 100 V, cela aussi sous l’effet de R1 dont la valeur a été choisie de façon à produire une forte chute. L’arc électrique ne peut alors plus se maintenir et l’ampoule s’éteint (l’éclair se désamorce). Pendant ce temps C2, en se déchargeant, a fourni à la gâchette du triac une bonne partie de la charge accumulée entre ses armatures : après une brusque chute, la tension à la sortie du pont redresseur revient à sa valeur nominale de 310 V et C2 se recharge. Un phénomène répétitif s’instaure, dont la fréquence (et donc la cadence d’allumage/extinction du tube) dépend de la constante de temps de charge de l’électrolytique C2 : comme un seul composant est variable, le potentiomètre RV1, la fréquence du cycle de clignotement est justement déterminée par la valeur résistive qu’il prend, en pratique de 2 à 20 éclairs par seconde environ.

Figure 2 : Schéma électrique du feu à éclats ou stroboscope à fréquence réglable.

Liste des composants
R1 = 820 Ω 10 W
R2 = 100 kΩ
R3 = 100 kΩ
R4 = 100 kΩ
RV1 = 470 kΩ potentiomètre
C1 = 10 μF 350 V électrolytique
C2 = 10 μF 50 V électrolytique
C3 = 100 nF 250 V polyester
D1 = 1N4007
D2 = 1N4007
D3 = 1N4007
D4 = 1N4007
DI1 = diac DA3
TRI1 = triac BT136-600
L1 = self d’excitation HT ou transfo. élévateur
TUBE = ampoule au xénon

Divers :
2 picots


La réalisation pratique
Une fois que l’on a réalisé le circuit imprimé (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 les figures 3a et 4 et la liste des composants.
Enfoncez et soudez tout d’abord, en haut à gauche, les deux picots de l’entrée secteur 230 V.
Montez les résistances, sauf R1 la grosse 10 W en céramique que vous monterez après, en la maintenant soulevée de quelques millimètres. Le potentiomètre sera également monté à la fin.
Montez les quatre diodes redresseuses du pont, bagues blanches repère-détrompeurs orientées dans le bon sens montré par la figure 3a. Montez le diac et le triac, pour ce dernier, semelle métallique orientée vers C1.
Montez les trois condensateurs en respectant bien la polarité des deux électrolytiques (la patte la plus longue est le +). Montez le transformateur élévateur L1, bien appuyé sur la surface du circuit imprimé et fixé par un point de colle à chaud ou silicone. Vous pouvez le construire vous-même en enroulant sur un petit noyau de ferrite de 15 x 15 x 5 mm 10 spires pour le primaire et 400 pour le secondaire (prenez du fil très fin émaillé et sous soie).
Vous pouvez maintenant monter la résistance R1 de 10 W en céramique et le potentiomètre RV1 permettant de régler la fréquence des éclats. Montez enfin (attention fragile, ne le touchez pas directement avec les doigts) le tube à éclats au xénon en faisant correspondre le point rouge avec le pôle +, en haut à droite.
Reliez le cordon secteur 230 V aux picots marqués “MAINS” (n’y mettez pas les vôtres, cela signifie SECTEUR en anglais) et passez aux essais.

Figure 3a : Schéma d’implantation des composants du stroboscope. Trois fois rien pour beaucoup de plaisir !

Figure 3b : Dessin, à l’échelle 1:1, du circuit imprimé du feu à éclats ou stroboscope vu côté soudures.

Figure 4 : Photo d’un des prototypes de la platine du feu à éclats ou stroboscope prête à l’utilisation.

Figure 5 : Pour augmenter l’efficacité de l’ampoule.

Afin d’améliorer l’efficacité du tube au xénon, placez derrière lui, à sa base, un réflecteur en V (miroir ou tôle réfléchissante) : bien sûr, pour ce faire, il faut ménager dans ce réflecteur un trou oblong pour le passage des trois pattes de l’ampoule en U.
Ce trou fera au moins 5 mm de large par 20 mm de long : les bords intérieurs seront à 2,5 mm au moins des pattes (sinon il y a des risques d’amorçage ou de court-circuit empêchant le circuit de fonctionner).
Le miroir est à fixer avec du mastic au silicone ou de la colle thermofusible, afin d’augmenter la rigidité diélectrique du montage.

Les essais
Avant de brancher le cordon à la prise, vérifiez que le triac ne touche aucun autre composant et que le transformateur est bien fixé. Placez la platine sur un matériau isolant, une table ou une plaque en plastique, en bois ou en verre (attention aux morceaux de fil fin métallique qui traînent !).
En effet, le tube est alimenté par la tension du secteur 230 V redressée (310 V) et son électrode centrale reçoit des impulsions de 6 kV.
Toutes précautions prises, insérez la fiche du cordon dans la prise secteur et en une fraction de seconde vous verrez l’ampoule émettre des éclats de lumière, accompagnés de claquements caractéristiques dus aux décharges électriques dans le gaz. Toujours sans toucher la carte avec les mains, tournez l’axe du potentiomètre pour augmenter ou diminuer la fréquence des éclairs.
Songez maintenant à protéger (à vous protéger plutôt) le montage en l’installant dans un petit boîtier plastique isolant d’où sortira l’axe du potentiomètre de réglage de la fréquence et, à travers un passe-fils en caoutchouc, le cordon secteur 230 V. Vous pouvez, si vous voulez, soit insérer un interrupteur olive dans ce cordon, soit monter en face avant un petit interrupteur en série sur l’un des fils du cordon.
Bien sûr l’un des panneaux du boîtier plastique doit être découpé pour laisser passer la lumière du tube à éclats : vous pouvez envisager de monter derrière un réflecteur, mais, dans ce cas, prenez bien garde de ne pas mettre en contact le matériau métallique de ce réflecteur avec l’une des trois électrodes du tube. Collez le réflecteur avec du silicone ou de la colle thermo-fusible, en vous aidant de ce matériau isolant pour bien isoler les trois électrodes, comme l’indique la figure 5.

Attention : après avoir débranché le cordon secteur 230 V ou éteint le circuit avec l’interrupteur M/A, la haute tension demeure quelque dix secondes, ainsi que la menace d’électrocution ! Alors attendez une minute avant d’intervenir à nouveau sur le circuit. En effet, C1 reste chargé un moment après que la tension du secteur redressée soit interrompue, tant que son énergie électrique n’a pas été dissipée par le pont R3/R4.

Un détecteur de fumée, de gaz ou de liquide à transmission téléphonique

Le coût élevé des primes d’assurance incite chacun d’entre nous à prendre un maximum de précautions pour éviter le pire. Par exemple, le garage attenant à la maison, la piscine dont le niveau se trouve au-dessus des pièces les plus basse, la cuve de gaz du chauffage sont d’importantes sources de risque. Voici un émetteur radio codé, intégré dans un détecteur de fumée dans cet article, qui sera chargé de transférer le signal d’alarme à une centrale anti-incendie/antivol fonctionnant par radio. Cette description est facilement adaptable à n’importe quel détecteur ou capteur de débordement de liquide ou de fuite de gaz.

Dans cet article, nous allons voir comment transformer un classique capteur d’incendie en émetteur radio d’alarme-feu transmettant une éventuelle situation de danger à une centrale d’alarme sans fil. Nous allons, dans cet exemple, modifier un détecteur de fumée à batterie de faible coût ER207, mais tout ce que nous allons dire reste valable pour n’importe quel autre capteur d’incendie, de débordement de liquide ou de fuite de gaz (il faudra seulement modifier légèrement le circuit de façon à l’adapter aux divers cas particuliers). En général, ces détecteurs sont fournis pour une utilisation autonome, ils sont donc en mesure de détecter les situations de danger et de les signaler par un diffuseur acoustique d’alarme de forte intensité, perceptible dans un rayon de quelques dizaines de mètres. Si quelqu’un est présent dans l’habitation ou dans le voisinage, il pourra intervenir et prendre les mesures qui s’imposent. Dans ce cas, le capteur seul suffit à garantir un bon niveau de sécurité. Par contre, si personne ne se trouve dans l’habitation, le capteur seul ne suffit plus. Dans ce cas, le signal d’alarme devra activer une centrale feu/vol comme, par exemple, le "Système d’alarme domestique modulaire deux zones", capable de retransmettre l’alarme à l’usager ou à une société de surveillance par téléphone fixe ou portable. De ce point de vue, le système pourra être ultérieurement étendu en utilisant le Transmetteur GSM d’alarme" : il envoie des SMS d’alarme. Pour que l’alarme soit transmise, détecteur et centrale doivent être reliés.
Dans le système que nous avons mis au point, la liaison est réalisée via radio car, nous a-t-il semblé, dans une telle situation une liaison par l’éther est la solution la plus commode et la plus efficace.
Avant d’étudier le schéma électrique du montage, il est important d’analyser le fonctionnement du détecteur de fumée que nous avons mis en oeuvre : il est constitué par un capteur à chambre d’ionisation (voir figure 3), d’un buzzer d’alarme et d’un circuit intégré A5367CA Allegro Microsystems capable de piloter le capteur de fumée et de gérer toutes les autres fonctions du dispositif, de la vérification de l’état de la batterie interne au pilotage de la LED de signalisation et du buzzer d’alarme.
Le plus intéressant pour nous est justement le fonctionnement du A5367CA, en particulier les signaux présents sur les broches de sortie en cas de dépassement du seuil d’alarme. Si nous regardons le brochage du circuit intégré, nous voyons que la broche 2 est un I/O : la table des caractéristiques indique que cette broche peut être utilisée pour connecter en série plusieurs détecteurs de fumée.
En effet, quand un capteur détecte la présence de fumée, le A5367CA déclenche la sirène et met à l’état logique haut sa broche d’I/O. Par conséquent toutes les unités connectées en aval détectent cet état haut sur leur entrée et, après un temps de retard nominal d’environ trois secondes, eux aussi déclenchent leur sirène. Ce mécanisme a été utilisé dans notre montage pour savoir si le détecteur a reconnu une situation dangereuse. L’entrée de notre émetteur radio est en effet reliée à la broche 2 du A5367CA : ainsi, le circuit est en mesure de reconnaître la détection de fumée et le déclenchement de l’alarme.
Une autre caractéristique intéressante du détecteur est la présence de la batterie de 9 V fournissant l’alimentation : cette tension est utilisée pour alimenter aussi notre circuit. Si, en revanche, on désire utiliser le circuit avec d’autres capteurs fonctionnant sur secteur 230 V ou avec un autre niveau de tension, il faudra prévoir un convertisseur 230 Vac/9 Vdc ou bien munir le circuit de sa propre pile 9 V.
En ce qui concerne la section émission radio du montage, nous avons utilisé un module Aurel TX433SAW fonctionnant sur la fréquence de 433,92 MHz : nous l’avons choisi parce que c’est un émetteur SAW avec antenne externe et qu’il est idéal pour des applications prévoyant l’envoi de données numériques.
Le module est, en effet, en mesure de moduler selon la technique ON/OFF une porteuse HF. Bien sûr, comme prévu dans notre Alarme modulaire à deux zones, dans la centrale de gestion on devra utiliser un module récepteur calé sur la même fréquence.
Enfin, pour permettre de relier plusieurs capteurs à une seule centrale de contrôle et permettre à celle-ci de reconnaître quel détecteur a donné l’alarme, nous avons, dans ce montage, un codeur MC145026 Motorola.
Ainsi, chaque capteur est caractérisé par un code univoque permettant son identification. En réception, à l’intérieur de la centrale, il faudra donc utiliser un décodeur permettant d’obtenir le code univoque du détecteur qui a donné l’alarme (pour cela on pourra utiliser un circuit intégré MC145027 Motorola ou, comme dans notre "Système d’alarme domestique modulaire deux zones", on pourra utiliser un microcontrôleur dédié exclusivement à l’opération de décodage).
Avant de passer à l’analyse du schéma électrique, rappelons que, jusqu’à présent, nous avons toujours fait référence au cas où le circuit serait utilisé pour transmettre une alarme d’incendie. En réalité, le circuit peut tout aussi bien être utilisé pour une foule d’autres applications où il est nécessaire de surveiller la valeur logique d’un signal et de transmettre par radio une impulsion d’alarme codée associée à ce même signal.

Figure 1 : Grâce à ses dimensions très réduites, le montage que nous vous proposons prend place sans peine dans à l’intérieur du détecteur. Pour l’alimenter, nous utilisons une pile ou une batterie rechargeable 6F22 de 9 V (elle alimente aussi le détecteur). La gestion du détecteur est réalisée par un circuit intégré A5367CA de Allegro MicroSystems Inc.

Le schéma électrique
Le schéma électrique de la figure 2 montre deux circuits intégrés U1 et U2 et un transistor T1. U1 est le codeur Motorola MC145026 et U2 le module Aurel TX433SAW. Commençons par ce dernier : il est utilisé pour émettre via l’éther, sur une porteuse à 433,92 MHz modulée en amplitude et rayonnée par l’antenne (reliée à la broche 11), toutes les données numériques présentes sur la broche 2 d’entrée IN.
U1 est, lui, un codeur de neuf lignes de données à trois niveaux (broches A1 à A9, broches 1 à 7, 9,10), données transmises sériellement et présentes sur la broche 15 OUT. Il est important de souligner que l’émission n’est habilitée que lorsque la broche 14 TE est au niveau logique bas.
Chacune des neuf lignes A1 à A9 peut être codée selon une logique ternaire (basse, haute ou ouverte/haute impédance) : il est donc possible de paramétrer jusqu’à 3 puissance 9 = 19 683 codes différents.
Chaque état ternaire est codé au moyen d’impulsions : un 0 logique est représenté par deux brèves impulsions consécutives, un 1 logique par deux impulsions consécutives plus longues et l’état ouvert/haute impédance par une impulsion longue suivie d’une courte.
Dans l’introduction nous avons dit que la signalisation d’alarme est détectée directement par la broche 2 du A5367CA situé dans le détecteur : cette ligne est acheminée au bornier IN du circuit (attention de ne pas faire la confusion entre la broche IN du circuit et celle du module émetteur U2). Tant que le bornier IN du circuit est au niveau logique 0, U1 et U2 ne sont pas alimentés.
En effet, la base de T1 est maintenue basse par la résistance de “pull down” R4 (en continu C1 équivaut à un circuit ouvert).
Par conséquent les broches VSS de U1 et U2 sont déconnectées de la masse. En conclusion, pendant que le bornier IN est au niveau logique 0, la transmission du code A1 à A9 n’est pas réalisée.
Quand le bornier IN devient haut (condition indiquant l’alarme), C1 commence à se charger à travers R3 et R4. Ainsi, la base de T1 devient haute, la masse est acheminée sur les broches VSS de U1 et U2 qui s’activent, alors le code sélectionné par A1 à A9 est produit et envoyé au format sériel sur la broche OUT de U1 et U2 le transmet à travers son antenne.
Une fois C1 chargé (avec les valeurs que nous proposons il faut environ trois secondes), il devient un circuit ouvert. Par conséquent, dans R3 et R4 ne passe plus aucun courant, la base de T1 redevient basse et donc l’alimentation de U1 et U2 est coupée, ce qui interrompt l’émission.
L’alimentation du circuit arrive au bornier + et – : nous avons dit déjà qu’il faut une tension de 9 V et qu’elle est fournie par la pile ou batterie rechargeable 6F22 de 9 V présente dans le détecteur.
Dernier point, voyons comment on peut paramétrer l’un des 19 683 codes possibles : la sélection se fait en reliant au +9 V, à la masse ou à rien (libre) les neuf broches A1 à A9.
Au cours de la construction, il faudra donc choisir un code pour le circuit et réaliser les soudures correspondantes, comme le montre la figure 8.
Si l’on veut utiliser plusieurs dispositifs utilisant un codeur MC145026, il faudra prendre soin de bien sélectionner pour chacun un code propre qui le distingue des autres de manière univoque à l’intérieur du système.

Figure 2 : Schéma électrique de l’émetteur radio pour détecteur de fumée.

Liste des composants
R1 = 10 kΩ
R2 = 10 kΩ
R3 = 22 kΩ
R4 = 100 kΩ
R5 = 47 kΩ
R6 = 100 kΩ
C1 = 100 μF 16 V électrolytique bas profil
C2 = 4700 pF céramique
C3 = 100 μF 16 V électrolytique bas profil
C4 = 100 nF multicouche
D1 = 1N4007
T1 = BC547
U1 = MC145026
U2 = TX433SAW

Divers :
1 support 2 x 8
1 morceau de fil (longueur 17 cm)


Figure 3 : Technologie des détecteurs d’incendie.

Il existe trois catégories différentes de détecteurs d’incendie, dont le fonctionnement est basé sur trois technologies différentes :
- à cellule photoélectrique,
- à chambre d’ionisation,
- à thermistances.
Les deux premières techniques utilisent une petite quantité d’un élément métallique radioactif, l’américium 241. Le choix de ce métal particulier vient de ce qu’un détecteur contenant de l’américium peut distinguer la fumée d’une cigarette de celle d’un début d’incendie, les reflets d’une flamme de ceux du soleil. Il peut en outre reconnaître des incendies produisant des fumées transparentes. Enfin, il est en mesure de reconnaître le degré de gravité d’un incendie.
Le détecteur à cellule photoélectrique, comme son nom l’indique, est bâti autour d’une cellule photoélectrique, soit un dispositif électronique particulier tel que, s’il est frappé par des rayons lumineux, il produit du courant. Dans les détecteurs, la cellule est toujours maintenue isolée de la lumière ambiante de telle manière que, si l’air est limpide, les rayons lumineux provenant de l’extérieur n’ont aucune influence sur le système.
En revanche, en cas d’incendie, les particules de fumée entrant dans le détecteur réfléchissent une partie des rayons lumineux vers la cellule photoélectrique laquelle, en s’activant, produit un courant déclenchant la sirène d’alarme du système de sécurité.
Les capteurs à chambre d’ionisation ont déjà 50 ans : leur fonctionnement est basé sur le rayonnement alpha (le plus faible) émis par l’américium.
Ce métal radioactif est logé dans une chambre d’ionisation : elle est formée de deux disques de métal reliés aux deux pôles d’une batterie qui les tient chargés. Un des deux disques est percé et l’américium est situé à proximité du trou. Ainsi, les particules alpha émises par l’élément radioactif pénètrent dans l’aire comprise entre les deux disques, où elles entrent en collision avec les molécules d’azote et d’oxygène de l’air : ces molécules sont donc ionisées, ce qui produit des charges positives et négatives. Les charges, attirées par les disques polarisés électriquement, créent un petit courant. Tout cela arrive si l’air est limpide, mais en revanche si un incendie est déclaré, les particules de fumée, s’ionisant à leur tour, attirent les ions précédemment formés. Par conséquent le courant cesse complètement : cette irrégularité produit le déclenchement de l’alarme.
Enfin, les détecteurs à thermistances se basent sur des concepts théoriques plus simples, mais ils n’en sont pas moins efficaces. Le circuit électronique contrôlé par thermistance permet une évaluation précise de la température de l’air autour du détecteur, ce qui permet la détection des incendies. Le concept fondamental sur lequel il est basé est qu’en absence d’incendie la température de l’air (et donc l’impédance de la thermistance) se maintient à une valeur constante.
En revanche, en présence d’un éventuel incendie, la température de l’air autour du détecteur augmente et par conséquent l’impédance de la thermistance diminue. Ce mécanisme est interprété par le circuit comme un incendie et le détecteur donne l’alarme.

Figure 4 : Divers types de détecteurs d’incendie et de fuite de gaz.

Détecteur de fumée à batterie.

Capteur à rapport prix/prestations optimal, fonctionne avec une batterie de 9 V. Indiqué pour incendie à propagation rapide. Basé sur la technologie à chambre d’ionisation. Muni d’une LED de signalisation, d’un poussoir de test, d’un indicateur de batterie déchargée, d’un buzzer d’alarme à 85 dB.

Détecteur de fumée à batterie longue durée.

Grâce à la batterie de 9 V, il permet une autonomie d’environ 10 ans. Facile à installer, muni d’un circuit de test et inhibition temporaire du capteur.
Basé sur la technologie à chambre d’ionisation. Muni d’une LED de signalisation et d’un buzzer d’alarme à 85 dB.

Détecteur photoélectrique de fumée à batterie.

Basé sur un capteur photoélectrique, grâce à l’emploi de cette technologie, il est indiqué pour des incendies à combustion lente. Fonctionne avec une batterie de 9 V. Muni d’une LED de signalisation, d’un circuit de test, d’un poussoir d’inhibition temporaire, d’un indicateur de batterie déchargée et d’un buzzer à 85 dB.

Détecteur de fumée à batterie pour cuisine et garage.

Basé sur un capteur de technologie à thermistance. Grâce à sa remarquable immunité aux fausses alarmes, il est indiqué pour les cuisines et les garages. Fonctionne avec une batterie de 9 V, dispose d’une LED de signalisation, d’un circuit de test, d’un poussoir d’inhibition temporaire, d’un indicateur de batterie déchargée et d’un buzzer à 85 dB.

Détecteur photoélectrique de fumée sur secteur 230 V.

Basé sur un capteur photoélectrique. Dispose d’une alimentation secteur avec batterie de “backup”. Indiqué pour détecter des incendies à combustion lente. Facile à installer grâce à la platine de fixation encastrable. Dispose d’une double LED de signalisation, d’un circuit de test et d’un buzzer à 85 dB.

Détecteur de monoxyde de carbone à batterie.

Fonctionne avec une batterie de 9 V, est en mesure de signaler par une sirène puissante la présence de CO (monoxyde de carbone). Compact, facile à installer, capteur actif en permanence, poussoir de test et “reset”, LED de signalisation, indicateur de batterie déchargée et buzzer d’alarme à 85 dB.

Détecteur de méthane sur secteur 230 V.

Il est en mesure de signaler la présence de fuite de méthane. Seuil d’alarme réglé au niveau de 25 % LEL (Low Explosive Level). Muni de trois LED de signalisation, d’un poussoir de test et d’un buzzer d’alarme à 85 dB.

La réalisation pratique
Nous pouvons maintenant passer à la construction de l’appareil. Le circuit tient sur un petit circuit imprimé : la figure 5b en donne le dessin à l’échelle 1. Vous pouvez le réaliser vous-même par la méthode indiquée dans l'article : "Comment fabriquer vos circuits imprimés facilement ?".
Quand vous avez devant vous le circuit imprimé gravé et percé, montez-y les quelques composants dans un certain ordre (en ayant constamment sous les yeux les figures 5a, 6, 7 et 8 et la liste des composants).
Commencez par monter le support du circuit intégré : soudez-le et vérifiez vos soudures (pas de court-circuit entre pistes et pastilles ni soudure froide collée). Le module U2, lui, se monte debout sans support et sans autre fixation que les soudures de ses pattes.
Montez ensuite toutes les résistances debout sans les intervertir (triez-les d’abord par valeurs).
Montez la diode D1 1N4007 couchée en orientant soigneusement sa bague repère-détrompeur vers R4.
Montez les quatre condensateurs (en ayant soin de respecter la polarité des deux électrolytiques, leur patte la plus longue est le +).
Montez le transistor T1, méplat repère-détrompeur tourné vers l’extérieur de la platine. Montez enfin le module U2 debout, comme on l’a dit plus haut.
Vérifiez que vous n’avez rien oublié et contrôlez encore une fois toutes vos soudures.
Insérez le circuit intégré U1 dans son support, repère-détrompeur en U orienté vers CI/C4.
Le montage de la platine étant terminé, passons maintenant aux connexions avec l’extérieur et de l’antenne émettrice. Pour cela, utilisez quatre morceaux de fils de différentes couleurs (rouge et noir pour l’alimentation + et –, bleu pour se connecter à la broche 2 du A5367CA [borne IN du circuit] et pour réaliser l’antenne émettrice).
Les figures 6 à 8 montrent comment souder ces quatre fils sur le circuit (notez que, parmi les deux bleus, celui qui constitue l’entrée IN est le voisin du fil noir, l’antenne est en revanche réalisée avec le fil bleu disposé le long du grand côté du circuit imprimé).
En ce qui concerne l’antenne, justement, nous avons choisi d’utiliser un quart d’onde : l étant la longueur d’onde, c la vitesse de la lumière (3.10 puissance 8 m/s) et f la fréquence (433,92 MHz) de l’onde électromagnétique utilisée pour l’émission, on a : l = 300 : f soit 300 : 433,92 = 0,69 et l : 4 = 0,69 : 4 = 0,17 soit un brin quart d’onde de 17 cm.
L’opération suivante consiste à relier le circuit à la broche 2 du A5367CA et à la batterie 9 V.
La figure 7 montre, pour le détecteur que nous avons utilisé, en quels points réaliser les soudures entre le circuit électrique du capteur et les trois câbles provenant de notre montage : en particulier les fils noir et rouge sont à souder en correspondance avec les fils de même couleur provenant de la batterie. Le fil bleu est à souder, lui, en correspondance avec la broche 2 du circuit intégré A5367CA (pour le trouver, suivez la piste de cuivre).
Avant de clore ce chapitre, il nous reste à paramétrer le code Motorola (parmi les 19 683 possibilités). Le paramétrage se fait en reliant à la masse, au +9 V ou en laissant ouvertes (condition de haute impédance) les neuf broches A1 à A9 de U1.
Par conséquent, une fois que vous avez sélectionné le code, vous devez réaliser des “straps” avec des gouttes de tinol entre les pastilles de cuivre ou laisser ouvertes les broches 1 à 7, 9, 10 du MC145026, comme le montre la figure 8.
Ceci fait, le montage est terminé. La platine étant très petite, vous pouvez l’insérer facilement dans le capteur (du moins ce fut le cas avec le capteur de fumée que nous avons utilisé). Rappelons que la portée maximale du module émetteur est d’environ 100 à 150 mètres en théorie : en pratique elle risque d’être plus faible à cause des obstacles, des perturbations diverses, etc. Nous vous suggérons de tenir compte de ce facteur lors du positionnement des détecteurs par rapport à la centrale : dans tous les cas, faites un essai de portée préalable avant toute installation définitive.

Figure 5a : Schéma d’implantation des composants de la platine de l’émetteur radio pour détecteur de fumée.

Figure 5b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de l’émetteur radio pour détecteur de fumée.

Figure 6 : Photo d’un des prototypes de la platine de l’émetteur radio pour détecteur de fumée.

Figure 7 : La photo montre les points du circuit du détecteur que nous avons utilisé auxquels il faut se connecter. Les fils rouge et noir sont ceux de l’alimentation (respectivement + et –), le fil bleu est à relier à la broche 2 du A5367CA correspondant au bornier IN du circuit.

Figure 8 : Pour paramétrer le code de l’émetteur, il est nécessaire de réaliser des “strap” avec des gouttes de tinol sur les emplacements indiqués sur la photo en fonction du code choisi.

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