Ce contrôle à distance par courant porteur, est composé d’un transmetteur et d’un récepteur codé, afin d’éviter les effets des interférences présentes sur la ligne électrique. L’émetteur est équipé d’un clavier permettant d’activer jusqu’à 8 récepteurs et donc autant de charges réparties dans un même réseau électrique.
Un code d’accès empêche l’utilisation du transmetteur par des personnes non autorisées.
En pensant à la ligne électrique fournie par EDF, il nous vient immédiatement à l’esprit, les lumières, les prises électriques et tout ce qui fonctionne en utilisant l’énergie que cette bonne fée amène dans nos habitations.
Il est moins évident de penser, qu’à travers les fils électriques, il soit possible d’ouvrir des portails, commander des portes, allumer des lumières ou communiquer avec d’autres personnes.
Pourtant, depuis très longtemps, il existe des appareils de télécommande qui utilisent les lignes électriques de distribution domestique pour envoyer des signaux digitaux ou analogiques. Ce moyen est également utilisé, là aussi depuis de très nombreuses années, dans les systèmes de communications ferroviaires.
En fait, les “téléphones” des trains, communiquent en superposant le signal audio à transmettre sur les conducteurs 3 000 volts (caténaires et rails) et sont reçus par un dispositif approprié.
Ces systèmes n’étaient que les précurseurs des actuels interphones domestiques fonctionnant sur le secteur, que nous pouvons nous procurer dans n’importe quel magasin spécialisé.
Ce type de transmission est communément appelé “à courant porteur” dans la mesure où il permet d’envoyer un signal superposé à la porteuse 50 Hz de la ligne électrique, simplement en le modulant à une fréquence bien plus haute, afin qu’il soit facilement reconnaissable en phase de réception.
On parvient ainsi à transporter deux signaux sur le même canal de communication. La technologie actuelle et la miniaturisation des composants électroniques, ont engendré une évolution, même dans les systèmes qui utilisent justement les courants porteurs.
Petit tour d’horizon
Nous disposons, sur le marché, de circuits intégrés spécifiques pour la transmission des données, adaptés également pour la communication entre unités intelligentes, appareils informatiques et, surtout, télécommandes.
Un excellent exemple est le MODEM de ligne TDA5051 (voir le brochage en figure 1 et l’encadré de la figure 2), produit par la firme Philips, capable d’envoyer et de recevoir des données en simplex, en utilisant une modulation d’amplitude, avec une porteuse typique de 115 kHz.
Il s’agit d’un circuit intégré spécifiquement destiné aux applications de communication ou de commandes à distance par l’intermédiaire des fils du secteur.
C’est un circuit très fiable, mais délicat, parce qu’il requiert une interface bien étudiée et capable de transférer la porteuse modulée avec le maximum d’efficacité, garantissant une parfaite immunité aux bruits parasites et aux pics de tensions inévitablement présents sur la ligne électrique 220 volts.
Aujourd’hui, nous sommes en mesure de vous présenter un système de télécommande à courant porteur fiable et réellement performant.
Le système est composé d’un transmetteur et d’un maximum de 8 récepteurs, chacun d’eux pouvant être commandé et adressé séparément (voir figures 3 et 4).
Pour rendre chaque commande plus sûre et exclusive en éliminant les erreurs que pourraient provoquer les inévitables interférences présentes sur la ligne électrique, nous avons implémenté un protocole de communication propriétaire, qui se base sur le concept suivant lequel chaque commande doit être composée de trois octets.
Le premier, identifie le “header” (début) du message, le second est divisé en deux “nibble” (4 bits) égaux, qui indiquent le code de la touche pressée et le troisième octet, représente une “checksum” (valeur de contrôle).
La gestion de ce protocole est réalisée à l’aide d’un microcontrôleur PIC12CE674 pour l’unité émettrice et PIC12C672-MF345 pour l’unité réceptrice (voir figure 5).
Le premier a la charge de générer la trame envoyée le long de la ligne électrique, le second, doit déchiffrer la commande et agir en conséquence.
S’agissant d’un système composé d’un transmetteur à huit canaux et de huit récepteurs monocanaux possibles, il est nécessaire que chaque récepteur soit réglé pour être affecté à un canal spécifique.
La procédure d’identification s’effectue simplement en positionnant sur le récepteur, le numéro du canal désiré, à l’aide d’un dip-switch à 4 micro-interrupteurs (voir le tableau de la figure 6).
Le récepteur ainsi programmé, activera sa sortie uniquement si la trame de commande provenant du transmetteur, présente sur la ligne, contient le code du canal choisi.
Il n’y a aucun inconvénient à ce que deux récepteurs présentant le même code s’activent de façon simultanée.
Le récepteur peut, en outre, être programmé avec les sorties en mode monostable ou bistable en fonction du paramétrage établi par un trimmer (voir R12, figure 14, sur la broche 7, RA0, de U3).
Les relais utilisés, permettent de commander des charges électriques fonctionnant sous un maximum de 250 volts et consommant jusqu’à 10 ampères.
Les charges pourront être des moteurs, des transformateurs, des appareils électroniques, des lampes, etc.
Le modem TDA5051
Pour connaître, de manière plus approfondie, le système proposé dans ces lignes, il faut avoir recours à la théorie de fonctionnement du modem TDA5051 de Philips.
Il s’agit d’un circuit intégré disponible en version CMS à 16 broches, contenant un MOdulateur/DEModulateur d’amplitude (ASK = Amplitude Shift Keying) complet, opérant en simplex, jusqu’à une vitesse de 1 200 bauds (de 600 à 1 200 bauds pour être précis) et compatible avec les niveaux logiques au format TTL.
La fréquence de contrôle de l’entrée du modem doit permettre de garantir des niveaux logiques hauts, autant que possible aussi courts qu’une milliseconde.
Par contre, la fréquence porteuse du signal à transmettre peut être choisie en utilisant des quartz différents, de 95 à 150 kHz.
Notre projet utilisant un quartz de 7,37 MHz, nous avons fixé la fréquence à 115 kHz.
Evidemment, pour fonctionner correctement, chaque récepteur doit être “accordé” sur la même fréquence que le transmetteur.
Figure 1 : Brochage du modem Philips TDA5051.
Figure 2 : Le circuit TDA5051 de la société Philips et les courants porteurs.
Le circuit intégré utilisé dans notre projet permet d’envoyer et de recevoir un signal par l’intermédiaire de la ligne électrique 220 volts. Il s’agit d’un MOdulateur-DEModulateur opérant de 600 à 1 200 bauds.
La fréquence de la porteuse à moduler en AM est sinusoïdale (sinusoïde synthétisée) générée en utilisant comme base, la forme d’onde produite par un oscillateur interne, contrôlé par le quartz connecté entre les broches 7 et 8. Un diviseur par 64, réduit la fréquence initiale, produisant ainsi celle de la porteuse.
Le quartz doit être choisi convenablement, en considérant ce détail. Par exemple, pour avoir une onde modulée à 115 kHz, il faut un quartz de 7,36 (7,375) MHz, pour obtenir une fréquence de 125 kHz, la valeur du quartz doit être de 8 MHz exactement. Pour obtenir la fréquence maximale permise, 150 kHz, il faut un quartz de 9,56 MHz.
L’entrée de modulation est la broche 1 (référencée à la 5, masse digitale) et doit recevoir des signaux d’un niveau 0/5 volts (TTL) d’une durée minimale de 1 milliseconde. Il est intéressant de noter que lorsque cette entrée est au 1 logique, la porteuse cesse et le canal de réception est activé. En fait, le TDA5051A fonctionne uniquement en mode halfduplex (simplex).
La modulation est du type on/off, donc, présence/absence de signal. En réception, les données démodulées sortent par la broche 2, par rapport à la masse (broche 5), sous forme d’impulsions digitales au niveau TTL.
L’unité de transmission
Le transmetteur peut être décomposé en quatre blocs fonctionnels, qui sont : l’interface ligne AT, le modem, le microcontrôleur et l’alimentation. Le schéma électrique est donné en figure 9.
L’interface de ligne TX
L’interface de ligne, réalisée avec un soin particulier, permet de garantir le meilleur transfert de la porteuse modulée en entrée et en sortie. Elle utilise un transformateur de couplage (TF2) et une série de condensateurs et de selfs nécessaires pour filtrer les parasites impulsionnels en tout genre, y compris, ceux introduits tout au long des fils de la ligne, par la commutation de charges fortement inductives, comme celles produites par les moteurs électriques ou les ballasts des tubes fluorescents.
En particulier, L2 et C1, forment un circuit résonnant série, accordé sur la fréquence de la porteuse (environ 115 kHz) qui doit supprimer les 50 Hz du secteur, évitant qu’ils ne soient présents aux bornes de l’enroulement de TF2.
En aval du transformateur, se trouve un circuit antirésonnant avec une résistance de limitation (C7, R3, L1), accordé lui aussi sur 115 kHz et qui sert à atténuer toutes les composantes de bruit éventuellement passées au travers du premier filtre et de TF2.
Le but de l’ensemble des circuits accordés est exclusivement d’abaisser les éventuels pics de tension, qui pourraient endommager le driver de sortie du modem intégré.
Une protection supplémentaire est apportée par la diode zener DZ1, qui intervient lorsque la tension présente sur la broche 10 dépasse les 5,6 volts.
Le modem TX
Pour ce qui concerne le modem, il faut préciser que le TDA5051 est utilisé en mode unidirectionnel.
De la sorte, si nous avons besoin d’une télécommande, il suffit que l’unité de transmission génère un signal direct aux récepteurs.
La broche de sortie de la porteuse (10) est directement connectée au condensateur C7, utile pour isoler la composante continue du transformateur.
L’entrée des données modulantes (broche 1) est pilotée directement par le microcontrôleur, qui fournit, à chaque demande de transmission, une trame contenant le code à transmettre.
L’alimentation de 5 volts est appliquée aux broches 3 (Vdd logique), 11 (positif driver de sortie) et 13 (positif section analogique), par rapport à la masse (broches 5, 9, 12).
Dans notre application, nous n’utilisons pas la fonction “power-down” ; de ce fait, le circuit intégré est toujours alimenté.
En fait, la broche 15 (PD) est reliée au 0 logique (positionnée à 1, elle mettrait le circuit en sommeil).
Le quartz Q1 est connecté suivant le schéma conseillé par le fabricant, avec deux condensateurs de compensation (C9 et C10) reliés à la masse et avec une résistance en parallèle (R4).
Le microcontrôleur TX MF344
Passons à présent à un bloc également important, celui du microcontrôleur U3.
C’est le cerveau de la télécommande, parce qu’il exécute toutes les fonctions relatives à la gestion de l’interface avec l’utilisateur, à l’envoi des commandes et à la programmation du code d’accès.
Son organigramme est donné en figure 7.
En fait, pour augmenter la sécurité d’utilisation du système, nous avons prévu que l’envoi des commandes vers le récepteur sera possible après avoir introduit une série de 4 chiffres, nécessaires au déblocage du transmetteur.
Toutes les commandes sont exécutées à partir du clavier à matrice connecté aux broches 2, 6, 7 du microcontrôleur, clavier qui, avec la LED LD1, compose l’inter face vers l’utilisateur (voir figure 13).
Notez que les touches de 1 à 8, servent, soit pour obtenir l’accès, en composant le code, soit pour envoyer les commandes.
Par contre, la touche 9 est utilisée exclusivement pour accéder à la procédure automatique de changement du code d’accès et pour réinsérer la protection après avoir fini de travailler.
Après la mise en service, le programme initialise les entrées/sorties (E/S), positionnant GP2 (broche 5) comme sortie des trames de commande, GP4 comme sortie de contrôle de la LED et GP0, GP1 et GP5, deviennent les lignes bidirectionnelles utilisées pour lire le clavier à matrice.
Nous pouvons à présent voir le fonctionnement des deux parties principales du programme.
La première concerne l’apprentissage et la sauvegarde du code d’accès à quatre chiffres, la seconde est le programme principal, qui tourne en boucle en attente d’une commande du clavier.
Le choix de la routine à exécuter est fait à la mise en service du microcontrôleur, celui-ci testant l’état du clavier et en particulier, l’état de la touche 9.
Si cette dernière est détectée comme pressée, cela veut dire que l’utilisateur souhaite entrer dans la procédure d’introduction d’un nouveau code. Donc, la routine concernée est activée. Le clignotement rapide de la LED confirme cette activation.
On peut alors introduire les quatre chiffres, en les tapant l’un après l’autre.
A chaque touche pressée, LD1 clignote 2 fois pour signaler à l’utilisateur que le chiffre a bien été reçu par le microcontrôleur, puis s’éteint jusqu’à l’action suivante sur une autre touche. Le code peut être choisi comme bon vous semblera, à la seule condition qu’il ne comporte pas le chiffre 9 car cette touche est celle qui permet de terminer la procédure après l’introduction du dernier chiffre.
Au terme de l’apprentissage, la LED s’éteint durant quelques instants, confirmant la sauvegarde du nouveau code, puis recommence un clignotement rapide.
A partir de ce moment-là, le microcontrôleur entre dans la procédure normale de fonctionnement.
Comment débloquer le clavier ?
A la fin du long clignotement (environ 2 secondes) la LED LD1 s’éteint, durant une seconde, confirmant ainsi l’entrée dans la situation de blocage du clavier, puis commence à clignoter rapidement jusqu’à ce qu’une touche soit appuyée.
Dans ce cas, la LED clignote une seule fois, puis s’éteint, jusqu’à ce que la deuxième touche soit appuyée et ainsi de suite jusqu’à l’introduction complète du code à quatre chiffres.
A ce moment-là, le microcontrôleur compare le code inséré avec celui contenu dans l’EEPROM (code entré en phase d’apprentissage) et si la comparaison est positive, on obtient le libre accès à l’envoi des commandes du clavier (clavier débloqué).
Si, par contre, les chiffres introduits diffèrent de ceux mémorisés, la LED recommence à clignoter rapidement et il convient d’essayer à nouveau d’introduire le code.
Ainsi, lorsque la LED est éteinte, le clavier est fonctionnel et l’appui sur une des touches 1 à 8 provoque l’envoi de la commande concernée.
Au contraire, si la LED clignote, cela signifie que le clavier est bloqué.
Cela dit, voyons ce qui ce passe, en mode commande.
Suite à l’appui sur l’une des touches 1 à 8, le microcontrôleur émet une trame de 3 octets, contenant le code caractéristique et le numéro du canal auquel la commande est destinée.
L’octet de début est un “header” (en-tête) fixe et vaut 10101010 en binaire (170 en décimal) ou AA en format hexadécimal.
C’est une sorte de synchronisme qui, reçu par le modem du module récepteur, indique au microcontrôleur de démarrer le décodage des données.
L’octet central est formé de deux “nibble” de 4 bits chacun, qui expriment, en format binaire, le numéro de la touche appuyée ainsi que celui du canal à activer.
Supposons, par exemple, appuyer la touche 8. La valeur correspondante sur quatre bits est 1 000. Donc, le second octet sera 10001000. C’est le numéro du canal répété deux fois.
Le dernier octet de la trame est, en substance, une sorte de “checksum” avec laquelle le récepteur peut distinguer, avec une bonne précision, d’éventuelles erreurs de communication.
L’alimentation TX
Comme le système est à courant porteur, il est bien évident que tout fonctionne avec la tension du secteur ! De ce fait, nous trouvons un transformateur (TF1) qui réduit la tension des 220 volts en 12 volts, redressée par le pont de diodes PT1 et filtrée par les deux condensateurs C2 et C3.
Un régulateur intégré (7805) permet d’obtenir une tension de 5 volts stabilisés, avec laquelle fonctionnent le microcontrôleur et le modem.
Figure 3 : Le transmetteur monté. Ses dimensions réduites permettent de l’installer à l’intérieur d’un boîtier de dérivation standard.
L’unité de réception
En analysant le schéma du récepteur, nous voyons que, lui aussi, est composé de quatre principaux blocs qui sont : l’interface ligne, le modem TDA5051, la section à microcontrôleur à laquelle est confiée la tache de gérer le fonctionnement de l’unité, le tout étant complété par l’alimentation secteur. Le schéma électrique est donné en figure 14.
L’interface de ligne RX
En ce qui concerne l’interface de ligne, il n’y a pas grand-chose à dire, car c’est la même que celle du transmetteur. Reportezvous donc à ce paragraphe si vous avez encore un doute.
Toutefois, devant recevoir le faible signal passé au travers du transformateur et des circuits résonnants, en aval de l’interface, nous avons inséré un amplificateur de tension, utile pour élever le niveau de la porteuse à 115 kHz.
Cet amplificateur est réalisé avec le transistor T1, qui fonctionne dans le classique mode “émetteur commun” avec une résistance d’émetteur.
Le modem RX
Le modem, dans ce cas, fonctionne en réception seulement. Pour garantir qu’il sera toujours prêt à recevoir, sa broche 1 a été placée de façon fixe au niveau logique haut, à l’aide de la résistance de pull-up R5.
En fait, lorsque “data-in” est au 0 logique, le modem transmet, par contre, il ne peut recevoir, que si la broche 1 est au niveau 1.
A part ces détails, la configuration du TDA5051 est identique à celle vue dans le transmetteur.
L’unique chose qui nous intéresse est que, lorsqu’entre les deux fils du secteur se présente une trame provenant du transmetteur, les impulsions démodulées sont disponibles entre la broche 2 (“data-out”) de laquelle elles rejoignent l’entrée du microcontrôleur, par l’intermédiaire du transistor T2.
Le rôle de ce transistor est de matérialiser un inverseur logique. Il sert pour rétablir la phase des signaux pour que le PIC12C672 soit déclenché par le premier front montant du “header”. En fait, en l’absence de porteuse, le TDA5051 restitue l’état haut. Par contre, il positionne sa broche 2 à 0, lorsqu’il reçoit les 115 kHz.
Le microcontrôleur RX MF345
La partie réellement différente entre le récepteur et le transmetteur est représentée par la section à microcontrôleur que nous allons détailler maintenant.
L’organigramme est donné en figure 8.
Au moment de la mise en service, les E/S sont initialisées.
Ainsi, GP5 devient l’unique sortie (elle commandera le relais à l’aide du transistor T3), par contre, GP0, GP1, GP2, GP3 et GP4 sont positionnées comme entrées.
GP4 est l’entrée des données démodulées par le modem. GP1, GP2 et GP3 lisent l’état des micro-interrupteurs de DS1 et GP0 reçoit l’information, donnée en fonction du positionnement du trimmer R12, concernant le mode de fonctionnement de la sortie (bistable ou monostable).
Le choix du mode s’effectue à l’aide d’un trimmer, afin de permettre l’utilisation d’une seule ligne E/S.
Ce trimmer permet donc de définir le fonctionnement de la sortie en question aussi bien que le temps d’utilisation en cas de fonctionnement monostable.
Le mécanisme utilisé par le microcontrôleur pour savoir comment activer le relais de sortie est le même que celui utilisé dans bon nombre de nos projets.
Il consiste, par des impulsions fournies sur la broche 7, dans le contrôle du temps de décharge du condensateur C12, alimenté et déchargé par le trimmer R12.
En tournant le curseur entièrement dans le sens horaire, donc en insérant la résistance maximale, c’est le mode monostable qui est validé avec des intervalles d’environ 0,5 seconde.
En déplaçant le curseur du trimmer vers le côté opposé, on réduit ainsi la résistance en série avec le condensateur (donc le temps de charge/décharge) et on règle une durée de temporisation du relais d’environ 20 secondes.
Cela dit, passons à l’analyse du dipswitch DS1, qui est constitué de 4 micro-interrupteurs dont 3 sont effectivement utilisés avec lesquels on sélectionne l’identification de l’unité.
Le tableau visible en figure 6, explique le positionnement des micro-interrupteurs et les numéros d’identification correspondants. En ce qui concerne le fonctionnement global du programme, nous voyons qu’après l’initialisation des E/S, le programme principal tourne en boucle et ne fait rien d’autre qu’attendre l’arrivée du code de tête (header) de la trame à recevoir, qui doit être invariablement 10101010.
Après avoir reconnu le code “header”, c’est la partie restante de la trame qui est lue.
On effectue pour cela une opération OR (OU) exclusif entre le premier octet (header) et le second. Le résultat est comparé avec la checksum (le troisième octet).
Si la comparaison est positive, cela veut dire que les données prélevées de la sortie du modem correspondent bien à une commande valide. Dans le cas contraire, il s’agit d’informations erronées ou affectées de trop de parasites.
Dans le premier cas, le programme contrôle que les deux “nibbles” de 4 bits sont identiques entre eux et égaux au positionnement des broches 4, 5, 6 (qui identifient le canal).
On ajoute un état logique fixe comme quatrième bit (0, équivalant au bit le plus significatif transmis par le TX). Si la comparaison donne un résultat positif, on active la routine de commande du relais.
Si le mode impulsions a été sélectionné, GP5 repasse au niveau bas après un temps présélectionné. Par contre, si on a opté pour le mode bistable, le relais reste activé. Il sera désactivé par l’arrivée d’une commande identifiée par le programme.
Il faut noter une observation utile pour une utilisation correcte du système: le trimmer R12 n’est lu qu’à l’initialisation.
Donc, immédiatement après la mise en service du récepteur. Pour cette raison, toute modification de la valeur du trimmer effectuée durant le fonctionnement, n’est pas prise en compte.
Un changement de la position du trimmer ne peut être pris en considération par le programme que si le récepteur est d’abord éteint puis rallumé.
Figure 4: Sur le récepteur, il a été prévu un bornier à trois plots, afin de pouvoir utiliser sans aucun problème le contact NO ou le contact NF du relais.
Figure 5: Brochage des microcontrôleurs PIC12CE674 et PIC12C672 de Microchip.
Figure 6 : Le paramétrage du récepteur.
Pour être certain d’activer uniquement le récepteur souhaité lorsqu’on appuie sur une touche du clavier, il convient de lui attribuer un numéro unique.
L’opération s’effectue au moyen des micro-interrupteurs 2, 3 et 4 du dip-switch DS1, suivant le tableau ci-dessous (notez que le dip 1 n’est pas utilisé).
Le trimmer R12 sert pour imposer le mode de fonctionnement, monostable ou bistable, du relais.
En tournant complètement le curseur dans le sens antihoraire, on sélectionne le mode monostable avec un temps de retombée du relais d’environ 0,5 seconde.
En tournant le curseur dans le sens horaire, ce temps augmente, jusqu’à atteindre environ 20 secondes.
Passé le seuil des 20 secondes, en déplaçant le curseur complètement dans le sens horaire, on sélectionne le fonctionnement bistable.
La réalisation pratique
Après avoir analysé l’unité de transmission et celle de réception, il ne nous reste plus qu’à passer à la partie pratique de la réalisation.
Avant tout, il faut préciser que la télécommande à courant porteur, dans sa configuration minimale, est composée d’un émetteur et d’au moins un récepteur.
Toutefois, les récepteurs peuvent être au nombre de 8. Vous pouvez donc réaliser le nombre de récepteurs convenant à votre application.
Après avoir réalisé ou vous être procuré le circuit imprimé du TX et le nombre désiré de circuits imprimés du RX et après avoir réuni les composants donnés dans les listes, il ne reste plus qu’à souder les composants !
La première chose à faire, est de monter les TDA5051, qui sont des composants CMS. De ce fait, ils sont soudés du côté piste des circuits imprimés.
Comme toujours pour ce type de circuits, il faut agir vite, avec un fer à souder très propre, à panne fine. Commencer par une patte et régler la position du circuit intégré. Souder alors la patte opposée, puis toutes les autres pattes en alternant pour ne pas surchauffer le substrat (voir figure 18).
Pour chacun des modules, aidez-vous du schéma d’implantation des composants et des photos les accompagnant (figures 10 et 11 pour l’émetteur et figures 15 et 16 pour le récepteur).
Poursuivez le montage par la mise en place des composants restants, en commençant par les diodes et les résistances.
Installez le trimmer (sur le RX) et les supports des circuits intégrés, en prenant soin de les orienter comme cela est clairement représenté sur les dessins, puis installez le dip-switch à 4 micro-interrupteurs, uniquement sur le récepteur.
Passez aux condensateurs (attention au sens des électrolytiques), aux transistors et aux quartz.
Connectez les deux régulateurs 7805 et les ponts redresseurs, puis installez l’un après l’autre les éléments restants pour terminer par les transformateurs d’alimentation, tous les deux d’un modèle 1 VA.
Quant aux transformateurs d’isolement (TF2), se sont des modèles de rapport 1/1 avec une impédance de 1 000 ohms à 115 kHz.
Pour pouvoir brancher le clavier, il faut d’abord souder deux morceaux de barrettes sécables de 5 picots, au pas de 2,54 mm, aux emplacements “LIGNES” et “COLONNES” de l’émetteur.
Le clavier adhésif avec la LED incorporée est raccordé à l’aide de deux connecteurs 5 points femelles à fixer sur les câbles en nappe.
A ce propos, rappelez-vous que les lignes sont les contacts près de C10 et C11 et les colonnes ceux près du bord de la platine.
En ce qui concerne le câble plat, celui avec le rond bleu est celui des lignes, l’autre (adhésif jaune) est la connexion des colonnes et le la LED interne.
Une fois les soudures terminées et après avoir vérifié que tous les composants se trouvent placés convenablement, reliez un câble d’alimentation terminé par une fiche secteur à chacun des borniers 220 volts.
Pour l’instant, ne raccordez pas ces fiches dans les prises du secteur.
Prenez les microcontrôleurs et introduisez-les dans leur support respectif en faisant attention de ne pas plier les broches et en faisant coïncider leur repère de positionnement avec celui du support (voir figures 10 et 15). Evidemment, placez le PIC12CE674-MF344 sur l’émetteur et le PIC12C672-MF345 sur le récepteur. Une inversion empêcherait tout fonctionnement du système.
A présent, tout est prêt pour l’utilisation, étant donné qu’aucune mise au point n’est nécessaire.
L’unique chose à faire est de choisir le numéro d’identification des récepteurs, en se référant au tableau de la figure 6 en agissant sur les micro-interrupteurs 2, 3 et 4 de DS1.
Cela fait, placez chaque unité dans deux pièces différentes de l’appartement ou dans deux bureaux différents.
Chaque unité doit reposer sur une surface non conductrice. Raccorder chaque cordon secteur sur une prise bien évidemment différente.
La distance couverte par le système varie entre 50 et 100 mètres et il faut rappeler que les commandes ne peuvent en aucun cas dépasser le compteur ou les disjoncteurs différentiels.
C’est la raison pour laquelle le système doit être utilisé dans la même enceinte, sur l’installation électrique alimentée par le même compteur.
La programmation du code
Après avoir alimenté les unités, il faut programmer le code pour le transmetteur.
Pour cela, après avoir inséré la fiche secteur et avant que la LED du clavier ne s’allume la première fois, appuyez la touche 9 et maintenez-la appuyée jusqu’à ce que cette même diode se mette à clignoter rapidement.
Relâchez la touche et attendez que la LED s’éteigne. Vous pouvez maintenant entrer, l’un après l’autre, les quatre chiffres désirés pour former le code.
Attendez, après chaque pression sur une touche, les deux clignotements de confirmation de la LED.
Après le dernier chiffre entré, le transmetteur sort tout seul de la procédure, sauvegarde le code et, avec un clignotement rapide, confirme qu’il est prêt pour un fonctionnement normal.
Pour vérifier que tout est en ordre, tapez sur le clavier votre code, toujours un chiffre à la fois et en attendant la confirmation matérialisée par un bref clignotement de la LED.
Après l’introduction du quatrième chiffre, la diode LED doit émettre deux clignotements brefs et demeurer éteinte.
Le clavier est débloqué et on a accès aux commandes.
A présent, appuyez la touche assignée au récepteur et vérifiez que le relais de ce dernier est activé suivant le mode choisi selon la position du trimmer.
En agissant sur la touche 9, on sort de la procédure et on réactive la protection (reprise du clignotement rapide).
Figure 7 : Organigramme du programme MF344 du transmetteur.
Le microcontrôleur de l’unité TX permet, outre la transmission de la touche appuyée, la gestion des fonctions de sécurité données par le bloc clavier. Dans ce cas, il convient de composer un code à 4 chiffres (mémorisé dans l’EEPROM du microcontrôleur) pour rétablir un fonctionnement normal.
Figure 8 : Organigramme du programme MF345 du récepteur.
Le programme présent dans le microcontrôleur du récepteur, se charge de décoder le signal envoyé par le TX, en vérifiant la validité grâce à une checksum.
A la suite d’une réception, il compare le code reçu avec le code mémorisé, en fonction de la position des dip-switchs.
En cas de comparaison positive, il procède à l’activation du relais dans le mode déterminé par la position du trimmer R12.
Figure 9 : Schéma électrique du transmetteur.
Figure 10: Schéma d’implantation des composants du transmetteur.
Figure 11 : Photo d’un des prototypes du circuit émetteur.
Figure 12: Dessin, à l’échelle 1 du circuit imprimé du transmetteur.
Liste des composants de l’émetteur
R1 = 10 kΩ
R2 = 560 Ω
R3 = 100 Ω
R4 = 2,2 MΩ
R5 = 100 Ω
R6 = 1,5 kΩ
R7 = 2,2 kΩ
C1 = 47 nF 250 V polyester
C2 = 1000 μF 25 V électrolytique
C3 = 100 nF multicouche
C4 = 100 μF 25 V électrolytique
C5 = 100 nF multicouche
C6 = 100 nF 63 V polyester
C7 = 1 μF 63 V polyester
C8 = 33 pF céramique
C9 = 33 pF céramique
C10 = 100 nF multicouche
C11 = 100 nF multicouche
L1 = Self 22 μH
L2 = Self 47 μH
DZ1 = Zener 6,8 V
U1 = Régulateur 7805
U2 = Intégré TDA5051A
U3 = μC PIC12CE674-MF344
Q1 = Résonateur 7,37 MHz
PT1 = Pont redresseur 220 V 1 A
TF1 = Transfo 220 V / 15 V pour ci
TF2 = Transfo de couplage 1/1
TST = Clavier 9 touches avec LED
Divers :
1 Support 2 x 4 broches
1 Bornier 2 pôles
2 x 5 Picots en bande sécable
1 Circuit imprimé réf. S344
Figure 13 : Les signalisations de la LED
L’interface avec l’utilisateur est composée du clavier, à l’aide duquel il est possible d’effectuer les opérations d’apprentissage du code et l’envoi des commandes et d’une diode LED (LD1), incorporée dans ce même clavier.
Cette diode LED permet de donner, sous forme de clignotements différents, les indispensables informations de fonctionnement.
Voyons en résumé leurs significations.
Clignotement initial = A la mise en service, un long clignotement est émis (2 secondes), durant lesquelles la touche 9 peut être appuyée, pour entrer dans la procédure d’apprentissage.
Clignotement rapide = Se manifeste après la transition de la mise en service (indépendamment du fait que l’on se trouve en apprentissage ou en fonctionnement normal). Sortie de la procédure d’apprentissage du code, si on compose un code erroné, le mode d’envoi des commandes est abandonné.
Clignotement unique d’une seconde = Il est émis après l’introduction du premier chiffre du code d’accès, lorsqu’on tente d’entrer dans l’envoi des commandes.
Clignotement bref unique = Il est émis, durant le mode d’envoi des commandes, pour confirmer la pression d’une touche. Il accompagne également la frappe d’une touche durant l’introduction du code d’accès.
Deux clignotements brefs = Durant l’apprentissage, suivent la pression de chaque touche.
Figure 14: Schéma électrique du récepteur.
Figure 15: Schéma d’implantation des composants du récepteur.
Figure 16 : Photo d’un des prototypes du circuit récepteur.
Figure 17 : Dessin, à l’échelle 1 du circuit imprimé du récepteur.
Liste des composants du récepteur
R1 = 150 kΩ
R2 = 10 kΩ
R3 = 33 kΩ
R4 = 1 kΩ
R5 = 10 kΩ
R6 = 4,7 kΩ
R7 = 10 kΩ
R8 = 10 kΩ
R9 = 10 kΩ
R10 = 470 Ω
R11 = 4,7 kΩ
R12 = 4,7 kΩ trimmer horiz.
R13 = 15 kΩ
R14 = 15 kΩ
R15 = 100 Ω
R16 = 2,2 MΩ
C1 = 1000 μF 25 V électrolytique
C2 = 100 nF multicouche
C3 = 100 nF multicouche
C4 = 100 μF 25 V électrolytique
C5 = 47 nF polyester
C6 = 10 nF 63 V polyester
C7 = 10 nF 63 V polyester
C8 = 100 nF 63 V polyester
C9 = 1 μF 63 V polyester
C10 = 33 pF céramique
C11 = 33 pF céramique
C12 = 100 nF 63 V polyester
L1 = Self 47 μH
L2 = Self 22 μH
D1 = Diode 1N4007
DZ1 = Zener 6,8 V
T1 = NPN BC547B
T2 = NPN BC547B
T3 = NPN BC547B
U1 = Régulateur 7805
U2 = Intégré TDA5051A
U3 = μC PIC12C672-MF345
Q1 = Résonateur 7,37 MHz
PT1 = Pont redresseur 220 V 1 A
DS1 = Dip-switch 4 micro-inters
RL1 = Relais 12 V 1 RT
LD1 = LED rouge 5 mm
TF1 = Transformateur 220 V / 15 V pour ci
TF2 = Transformateur de couplage 1/1
Divers :
1 Support 2 x 4 broches
1 Bornier 2 pôles
1 Bornier 3 pôles
1 Circuit imprimé réf. S345
Figure 18 : Le TDA5051 de la société Philips est un composant CMS. Dans notre projet, il est monté du côté cuivre pour en faciliter la soudure. A ce propos, nous vous invitons à apporter le maximum d’attention durant le montage, afin d’éviter surchauffe et courts-circuits éventuels.
Figure 19: Une vue des prototypes terminés, prêts à l’emploi. Avant l’utilisation, il convient de doter les deux unités d’un câble secteur terminé par une fiche mâle et de les placer sur un plan en matériau isolant.
Pour conclure
Ce système à un émetteur et huit récepteurs semble, certes, plus coûteux qu’un système à un émetteur et un récepteur à 8 canaux. Si on y regarde à deux fois, ce n’est pas obligatoirement vrai. Dans un système à 8 récepteurs, il est possible de placer chaque récepteur très près de la charge à commander. Dans le cas du courant porteur, c’est particulièrement intéressant car l’alimentation du récepteur et de la charge provient de la même ligne 220 volts. Par ailleurs, il devient inutile de tirer des câbles entre le relais et sa charge d’où gain de temps et grande facilité de mise en oeuvre.
Malgré cela, et pour différentes raisons, certains préféreront un système classique comprenant un seul récepteur 8 canaux. Comme nous ne reculons devant aucun sacrifice, nous vous proposerons donc cette option dans notre prochain numéro !
Un code d’accès empêche l’utilisation du transmetteur par des personnes non autorisées.
En pensant à la ligne électrique fournie par EDF, il nous vient immédiatement à l’esprit, les lumières, les prises électriques et tout ce qui fonctionne en utilisant l’énergie que cette bonne fée amène dans nos habitations.
Il est moins évident de penser, qu’à travers les fils électriques, il soit possible d’ouvrir des portails, commander des portes, allumer des lumières ou communiquer avec d’autres personnes.
Pourtant, depuis très longtemps, il existe des appareils de télécommande qui utilisent les lignes électriques de distribution domestique pour envoyer des signaux digitaux ou analogiques. Ce moyen est également utilisé, là aussi depuis de très nombreuses années, dans les systèmes de communications ferroviaires.
En fait, les “téléphones” des trains, communiquent en superposant le signal audio à transmettre sur les conducteurs 3 000 volts (caténaires et rails) et sont reçus par un dispositif approprié.
Ces systèmes n’étaient que les précurseurs des actuels interphones domestiques fonctionnant sur le secteur, que nous pouvons nous procurer dans n’importe quel magasin spécialisé.
Ce type de transmission est communément appelé “à courant porteur” dans la mesure où il permet d’envoyer un signal superposé à la porteuse 50 Hz de la ligne électrique, simplement en le modulant à une fréquence bien plus haute, afin qu’il soit facilement reconnaissable en phase de réception.
On parvient ainsi à transporter deux signaux sur le même canal de communication. La technologie actuelle et la miniaturisation des composants électroniques, ont engendré une évolution, même dans les systèmes qui utilisent justement les courants porteurs.
Petit tour d’horizon
Nous disposons, sur le marché, de circuits intégrés spécifiques pour la transmission des données, adaptés également pour la communication entre unités intelligentes, appareils informatiques et, surtout, télécommandes.
Un excellent exemple est le MODEM de ligne TDA5051 (voir le brochage en figure 1 et l’encadré de la figure 2), produit par la firme Philips, capable d’envoyer et de recevoir des données en simplex, en utilisant une modulation d’amplitude, avec une porteuse typique de 115 kHz.
Il s’agit d’un circuit intégré spécifiquement destiné aux applications de communication ou de commandes à distance par l’intermédiaire des fils du secteur.
C’est un circuit très fiable, mais délicat, parce qu’il requiert une interface bien étudiée et capable de transférer la porteuse modulée avec le maximum d’efficacité, garantissant une parfaite immunité aux bruits parasites et aux pics de tensions inévitablement présents sur la ligne électrique 220 volts.
Aujourd’hui, nous sommes en mesure de vous présenter un système de télécommande à courant porteur fiable et réellement performant.
Le système est composé d’un transmetteur et d’un maximum de 8 récepteurs, chacun d’eux pouvant être commandé et adressé séparément (voir figures 3 et 4).
Pour rendre chaque commande plus sûre et exclusive en éliminant les erreurs que pourraient provoquer les inévitables interférences présentes sur la ligne électrique, nous avons implémenté un protocole de communication propriétaire, qui se base sur le concept suivant lequel chaque commande doit être composée de trois octets.
Le premier, identifie le “header” (début) du message, le second est divisé en deux “nibble” (4 bits) égaux, qui indiquent le code de la touche pressée et le troisième octet, représente une “checksum” (valeur de contrôle).
La gestion de ce protocole est réalisée à l’aide d’un microcontrôleur PIC12CE674 pour l’unité émettrice et PIC12C672-MF345 pour l’unité réceptrice (voir figure 5).
Le premier a la charge de générer la trame envoyée le long de la ligne électrique, le second, doit déchiffrer la commande et agir en conséquence.
S’agissant d’un système composé d’un transmetteur à huit canaux et de huit récepteurs monocanaux possibles, il est nécessaire que chaque récepteur soit réglé pour être affecté à un canal spécifique.
La procédure d’identification s’effectue simplement en positionnant sur le récepteur, le numéro du canal désiré, à l’aide d’un dip-switch à 4 micro-interrupteurs (voir le tableau de la figure 6).
Le récepteur ainsi programmé, activera sa sortie uniquement si la trame de commande provenant du transmetteur, présente sur la ligne, contient le code du canal choisi.
Il n’y a aucun inconvénient à ce que deux récepteurs présentant le même code s’activent de façon simultanée.
Le récepteur peut, en outre, être programmé avec les sorties en mode monostable ou bistable en fonction du paramétrage établi par un trimmer (voir R12, figure 14, sur la broche 7, RA0, de U3).
Les relais utilisés, permettent de commander des charges électriques fonctionnant sous un maximum de 250 volts et consommant jusqu’à 10 ampères.
Les charges pourront être des moteurs, des transformateurs, des appareils électroniques, des lampes, etc.
Le modem TDA5051
Pour connaître, de manière plus approfondie, le système proposé dans ces lignes, il faut avoir recours à la théorie de fonctionnement du modem TDA5051 de Philips.
Il s’agit d’un circuit intégré disponible en version CMS à 16 broches, contenant un MOdulateur/DEModulateur d’amplitude (ASK = Amplitude Shift Keying) complet, opérant en simplex, jusqu’à une vitesse de 1 200 bauds (de 600 à 1 200 bauds pour être précis) et compatible avec les niveaux logiques au format TTL.
La fréquence de contrôle de l’entrée du modem doit permettre de garantir des niveaux logiques hauts, autant que possible aussi courts qu’une milliseconde.
Par contre, la fréquence porteuse du signal à transmettre peut être choisie en utilisant des quartz différents, de 95 à 150 kHz.
Notre projet utilisant un quartz de 7,37 MHz, nous avons fixé la fréquence à 115 kHz.
Evidemment, pour fonctionner correctement, chaque récepteur doit être “accordé” sur la même fréquence que le transmetteur.
Figure 1 : Brochage du modem Philips TDA5051.
Figure 2 : Le circuit TDA5051 de la société Philips et les courants porteurs.Le circuit intégré utilisé dans notre projet permet d’envoyer et de recevoir un signal par l’intermédiaire de la ligne électrique 220 volts. Il s’agit d’un MOdulateur-DEModulateur opérant de 600 à 1 200 bauds.
La fréquence de la porteuse à moduler en AM est sinusoïdale (sinusoïde synthétisée) générée en utilisant comme base, la forme d’onde produite par un oscillateur interne, contrôlé par le quartz connecté entre les broches 7 et 8. Un diviseur par 64, réduit la fréquence initiale, produisant ainsi celle de la porteuse.
Le quartz doit être choisi convenablement, en considérant ce détail. Par exemple, pour avoir une onde modulée à 115 kHz, il faut un quartz de 7,36 (7,375) MHz, pour obtenir une fréquence de 125 kHz, la valeur du quartz doit être de 8 MHz exactement. Pour obtenir la fréquence maximale permise, 150 kHz, il faut un quartz de 9,56 MHz.
L’entrée de modulation est la broche 1 (référencée à la 5, masse digitale) et doit recevoir des signaux d’un niveau 0/5 volts (TTL) d’une durée minimale de 1 milliseconde. Il est intéressant de noter que lorsque cette entrée est au 1 logique, la porteuse cesse et le canal de réception est activé. En fait, le TDA5051A fonctionne uniquement en mode halfduplex (simplex).
La modulation est du type on/off, donc, présence/absence de signal. En réception, les données démodulées sortent par la broche 2, par rapport à la masse (broche 5), sous forme d’impulsions digitales au niveau TTL.
L’unité de transmission
Le transmetteur peut être décomposé en quatre blocs fonctionnels, qui sont : l’interface ligne AT, le modem, le microcontrôleur et l’alimentation. Le schéma électrique est donné en figure 9.
L’interface de ligne TX
L’interface de ligne, réalisée avec un soin particulier, permet de garantir le meilleur transfert de la porteuse modulée en entrée et en sortie. Elle utilise un transformateur de couplage (TF2) et une série de condensateurs et de selfs nécessaires pour filtrer les parasites impulsionnels en tout genre, y compris, ceux introduits tout au long des fils de la ligne, par la commutation de charges fortement inductives, comme celles produites par les moteurs électriques ou les ballasts des tubes fluorescents.
En particulier, L2 et C1, forment un circuit résonnant série, accordé sur la fréquence de la porteuse (environ 115 kHz) qui doit supprimer les 50 Hz du secteur, évitant qu’ils ne soient présents aux bornes de l’enroulement de TF2.
En aval du transformateur, se trouve un circuit antirésonnant avec une résistance de limitation (C7, R3, L1), accordé lui aussi sur 115 kHz et qui sert à atténuer toutes les composantes de bruit éventuellement passées au travers du premier filtre et de TF2.
Le but de l’ensemble des circuits accordés est exclusivement d’abaisser les éventuels pics de tension, qui pourraient endommager le driver de sortie du modem intégré.
Une protection supplémentaire est apportée par la diode zener DZ1, qui intervient lorsque la tension présente sur la broche 10 dépasse les 5,6 volts.
Le modem TX
Pour ce qui concerne le modem, il faut préciser que le TDA5051 est utilisé en mode unidirectionnel.
De la sorte, si nous avons besoin d’une télécommande, il suffit que l’unité de transmission génère un signal direct aux récepteurs.
La broche de sortie de la porteuse (10) est directement connectée au condensateur C7, utile pour isoler la composante continue du transformateur.
L’entrée des données modulantes (broche 1) est pilotée directement par le microcontrôleur, qui fournit, à chaque demande de transmission, une trame contenant le code à transmettre.
L’alimentation de 5 volts est appliquée aux broches 3 (Vdd logique), 11 (positif driver de sortie) et 13 (positif section analogique), par rapport à la masse (broches 5, 9, 12).
Dans notre application, nous n’utilisons pas la fonction “power-down” ; de ce fait, le circuit intégré est toujours alimenté.
En fait, la broche 15 (PD) est reliée au 0 logique (positionnée à 1, elle mettrait le circuit en sommeil).
Le quartz Q1 est connecté suivant le schéma conseillé par le fabricant, avec deux condensateurs de compensation (C9 et C10) reliés à la masse et avec une résistance en parallèle (R4).
Le microcontrôleur TX MF344
Passons à présent à un bloc également important, celui du microcontrôleur U3.
C’est le cerveau de la télécommande, parce qu’il exécute toutes les fonctions relatives à la gestion de l’interface avec l’utilisateur, à l’envoi des commandes et à la programmation du code d’accès.
Son organigramme est donné en figure 7.
En fait, pour augmenter la sécurité d’utilisation du système, nous avons prévu que l’envoi des commandes vers le récepteur sera possible après avoir introduit une série de 4 chiffres, nécessaires au déblocage du transmetteur.
Toutes les commandes sont exécutées à partir du clavier à matrice connecté aux broches 2, 6, 7 du microcontrôleur, clavier qui, avec la LED LD1, compose l’inter face vers l’utilisateur (voir figure 13).
Notez que les touches de 1 à 8, servent, soit pour obtenir l’accès, en composant le code, soit pour envoyer les commandes.
Par contre, la touche 9 est utilisée exclusivement pour accéder à la procédure automatique de changement du code d’accès et pour réinsérer la protection après avoir fini de travailler.
Après la mise en service, le programme initialise les entrées/sorties (E/S), positionnant GP2 (broche 5) comme sortie des trames de commande, GP4 comme sortie de contrôle de la LED et GP0, GP1 et GP5, deviennent les lignes bidirectionnelles utilisées pour lire le clavier à matrice.
Nous pouvons à présent voir le fonctionnement des deux parties principales du programme.
La première concerne l’apprentissage et la sauvegarde du code d’accès à quatre chiffres, la seconde est le programme principal, qui tourne en boucle en attente d’une commande du clavier.
Le choix de la routine à exécuter est fait à la mise en service du microcontrôleur, celui-ci testant l’état du clavier et en particulier, l’état de la touche 9.
Si cette dernière est détectée comme pressée, cela veut dire que l’utilisateur souhaite entrer dans la procédure d’introduction d’un nouveau code. Donc, la routine concernée est activée. Le clignotement rapide de la LED confirme cette activation.
On peut alors introduire les quatre chiffres, en les tapant l’un après l’autre.
A chaque touche pressée, LD1 clignote 2 fois pour signaler à l’utilisateur que le chiffre a bien été reçu par le microcontrôleur, puis s’éteint jusqu’à l’action suivante sur une autre touche. Le code peut être choisi comme bon vous semblera, à la seule condition qu’il ne comporte pas le chiffre 9 car cette touche est celle qui permet de terminer la procédure après l’introduction du dernier chiffre.
Au terme de l’apprentissage, la LED s’éteint durant quelques instants, confirmant la sauvegarde du nouveau code, puis recommence un clignotement rapide.
A partir de ce moment-là, le microcontrôleur entre dans la procédure normale de fonctionnement.
Comment débloquer le clavier ?
A la fin du long clignotement (environ 2 secondes) la LED LD1 s’éteint, durant une seconde, confirmant ainsi l’entrée dans la situation de blocage du clavier, puis commence à clignoter rapidement jusqu’à ce qu’une touche soit appuyée.
Dans ce cas, la LED clignote une seule fois, puis s’éteint, jusqu’à ce que la deuxième touche soit appuyée et ainsi de suite jusqu’à l’introduction complète du code à quatre chiffres.
A ce moment-là, le microcontrôleur compare le code inséré avec celui contenu dans l’EEPROM (code entré en phase d’apprentissage) et si la comparaison est positive, on obtient le libre accès à l’envoi des commandes du clavier (clavier débloqué).
Si, par contre, les chiffres introduits diffèrent de ceux mémorisés, la LED recommence à clignoter rapidement et il convient d’essayer à nouveau d’introduire le code.
Ainsi, lorsque la LED est éteinte, le clavier est fonctionnel et l’appui sur une des touches 1 à 8 provoque l’envoi de la commande concernée.
Au contraire, si la LED clignote, cela signifie que le clavier est bloqué.
Cela dit, voyons ce qui ce passe, en mode commande.
Suite à l’appui sur l’une des touches 1 à 8, le microcontrôleur émet une trame de 3 octets, contenant le code caractéristique et le numéro du canal auquel la commande est destinée.
L’octet de début est un “header” (en-tête) fixe et vaut 10101010 en binaire (170 en décimal) ou AA en format hexadécimal.
C’est une sorte de synchronisme qui, reçu par le modem du module récepteur, indique au microcontrôleur de démarrer le décodage des données.
L’octet central est formé de deux “nibble” de 4 bits chacun, qui expriment, en format binaire, le numéro de la touche appuyée ainsi que celui du canal à activer.
Supposons, par exemple, appuyer la touche 8. La valeur correspondante sur quatre bits est 1 000. Donc, le second octet sera 10001000. C’est le numéro du canal répété deux fois.
Le dernier octet de la trame est, en substance, une sorte de “checksum” avec laquelle le récepteur peut distinguer, avec une bonne précision, d’éventuelles erreurs de communication.
L’alimentation TX
Comme le système est à courant porteur, il est bien évident que tout fonctionne avec la tension du secteur ! De ce fait, nous trouvons un transformateur (TF1) qui réduit la tension des 220 volts en 12 volts, redressée par le pont de diodes PT1 et filtrée par les deux condensateurs C2 et C3.
Un régulateur intégré (7805) permet d’obtenir une tension de 5 volts stabilisés, avec laquelle fonctionnent le microcontrôleur et le modem.
Figure 3 : Le transmetteur monté. Ses dimensions réduites permettent de l’installer à l’intérieur d’un boîtier de dérivation standard.L’unité de réception
En analysant le schéma du récepteur, nous voyons que, lui aussi, est composé de quatre principaux blocs qui sont : l’interface ligne, le modem TDA5051, la section à microcontrôleur à laquelle est confiée la tache de gérer le fonctionnement de l’unité, le tout étant complété par l’alimentation secteur. Le schéma électrique est donné en figure 14.
L’interface de ligne RX
En ce qui concerne l’interface de ligne, il n’y a pas grand-chose à dire, car c’est la même que celle du transmetteur. Reportezvous donc à ce paragraphe si vous avez encore un doute.
Toutefois, devant recevoir le faible signal passé au travers du transformateur et des circuits résonnants, en aval de l’interface, nous avons inséré un amplificateur de tension, utile pour élever le niveau de la porteuse à 115 kHz.
Cet amplificateur est réalisé avec le transistor T1, qui fonctionne dans le classique mode “émetteur commun” avec une résistance d’émetteur.
Le modem RX
Le modem, dans ce cas, fonctionne en réception seulement. Pour garantir qu’il sera toujours prêt à recevoir, sa broche 1 a été placée de façon fixe au niveau logique haut, à l’aide de la résistance de pull-up R5.
En fait, lorsque “data-in” est au 0 logique, le modem transmet, par contre, il ne peut recevoir, que si la broche 1 est au niveau 1.
A part ces détails, la configuration du TDA5051 est identique à celle vue dans le transmetteur.
L’unique chose qui nous intéresse est que, lorsqu’entre les deux fils du secteur se présente une trame provenant du transmetteur, les impulsions démodulées sont disponibles entre la broche 2 (“data-out”) de laquelle elles rejoignent l’entrée du microcontrôleur, par l’intermédiaire du transistor T2.
Le rôle de ce transistor est de matérialiser un inverseur logique. Il sert pour rétablir la phase des signaux pour que le PIC12C672 soit déclenché par le premier front montant du “header”. En fait, en l’absence de porteuse, le TDA5051 restitue l’état haut. Par contre, il positionne sa broche 2 à 0, lorsqu’il reçoit les 115 kHz.
Le microcontrôleur RX MF345
La partie réellement différente entre le récepteur et le transmetteur est représentée par la section à microcontrôleur que nous allons détailler maintenant.
L’organigramme est donné en figure 8.
Au moment de la mise en service, les E/S sont initialisées.
Ainsi, GP5 devient l’unique sortie (elle commandera le relais à l’aide du transistor T3), par contre, GP0, GP1, GP2, GP3 et GP4 sont positionnées comme entrées.
GP4 est l’entrée des données démodulées par le modem. GP1, GP2 et GP3 lisent l’état des micro-interrupteurs de DS1 et GP0 reçoit l’information, donnée en fonction du positionnement du trimmer R12, concernant le mode de fonctionnement de la sortie (bistable ou monostable).
Le choix du mode s’effectue à l’aide d’un trimmer, afin de permettre l’utilisation d’une seule ligne E/S.
Ce trimmer permet donc de définir le fonctionnement de la sortie en question aussi bien que le temps d’utilisation en cas de fonctionnement monostable.
Le mécanisme utilisé par le microcontrôleur pour savoir comment activer le relais de sortie est le même que celui utilisé dans bon nombre de nos projets.
Il consiste, par des impulsions fournies sur la broche 7, dans le contrôle du temps de décharge du condensateur C12, alimenté et déchargé par le trimmer R12.
En tournant le curseur entièrement dans le sens horaire, donc en insérant la résistance maximale, c’est le mode monostable qui est validé avec des intervalles d’environ 0,5 seconde.
En déplaçant le curseur du trimmer vers le côté opposé, on réduit ainsi la résistance en série avec le condensateur (donc le temps de charge/décharge) et on règle une durée de temporisation du relais d’environ 20 secondes.
Cela dit, passons à l’analyse du dipswitch DS1, qui est constitué de 4 micro-interrupteurs dont 3 sont effectivement utilisés avec lesquels on sélectionne l’identification de l’unité.
Le tableau visible en figure 6, explique le positionnement des micro-interrupteurs et les numéros d’identification correspondants. En ce qui concerne le fonctionnement global du programme, nous voyons qu’après l’initialisation des E/S, le programme principal tourne en boucle et ne fait rien d’autre qu’attendre l’arrivée du code de tête (header) de la trame à recevoir, qui doit être invariablement 10101010.
Après avoir reconnu le code “header”, c’est la partie restante de la trame qui est lue.
On effectue pour cela une opération OR (OU) exclusif entre le premier octet (header) et le second. Le résultat est comparé avec la checksum (le troisième octet).
Si la comparaison est positive, cela veut dire que les données prélevées de la sortie du modem correspondent bien à une commande valide. Dans le cas contraire, il s’agit d’informations erronées ou affectées de trop de parasites.
Dans le premier cas, le programme contrôle que les deux “nibbles” de 4 bits sont identiques entre eux et égaux au positionnement des broches 4, 5, 6 (qui identifient le canal).
On ajoute un état logique fixe comme quatrième bit (0, équivalant au bit le plus significatif transmis par le TX). Si la comparaison donne un résultat positif, on active la routine de commande du relais.
Si le mode impulsions a été sélectionné, GP5 repasse au niveau bas après un temps présélectionné. Par contre, si on a opté pour le mode bistable, le relais reste activé. Il sera désactivé par l’arrivée d’une commande identifiée par le programme.
Il faut noter une observation utile pour une utilisation correcte du système: le trimmer R12 n’est lu qu’à l’initialisation.
Donc, immédiatement après la mise en service du récepteur. Pour cette raison, toute modification de la valeur du trimmer effectuée durant le fonctionnement, n’est pas prise en compte.
Un changement de la position du trimmer ne peut être pris en considération par le programme que si le récepteur est d’abord éteint puis rallumé.
Figure 4: Sur le récepteur, il a été prévu un bornier à trois plots, afin de pouvoir utiliser sans aucun problème le contact NO ou le contact NF du relais.
Figure 5: Brochage des microcontrôleurs PIC12CE674 et PIC12C672 de Microchip.
Figure 6 : Le paramétrage du récepteur.Pour être certain d’activer uniquement le récepteur souhaité lorsqu’on appuie sur une touche du clavier, il convient de lui attribuer un numéro unique.
L’opération s’effectue au moyen des micro-interrupteurs 2, 3 et 4 du dip-switch DS1, suivant le tableau ci-dessous (notez que le dip 1 n’est pas utilisé).
Le trimmer R12 sert pour imposer le mode de fonctionnement, monostable ou bistable, du relais.
En tournant complètement le curseur dans le sens antihoraire, on sélectionne le mode monostable avec un temps de retombée du relais d’environ 0,5 seconde.
En tournant le curseur dans le sens horaire, ce temps augmente, jusqu’à atteindre environ 20 secondes.
Passé le seuil des 20 secondes, en déplaçant le curseur complètement dans le sens horaire, on sélectionne le fonctionnement bistable.
La réalisation pratique
Après avoir analysé l’unité de transmission et celle de réception, il ne nous reste plus qu’à passer à la partie pratique de la réalisation.
Avant tout, il faut préciser que la télécommande à courant porteur, dans sa configuration minimale, est composée d’un émetteur et d’au moins un récepteur.
Toutefois, les récepteurs peuvent être au nombre de 8. Vous pouvez donc réaliser le nombre de récepteurs convenant à votre application.
Après avoir réalisé ou vous être procuré le circuit imprimé du TX et le nombre désiré de circuits imprimés du RX et après avoir réuni les composants donnés dans les listes, il ne reste plus qu’à souder les composants !
La première chose à faire, est de monter les TDA5051, qui sont des composants CMS. De ce fait, ils sont soudés du côté piste des circuits imprimés.
Comme toujours pour ce type de circuits, il faut agir vite, avec un fer à souder très propre, à panne fine. Commencer par une patte et régler la position du circuit intégré. Souder alors la patte opposée, puis toutes les autres pattes en alternant pour ne pas surchauffer le substrat (voir figure 18).
Pour chacun des modules, aidez-vous du schéma d’implantation des composants et des photos les accompagnant (figures 10 et 11 pour l’émetteur et figures 15 et 16 pour le récepteur).
Poursuivez le montage par la mise en place des composants restants, en commençant par les diodes et les résistances.
Installez le trimmer (sur le RX) et les supports des circuits intégrés, en prenant soin de les orienter comme cela est clairement représenté sur les dessins, puis installez le dip-switch à 4 micro-interrupteurs, uniquement sur le récepteur.
Passez aux condensateurs (attention au sens des électrolytiques), aux transistors et aux quartz.
Connectez les deux régulateurs 7805 et les ponts redresseurs, puis installez l’un après l’autre les éléments restants pour terminer par les transformateurs d’alimentation, tous les deux d’un modèle 1 VA.
Quant aux transformateurs d’isolement (TF2), se sont des modèles de rapport 1/1 avec une impédance de 1 000 ohms à 115 kHz.
Pour pouvoir brancher le clavier, il faut d’abord souder deux morceaux de barrettes sécables de 5 picots, au pas de 2,54 mm, aux emplacements “LIGNES” et “COLONNES” de l’émetteur.
Le clavier adhésif avec la LED incorporée est raccordé à l’aide de deux connecteurs 5 points femelles à fixer sur les câbles en nappe.
A ce propos, rappelez-vous que les lignes sont les contacts près de C10 et C11 et les colonnes ceux près du bord de la platine.
En ce qui concerne le câble plat, celui avec le rond bleu est celui des lignes, l’autre (adhésif jaune) est la connexion des colonnes et le la LED interne.
Une fois les soudures terminées et après avoir vérifié que tous les composants se trouvent placés convenablement, reliez un câble d’alimentation terminé par une fiche secteur à chacun des borniers 220 volts.
Pour l’instant, ne raccordez pas ces fiches dans les prises du secteur.
Prenez les microcontrôleurs et introduisez-les dans leur support respectif en faisant attention de ne pas plier les broches et en faisant coïncider leur repère de positionnement avec celui du support (voir figures 10 et 15). Evidemment, placez le PIC12CE674-MF344 sur l’émetteur et le PIC12C672-MF345 sur le récepteur. Une inversion empêcherait tout fonctionnement du système.
A présent, tout est prêt pour l’utilisation, étant donné qu’aucune mise au point n’est nécessaire.
L’unique chose à faire est de choisir le numéro d’identification des récepteurs, en se référant au tableau de la figure 6 en agissant sur les micro-interrupteurs 2, 3 et 4 de DS1.
Cela fait, placez chaque unité dans deux pièces différentes de l’appartement ou dans deux bureaux différents.
Chaque unité doit reposer sur une surface non conductrice. Raccorder chaque cordon secteur sur une prise bien évidemment différente.
La distance couverte par le système varie entre 50 et 100 mètres et il faut rappeler que les commandes ne peuvent en aucun cas dépasser le compteur ou les disjoncteurs différentiels.
C’est la raison pour laquelle le système doit être utilisé dans la même enceinte, sur l’installation électrique alimentée par le même compteur.
La programmation du code
Après avoir alimenté les unités, il faut programmer le code pour le transmetteur.
Pour cela, après avoir inséré la fiche secteur et avant que la LED du clavier ne s’allume la première fois, appuyez la touche 9 et maintenez-la appuyée jusqu’à ce que cette même diode se mette à clignoter rapidement.
Relâchez la touche et attendez que la LED s’éteigne. Vous pouvez maintenant entrer, l’un après l’autre, les quatre chiffres désirés pour former le code.
Attendez, après chaque pression sur une touche, les deux clignotements de confirmation de la LED.
Après le dernier chiffre entré, le transmetteur sort tout seul de la procédure, sauvegarde le code et, avec un clignotement rapide, confirme qu’il est prêt pour un fonctionnement normal.
Pour vérifier que tout est en ordre, tapez sur le clavier votre code, toujours un chiffre à la fois et en attendant la confirmation matérialisée par un bref clignotement de la LED.
Après l’introduction du quatrième chiffre, la diode LED doit émettre deux clignotements brefs et demeurer éteinte.
Le clavier est débloqué et on a accès aux commandes.
A présent, appuyez la touche assignée au récepteur et vérifiez que le relais de ce dernier est activé suivant le mode choisi selon la position du trimmer.
En agissant sur la touche 9, on sort de la procédure et on réactive la protection (reprise du clignotement rapide).
Figure 7 : Organigramme du programme MF344 du transmetteur.Le microcontrôleur de l’unité TX permet, outre la transmission de la touche appuyée, la gestion des fonctions de sécurité données par le bloc clavier. Dans ce cas, il convient de composer un code à 4 chiffres (mémorisé dans l’EEPROM du microcontrôleur) pour rétablir un fonctionnement normal.
Figure 8 : Organigramme du programme MF345 du récepteur.Le programme présent dans le microcontrôleur du récepteur, se charge de décoder le signal envoyé par le TX, en vérifiant la validité grâce à une checksum.
A la suite d’une réception, il compare le code reçu avec le code mémorisé, en fonction de la position des dip-switchs.
En cas de comparaison positive, il procède à l’activation du relais dans le mode déterminé par la position du trimmer R12.
Figure 9 : Schéma électrique du transmetteur.
Figure 10: Schéma d’implantation des composants du transmetteur.
Figure 11 : Photo d’un des prototypes du circuit émetteur.
Figure 12: Dessin, à l’échelle 1 du circuit imprimé du transmetteur.Liste des composants de l’émetteur
R1 = 10 kΩ
R2 = 560 Ω
R3 = 100 Ω
R4 = 2,2 MΩ
R5 = 100 Ω
R6 = 1,5 kΩ
R7 = 2,2 kΩ
C1 = 47 nF 250 V polyester
C2 = 1000 μF 25 V électrolytique
C3 = 100 nF multicouche
C4 = 100 μF 25 V électrolytique
C5 = 100 nF multicouche
C6 = 100 nF 63 V polyester
C7 = 1 μF 63 V polyester
C8 = 33 pF céramique
C9 = 33 pF céramique
C10 = 100 nF multicouche
C11 = 100 nF multicouche
L1 = Self 22 μH
L2 = Self 47 μH
DZ1 = Zener 6,8 V
U1 = Régulateur 7805
U2 = Intégré TDA5051A
U3 = μC PIC12CE674-MF344
Q1 = Résonateur 7,37 MHz
PT1 = Pont redresseur 220 V 1 A
TF1 = Transfo 220 V / 15 V pour ci
TF2 = Transfo de couplage 1/1
TST = Clavier 9 touches avec LED
Divers :
1 Support 2 x 4 broches
1 Bornier 2 pôles
2 x 5 Picots en bande sécable
1 Circuit imprimé réf. S344
Figure 13 : Les signalisations de la LEDL’interface avec l’utilisateur est composée du clavier, à l’aide duquel il est possible d’effectuer les opérations d’apprentissage du code et l’envoi des commandes et d’une diode LED (LD1), incorporée dans ce même clavier.
Cette diode LED permet de donner, sous forme de clignotements différents, les indispensables informations de fonctionnement.
Voyons en résumé leurs significations.
Clignotement initial = A la mise en service, un long clignotement est émis (2 secondes), durant lesquelles la touche 9 peut être appuyée, pour entrer dans la procédure d’apprentissage.
Clignotement rapide = Se manifeste après la transition de la mise en service (indépendamment du fait que l’on se trouve en apprentissage ou en fonctionnement normal). Sortie de la procédure d’apprentissage du code, si on compose un code erroné, le mode d’envoi des commandes est abandonné.
Clignotement unique d’une seconde = Il est émis après l’introduction du premier chiffre du code d’accès, lorsqu’on tente d’entrer dans l’envoi des commandes.
Clignotement bref unique = Il est émis, durant le mode d’envoi des commandes, pour confirmer la pression d’une touche. Il accompagne également la frappe d’une touche durant l’introduction du code d’accès.
Deux clignotements brefs = Durant l’apprentissage, suivent la pression de chaque touche.
Figure 14: Schéma électrique du récepteur.
Figure 15: Schéma d’implantation des composants du récepteur.
Figure 16 : Photo d’un des prototypes du circuit récepteur.
Figure 17 : Dessin, à l’échelle 1 du circuit imprimé du récepteur.Liste des composants du récepteur
R1 = 150 kΩ
R2 = 10 kΩ
R3 = 33 kΩ
R4 = 1 kΩ
R5 = 10 kΩ
R6 = 4,7 kΩ
R7 = 10 kΩ
R8 = 10 kΩ
R9 = 10 kΩ
R10 = 470 Ω
R11 = 4,7 kΩ
R12 = 4,7 kΩ trimmer horiz.
R13 = 15 kΩ
R14 = 15 kΩ
R15 = 100 Ω
R16 = 2,2 MΩ
C1 = 1000 μF 25 V électrolytique
C2 = 100 nF multicouche
C3 = 100 nF multicouche
C4 = 100 μF 25 V électrolytique
C5 = 47 nF polyester
C6 = 10 nF 63 V polyester
C7 = 10 nF 63 V polyester
C8 = 100 nF 63 V polyester
C9 = 1 μF 63 V polyester
C10 = 33 pF céramique
C11 = 33 pF céramique
C12 = 100 nF 63 V polyester
L1 = Self 47 μH
L2 = Self 22 μH
D1 = Diode 1N4007
DZ1 = Zener 6,8 V
T1 = NPN BC547B
T2 = NPN BC547B
T3 = NPN BC547B
U1 = Régulateur 7805
U2 = Intégré TDA5051A
U3 = μC PIC12C672-MF345
Q1 = Résonateur 7,37 MHz
PT1 = Pont redresseur 220 V 1 A
DS1 = Dip-switch 4 micro-inters
RL1 = Relais 12 V 1 RT
LD1 = LED rouge 5 mm
TF1 = Transformateur 220 V / 15 V pour ci
TF2 = Transformateur de couplage 1/1
Divers :
1 Support 2 x 4 broches
1 Bornier 2 pôles
1 Bornier 3 pôles
1 Circuit imprimé réf. S345
Figure 18 : Le TDA5051 de la société Philips est un composant CMS. Dans notre projet, il est monté du côté cuivre pour en faciliter la soudure. A ce propos, nous vous invitons à apporter le maximum d’attention durant le montage, afin d’éviter surchauffe et courts-circuits éventuels.
Figure 19: Une vue des prototypes terminés, prêts à l’emploi. Avant l’utilisation, il convient de doter les deux unités d’un câble secteur terminé par une fiche mâle et de les placer sur un plan en matériau isolant.Pour conclure
Ce système à un émetteur et huit récepteurs semble, certes, plus coûteux qu’un système à un émetteur et un récepteur à 8 canaux. Si on y regarde à deux fois, ce n’est pas obligatoirement vrai. Dans un système à 8 récepteurs, il est possible de placer chaque récepteur très près de la charge à commander. Dans le cas du courant porteur, c’est particulièrement intéressant car l’alimentation du récepteur et de la charge provient de la même ligne 220 volts. Par ailleurs, il devient inutile de tirer des câbles entre le relais et sa charge d’où gain de temps et grande facilité de mise en oeuvre.
Malgré cela, et pour différentes raisons, certains préféreront un système classique comprenant un seul récepteur 8 canaux. Comme nous ne reculons devant aucun sacrifice, nous vous proposerons donc cette option dans notre prochain numéro !
Bonjour. Comment peut on avoir les programmes. Merci
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