Schema et ( hack ) d'un détecteur de mouvement .

 

Comment fonctionne un détecteur de mouvement ? Quels sont les principes physiques ? Et surtout, quels sont les applications pour ce genre de détecteurs ? On va essayer de voir un peu plus clair sur cette page.
Pour les besoins de la science et pour assurer l'élargissement de votre expérience d'électronicien, essayez de vous procurer un détecteur genre veilleuse de nuit à LED.
On partira sur cette base pour la suite. Le détecteurs si-dessus,est trouvables en grandes surfaces de bricolage pour 5-6 euros :

 Si jamais vous jetez un coup d'oeil au mode d'emploi, vous verrez qu'en plus de la détection de mouvement, il y a aussi une détection jour-nuit, un réglage de sensibilité, un réglage temps d'allumage,... Toutes ces options ne sont pas toujours présentes. Vous remarquerez aussi que ces détecteurs de mouvement se branchent directement sur le 220 Volts du secteur. Alors comme dans la suite du texte, on risque d'aller voir ce qu'il y a dedans ...prenez vos précautions... ne le branchez pas sur une prise si le boîtier est ouvert.

Bon ! On y va... On essaie tout d'abord d'ouvrir le boîtier sans tout casser. Après analyse visuelle, on remarque qu'il y a des petits clips facilement ouvrable avec un tournevis plat. On aperçoit vite les deux fils qui vont vers la face arrière pour rejoindre la fiche murale. Quelques fils vont vers la face avant pour alimenter les LED d'éclairage. J'ai, pour ma part, dessoudé ces fils pour pouvoir manipuler la carte plus facilement. Notez les couleurs des fils et leur point de soudure pour un remontage eventuel. Vous devriez obtenir quelque chose comme sur la photo. Ne tenez pas compte des fils vert-rouge-bleu... chaque chose en son temps... 

 

En regardant le circuit d'un peu plus près, on remarque plusieurs zones. Tout en haut, la cellule PIR et la LDR (Light Dependent Resistor = résistance dépendant de la lumière) ainsi que toute l'électronique nécessaire à leur fonctionnement. Remarquez aussi l'IC de l'autre côté de la carte. Un peu plus bas, on trouve la gestion de l'alimentation avec notamment un condensateur haute tension, une resistance de puissance et un pont de diode. Et encore plus bas, l'électronique gérant les sorties vers les LED commandées par la position des deux interrupteurs latéraux.
Pour la suite, on laisse tomber le dernier étage qui a peu d'interêt dans le cadre de notre étude. Par contre, on va se pencher plus en détail sur les étages supérieurs : La cellule PIR et l'alimentation du système.

la cellule PIR

Bon bin, je crois qu'avant tout vous êtes là pour ça et sans mauvais jeu de mots, le PIR est à venir! Tout d'abord, on va traduire ce que veut dire PIR : Passive InfraRed. Le passive veut bien dire passif... Le capteur n'émet aucune énergie. Il permet juste de capter le rayonnement infrarouge émis par les animaux à sang chaud (l'homme est un animal à sang chaud...). Ce rayonnement atteint son point culminant pour une longueur d'onde de 9,4µm. Le capteur, dit aussi capteur pyroélectrique, est constitué d'une fine couche de matériau cristallin qui génère une charge électrique proportionnel au rayonnement IR perçus. Cette quantité de charge est ensuite mesurée par un FET monté dans le capteur.

  

La pin 2 du capteur, correspondant à la source du FET interne, est reliée à la masse via 100K et entre dans les étages d'amplis et de filtrage. L'ampli a sa bande passante limitée à 10Hz pour éliminer le bruit haute fréquence. Le comparateur surveille la sortie du capteur par rapport aux seuils positifs et négatifs. Une alim bien filtrée ( 3 à 15 volts) est connectée au drain du FET (pin 1).

  

Le capteur, en général, possède deux éléments sensitifs montés en série mais tête-bêche (leurs tensions se soustraient). Une telle configuration permet d'éliminer les signaux issus de vibrations, changements de température ou d'exposition solaire. Un corpspassant devant le capteur activera d'abord l'un puis l'autre élément tandis que les sources de perturbation citées plus haut affecteront les deux éléments simultanément et seront ainsi annulées. La source de rayonnement doit passer devant le détecteur de manière horizontale quand les pins 1 et 2 du capteur sont sur un plan horizontal. On utilise généralement une lentille pour concentrer le rayonnement IR sur le capteur. 

Sur l'image ci-contre, on retrouve une demi sphere sur laquelle chaque facette est une lentille de Fresnel. Une lentille de Fresnel est une lentile dont le concept permet d'avoir une grande ouverture tout en ayant une longueur focale suffisament courte. Le truc génial dans ce concept, c'est qu'en divisant en segment une lentille classique et en reduisant l'épaisseur de chaque segment, on obtient une lentille beaucoup plus légère et demandant moins de matière. Ce type de lentille a été concu à l'origine pour équiper les lampes des phares cotiers et augmenter ainsi leur portée. Leur rôle dans notre cas et de concentrer le rayonnement IR sur notre capteur. Elle est constituée d'une matière assez opaque à la lumière ambiante mais elle est transparente pour le rayonnement IR.

  

Concernant l'électronique derrière la cellule PIR, on retrouve plus ou moins toujours le même schéma électronique. à quelques différences près suivant les options. On trouve des montages à composants discrets autour des ampli-op d'un LM324 mais aussi des montages avec circuit intégré dédicacé. C'est le cas du détecteur ici, il est basé autour du circuit PT8A262WE. On le retrouve sur la face arrière du PCB côté soudure. 

  

Tout est intégré dans ce circuit pour gérer la cellule PIR. Deux ampli-op pour la mise en forme et le filtrage des signaux, un comparateur, un régulateur de tension pour alimenter la cellule PIR, une entrée pour la LDR, un oscillateur pour la gestion des délais et un analyseur-détecteur de passage par zéro.
Ce qui nous intéresse surtout dans le cadre de notre hacking, c'est le module de sortie. Dans la version du controleur installé dans notre détecteur, on sait qu'il y a tout ce qu'il faut pour attaquer un relais. Il suffit donc d'aller souder un fil sur la sortie 2 pour vous diriger vers le monde extérieur.( c'est le fil vert sur la photo plus haut).

Un schéma à base de LM324 

Avant de connecter votre module, lisez attentivement le paragraphe sur l'alimentation du détecteur. Ca vous évitera peut-être de tout cramer...

L'alimentation du module

  

Il s'agit du schéma classique d'une alimentation pendue sur le 220 volt et qui n'utilise pas de transformateur. Un gros condensateur permet d'obtenir une chute de tension sans trop de dissipation de puissance. C'est le gros rectangle brun au milieu de la photo. Une resistance de 1K limite l'appel de courant lors de l'insertion du montage dans la prise murale (c'est la resistance grise en haut à gauche). La résistance en parallèle sur le gros condensateur permet de le décharger lors de la disparition de la tension secteur. Le reste de la tension secteur est ensuite redressé par un pont de diodes (en haut à droite près des fils rouge et bleu). On ajoute un condensateur de filtrage et on a une tension d'alimentation pour l'électronique de contrôle de notre détecteur.
Si on veut, maintenant, affranchir notre détecteur de la tension 220 Volts. On peut deconnecter les fils venant de la prise et insérer deux fils au niveau du pont redresseur. C'est ce qui est fait sur la photo avec les fils rouge et bleu. Dans le cas de notre détecteur, une diode zener était en place à la sortie du pont pour éviter les surtensions. Elle a été démontée sur la photo. Cette zener n'est pas utile si on vient directement alimenter le détecteur en DC. Elle permet de déterminer quelle tension maximum peut être utilisée sans risque. Ici, il s'agit d'une diode zener de 5.1 volts. Logique, vu que le controleur de notre détecteur doit être alimenté en 5 volts. Pour les circuits à base de LM324, il s'agit souvent de 12 volts. A controler, donc ! Un autre indice, c'est la tension max inscrite sur le condensateur de filtrage du pont de diodes.

  

Nous travaillont ici sur un montage relié directement à la tension du secteur. Il convient donc de faire particulièrement attention et de prendre toutes les précautions d'usage. Attention où vous mettez les mains, aux fils dénudés, à la manière dont vous faites vos mesures ....!!!