Voici un système d’alarme, dans lequel tous les composants, de la centrale, en passant par les capteurs et jusqu’aux télécommandes, sont reliés entre eux par radio et sont alimentés par des piles uniquement. Grâce à l’utilisation de modules radio basse consommation, l’autonomie des divers éléments est de plusieurs années. Dans ce premier article, nous décrivons le fonctionnement de la centrale.
Même dans les appareils destinés aux installations de sécurité, la tendance est de plus en plus affirmée d’alimenter les circuits avec des piles alcalines ou au lithium.
Grâce aux progrès notables en matière de réduction de la consommation des circuits électroniques, applicables à presque tous les appareils, l’utilisation des piles sèches, en lieu et place des traditionnelles alimentations secteur, est une alternative valable.
Le remplacement des alimentations secteur (alimentations qui, dans les centrales d’alarme, sont toujours complétées par des batteries tampon) par des piles, permet de réduire notablement le coût (que ce soit pour la fabrication ou pour le matériel utilisé), d’obtenir une simplification des procédures d’homologation et de faciliter la mise en oeuvre et l’utilisation des appareils.
Pour nous, qui sommes fiers de vous proposer des réalisations à la pointe de l’innovation, nous ne pouvions passer à côté de tels arguments.
Voici donc le projet d’une installation d’alarme à usages multiples, sans aucun fil, dans laquelle chaque élément est alimenté par piles.
Il s’agit d’un système d’alarme à deux zones, avec un certain nombre de capteurs (à contact, infrarouge, etc.), reliés par radio, activable et paramétrable toujours par radio, capable d’un auto-apprentissage des codes des télécommandes et des capteurs distants.
Sur ce système, nous avons également un afficheur à LED (voir figure 6) installé à l’extérieur des locaux à protéger, une sirène et un transmetteur téléphonique GSM, tous alimentés exclusivement par des piles.
A ce propos, ne croyez pas que notre centrale d’alarme radio autonome 2 zones soit moins valable que les modèles traditionnels car, si l’alimentation par piles peut faire penser à un jouet, la réalité est que ce système offre de nombreux avantages, en plus de ceux déjà évoqués. C’est un système très pratique, car l’utilisation des nouveaux composants que la technologie d’aujourd’hui nous offre, nous permet d’obtenir des consommations très faibles ainsi que des autonomies autrefois impensables.
Pour vous donner une idée, alimentée par deux piles torches, la centrale à 2 zones peut fonctionner durant plusieurs années sans jamais s’éteindre. Il en est de même pour la sirène, que nous proposerons prochainement, dans laquelle la circuiterie a été traitée avec un tel soin que cela a permis de limiter la consommation moyenne à une valeur dérisoire.
Donc, si d’un côté, il est vrai que l’utilisation de piles nous oblige à ne pas oublier de les remplacer périodiquement, de l’autre, il faut constater que cette intervention ne devra être effectuée que très longtemps après l’installation (dans notre cas, tous les 3 ans !).
En somme, ce que nous voulons vous faire constater, c’est que vous ne devrez pas intervenir tous les mois…
C’est un peu comme pour les montres à quartz : tout le monde en a une et il est évident que personne ne trouve fastidieux le fait de devoir remplacer la pile après deux ou trois ans…
Un autre avantage en faveur des alimentations par piles, tient au fait que si la centrale devait être déplacée, elle pourrait aussitôt être installée en un autre endroit sans difficulté. Cela rend notre système d’alarme, complètement et réellement autonome. En effet, capteurs, sirènes, etc., sont exclusivement reliées par voie radio à la centrale. Une commodité qui permet d’installer la centrale dans un endroit quelconque, une armoire, un grenier, une cave, etc., simplement en fixant le coffret qui contient la centrale sans avoir à se préoccuper d’autre chose.
Bien, si après avoir été alléché par l’introduction, vous pensez que le système proposé peut être fait pour vous, cela vaut la peine que vous lisiez la suite, afin d’en connaître exactement le fonctionnement et l’utilisation.
Un système d’alarme complet, autonome et extensible
La centrale, est la partie la plus importante et vous en trouvez la description dans ces pages.
Dans les prochains numéros de la revue, nous parlerons du transmetteur GSM, un sous-ensemble complet qui, alerté par le transmetteur de la centrale, envoie un message d’alarme à un numéro préalablement mémorisé.
En même temps, la sirène auto-alimenté, activée elle aussi par la même trame d’alarme, émet un son strident.
Tout comme la centrale, ces deux systèmes fonctionnent avec des piles.
Nous décrirons également le module de visualisation, un petit panneau indiquant l’état du système, camouflé dans une prise de courant, connectable directement à l’entrée du local où doit fonctionner l’alarme.
Cet afficheur se compose de deux LED, qui permettent de savoir si la centrale est active en zone 1 (LED rouge allumée), active sur les deux zones (les deux LED allumées) ou au repos (LED verte allumée).
Les capteurs sans fils peuvent être choisis avec une certaine liberté, sous réserve qu’ils fonctionnent en 433,92 MHz et qu’ils génèrent des codes à base de circuits Motorola.
Evidemment, ils seront installés de sorte à ne pas être totalement ou partiellement enfermés dans des cloisons métalliques, car cela atténuerait fortement leurs signaux d’alarme.
Quelques essais vous permettront de déterminer la portée des liaisons radio.
La centrale, coeur du système
Il s’agit d’un circuit auto-alimenté, composé uniquement d’un microcontrôleur et de deux modules hybrides radio UHF, un émetteur et un récepteur. Le schéma de la figure 1 confirme la simplicité du montage.
Cela se caractérise donc par un circuit imprimé grand comme un paquet de cigarettes !
Malgré cela, les fonctions autorisées sont vraiment remarquables:
la centrale gère 2 zones, mises en ou hors service par l’intermédiaire d’une télécommande ; elle accepte les signaux envoyés, via radio, par les différents capteurs ; en cas d’alarme, elle envoie les commandes pour activer les avertisseurs extérieurs (une sirène et un transmetteur téléphonique) tout en tenant constamment à jour l’état de l’afficheur.
Cet afficheur est un “satellite” qui est inséré dans une quelconque prise de courant. Il sert à l’utilisateur pour visualiser l’état du système. Pour remplir correctement cette fonction, il sera placé, de préférence, à l’entrée du local à protéger, que ce soit un magasin, un appartement, un bureau, etc.
En plus de ce qui a été dit, la centrale est en mesure d’acquérir de façon quasi automatique, les codes des capteurs déportés et des télécommandes associées.
Le fonctionnement de la centrale
Après la première mise en service, il convient de mémoriser les codes des capteurs déportés, reliés via radio, et des télécommandes. A ce propos, il faut dire que le programme du microcontrôleur a été écrit pour lire, mémoriser et traiter seulement des codages du type MC1450xx de Motorola. De ce fait, les capteurs et les télécommandes doivent avoir un encodeur MC145026.
Le canal radio doit être en 433,92 MHz, car c’est sur cette fréquence que sont accordés le récepteur et l’émetteur embarqué.
Une fois les codes appris, la centrale peut accepter les signaux d’alarme ou bien les commandes à distance.
Initialisation du microcontrôleur de gestion
La première opération à réaliser consiste à initialiser le microcontrôleur.
Pour ce faire, et avant d’alimenter la centrale, il convient de fermer (ON) le micro-interrupteur numéro 1 (DIP1) du dip-switch DS1 (figure 2). A la mise sous tension, le programme, après avoir effectué l’assignation des entrées/sorties, teste le port GP0, vérifiant ainsi, si DIP1 est fermé ou non.
Dans l’affirmative, une routine particulière est envoyée qui, avant tout, efface complètement le contenu de l’EEPROM réservée aux codes.
La fin de l’effacement est signalée par le clignotement rapide de la LED LD1 (10 éclats), puis extinction.
A présent, la centrale se trouve en veille. Elle attend que soit transmis, via radio, le code d’une télécommande utilisant le MC145026 de Motorola.
Ce code sera traité pour en élaborer un nouveau, avec un algorithme particulier, puis mémorisé. Au moment venu, c’est ce code mémorisé qui sera utilisé pour activer les systèmes de signalisation (sirène et transmetteur téléphonique).
L’initialisation achevée, on peut éteindre la centrale, ouvrir le micro-interrupteur DP1, puis la remettre sous tension. On rentre à présent dans le mode de fonctionnement normal, dans lequel le programme entre en fonctionnement.
Le programme teste continuellement l’état de la ligne GP0, puis est prêt à détecter la fermeture de n’importe quel micro-interrupteur de DS1 et, toujours en boucle, il fait “tourner” une routine de réception du signal radio.
Le tout fonctionne continuellement, jusqu’à ce que survienne un événement, sans lequel aucune action n’aurait lieu.
Naturellement, en supposant être parti de la première mise sous tension et dans notre hypothèse, le microcontrôleur n’a pas encore mémorisé autre chose que le code d’activation de la signalisation. Il convient donc de procéder à l’apprentissage des données de la télécommande et des capteurs reliés par radio.
Cela peut être fait à tout moment, en fermant un des micro-interrupteurs de DS1 (figure 2), chacun ayant une signification particulière :
- DIP1 est associé à la commande des capteurs assignés à la zone 1.
- DIP2 permet l’apprentissage du code des capteurs de la zone 2.
- DIP3 permet d’apprendre le code de désactivation de la centrale.
- DIP4 concerne le code de commande séquentielle.
A ce propos, il faut préciser que pour éteindre l’alarme, il suffit de transmettre en appuyant le bouton de la télécommande concerné par cette fonction. Pour l’allumer, il n’est pas prévu de commande exclusive, mais une commande séquentielle, ce qui permet d’économiser sur la télécommande elle-même.
En fait, avec une seule télécommande on peut, en séquence, allumer la centrale en activant immédiatement la zone 1, activer ensemble les zones 1 et 2 ou repasser à la seule zone 1.
Cela permet d’employer seulement une télécommande à deux canaux, très économique et facile à se procurer. Avec un poussoir on peut ainsi activer l’alarme et choisir les zones, avec l’autre on pourra l’éteindre.
Notez que l’extinction est possible à tout moment : au repos, cela permettra d’éviter la production d’alarmes lorsqu’on rentre à la maison ; en alarme, elle servira à bloquer la sirène lorsqu’on jugera le moment opportun.
Nous pouvons donc voir maintenant, une à une, les phases de l’apprentissage.
L’apprentissage des codes
Nous partons du principe que vous utilisez une télécommande deux canaux, donc à deux poussoirs. Si vous préférez utiliser deux télécommandes un canal, transposez ce qui est dit pour le bouton droit et le bouton gauche.
Après avoir initialisé et rallumé la centrale, fermez DIP4 et appuyez le poussoir droit de la télécommande pour enregistrer l’ordre d’extinction.
La confirmation de la mémorisation du code sera signalée par une rapide séquence de clignotement de la LED, qui restera ensuite allumée en fixe, durant 1 seconde, puis s’éteindra.
Ouvrez DIP4.
Fermez DIP3 pour vous préparer ainsi à la mémorisation du code de commande séquentielle à distance.
Appuyez le poussoir gauche de la télécommande et attendez que la LED LD1 émette une rapide séquence de clignotements, puis s’allume en fixe durant 1 seconde, puis s’éteigne.
Cela donne la confirmation du bon déroulement de l’apprentissage.
Ouvrez DIP3.
Tous les capteurs d’alarme devront être équipés d’un transmetteur à base de Motorola MC145026.
Les capteurs affectés à la zone 1 devront être codés avec un code différent de ceux utilisés pour la zone 2 et de ceux utilisés pour l’allumage et l’extinction de l’alarme. Idem pour les capteurs affectés à la zone 2.
Fermez DIP1. Déclenchez un capteur ou transmettez le code des capteurs de cette zone à l’aide d’une télécommande programmée avec le code de cette zone.
Vérifiez que vous avez bien confirmation de la LED. Cette procédure permet l’acquisition du code d’alarme provenant des capteurs de la zone 1.
Ouvrez DIP1.
Fermez DIP2. Déclenchez un capteur ou transmettez le code des capteurs de cette zone à l’aide d’une télécommande programmée avec le code de cette zone. Vérifiez que vous avez bien confirmation de la LED. Cette procédure permet l’acquisition du code d’alarme provenant des capteurs de la zone 2.
Il va de soi que si vous pensez n’utiliser que la zone 1, il n’est pas nécessaire de prévoir de capteurs pour la zone 2, ni d’exécuter la procédure d’apprentissage (DIP2 ON) des codes.
Ouvrez DIP2.
Le paramétrage terminé (vous pouvez le modifier à tout instant sans éteindre le circuit), la centrale est prête à l’emploi.
Initialisation de la centrale
Pour contrôler le fonctionnement des avertisseurs d’alerte, la centrale doit d’abord être initialisée et apprendre les différentes commandes. Cet apprentissage se fait, sur la centrale elle-même, à l’aide du dip-switch DS1 et de la diode LED LD1.
Mise en oeuvre de la centrale à l’aide de DS1
1 - La centrale n’est pas alimentée. 2 - DIP1 sur ON. 3 - Alimentez la centrale.
L’EEPROM est effacée.
LD1 clignote 10 fois et s’éteint.
La centrale est initialisée. 4 - DIP1 sur OFF. 5 - DIP4 sur ON.
6 - Pression sur le poussoir droit de la télécommande.
LD1 clignote rapidement, reste fixe 1 s, s’éteint.
Ordre d’extinction de la centrale enregistré.
7 - DIP4 sur OFF.
8 - DIP3 sur ON.
9 - Pression sur le poussoir gauche de la télécommande.
LD1 clignote rapidement, reste fixe 1 s, s’éteint.
Code de commande séquentielle enregistré.10 - DIP3 sur OFF.
11 - DIP1 sur ON.12 - Déclenchez un capteur d’alarme en zone 1.
LD1 clignote rapidement, reste fixe 1 s, s’éteint.
Code d’alarme zone 1 enregistré.13 - DIP1 sur OFF.14 - DIP2 sur ON.
15 - Déclenchez un capteur d’alarme en zone 2.
LD1 clignote rapidement, reste fixe 1 s, s’éteint.
Code d’alarme zone 2 enregistré.16 - DIP2 sur OFF.
Paramétrage terminé, centrale prête.
N’oubliez pas le strap à gauche de U1.
Liste des composants de la centrale
R1 = 3,9 kΩ
R2 = 2,7 kΩ
R3 = 1,8 kΩ
R4 = 470 Ω
R5 = 10 kΩ
R6 = 1 kΩ
C1 = 100 nF multicouche
C2 = 100 μF 16 V électrolytique
U1 = μC préprogrammé PIC12C674 (MF348)
U2 = Module Aurel RX4M30RR04
U3 = Module Aurel TX4M30SA10
T1 = Transistor NPN BC547B
LD1 = Diode LED rouge 5 mm
DS1 = Dip-switch 4 micro-interrupteurs
Divers :
1 Bornier 2 pôles
1 Support 2 x 4 broches
1 Support 2 piles LR20
1 Boîtier Teko Coffer3
2 Fois 17 cm fil émaillé 15/10
1 Circuit imprimé réf. S348
Les modules hybrides utilisés
Dans leurs recherches continuelles pour limiter toujours plus la consommation, certains fabricants, parmi lesquels la société AUREL, qui produit depuis longtemps des modules hybrides CMS destinés presque exclusivement aux radiocommandes, ont mis récemment sur le marché, des composants basse consommation.
Parmi les produits disponibles sur le marché, nous nous sommes orientés vers les plus récents, le récepteur RX4M30… et le transmetteur TX4M30… fonctionnant tous deux sous à peine 3 volts.
Le premier, est un récepteur à superréaction consommant à peine plus de 0,4 milliampère sous 3 volts, soit une consommation globale de 1,2 milliwatt!
Il ne s’agit pas d’un récepteur FM ou d’un superhétérodyne car des circuits de ce genre n’auraient pas permis de réduire autant la consommation. Toutefois, les prestations de l’étage HF sont très acceptables. En terme de sélectivité, le filtre d’antenne réduit la bande passante à 600 kHz (±300 kHz) entre 433,62 et 434,22 MHz. Quant à la sensibilité, les – 96 dBm annoncés par le constructeur sont plus que suffisants pour la majeure partie des applications.
Si le récepteur est plus que louable, l’émetteur est une pure merveille de technologie, car bien que fonctionnant sous 3 volts, il garantit une puissance HF à l’antenne (impédance 50 ohms) de +17 dBm, ce qui suffit pour couvrir tranquillement un entrepôt, un appartement ou une villa ! En raison de la basse tension d’alimentation, la consommation est limitée à un maximum de 28 milliampères.
L’adoption d’un microcontrôleur programmé pour gérer l’activation des modules hybrides permet de n’allumer que séquentiellement le récepteur et de ne maintenir allumé l’émetteur que pour quelques instants seulement et pratiquement uniquement en alarme. Ainsi, la consommation est réduite à des valeurs négligeables.
Module émetteur TX4M30SA10.
Module récepteur RX4M30RR04SF.
Les capteurs
L’installation est complétée en disposant aux endroits souhaités les capteurs sans fils, qui peuvent être à contact (pour les portes, les fenêtres, tapis d’entrée), à infrarouges passifs (P.I.R.) ou également à ultrasons.
Il n’y a aucune restriction en ce qui concerne les capteurs, à l’unique condition, qu’en cas de détection d’une alarme, ils génèrent un signal radio à 433,92 MHz, modulé en amplitude avec un code Motorola MC1450xx.
Naturellement, vous devez également disposer d’une télécommande à deux canaux, elle aussi à base de Motorola MC1450xx, pour allumer la centrale, sélectionner les zones à activer et éteindre la centrale.
Cela étant dit, nous pouvons nous préoccuper du fonctionnement de la centrale, en nous référant au schéma électrique de la figure 1.
L’étude du schéma
Avant tout, considérez que pour minimiser la consommation, le récepteur hybride U2 est allumé et éteint cycliquement, avec une période de 0,5/1,5 seconde. Cette procédure, ajoutée à la consommation déjà réduite du module, permet d’augmenter notablement l’autonomie de la centrale.
Il en est de même pour le transmetteur U3, qui est alimenté durant une brève période, lorsque la centrale doit actionner ou remettre à zéro un avertisseur d’alarme, de plus, la diode LED n’est active que durant la réception d’un code envoyé par un capteur ou par la télécommande.
La consommation du microcontrôleur est extrêmement modeste, ainsi, nous pouvons dire que pour une utilisation normale, les piles auront une durée de vie de 3 ans au moins.
Dès qu’un signal radio parvient à l’antenne réceptrice ANT et que le récepteur U2 est allumé (dans ce cas, le microcontrôleur maintient actif le RX jusqu’à la fin de la procédure), la séquence codée sort de la broche 14.
Le programme du PIC12CE674 capture ces impulsions, les place en RAM et les analyse.
S’il s’agit de codes au format Motorola, il les compare avec ceux appris durant la phase d’apprentissage. S’ils sont différents, il abandonne la lecture et se remet au repos, fonctionnant en boucle, jusqu’à réception d’un nouveau signal du canal radio.
La réaction est identique en cas de comparaison négative du signal.
Si, par contre, la comparaison est positive et que le code est un de ceux mémorisés, les actions prévues sont effectuées, en fonction de celles possibles parmi les suivantes :
- mise en service de la centrale/commande séquentielle de zone,
- extinction de la centrale,
- alarme de la zone 1,
- alarme de la zone deux.
Tous les changements d’état, l’entrée en alarme ou l’extinction, déterminent l’envoi, de la part de la centrale, de différents trains d’impulsions destinés à l’affichage à LED et aux avertisseurs (sirène et transmetteur téléphonique).
En observant les LED placées à l’extérieur des locaux à protéger, il est possible de savoir si l’alarme est active, quelle est la zone sélectionnée et même (comme vous le verrez plus en détail lorsque nous décrirons le circuit de l’affichage) si l’installation est entrée en alarme, si la tension du secteur a été interrompue, etc.
Le code est envoyé durant environ 2 secondes, passé ce délai, le microcontrôleur revient au repos et attend de nouveaux signaux.
Notez que, dans cette phase, le programme procède à l’extinction du récepteur U2, afin d’éviter que ce qui est rayonné par l’antenne d’émission, ne rentre dans la réception, ce qui provoquerait inévitablement des perturbations.
A ce propos, nous observons que l’allumage et l’extinction du RX, sont obtenus par l’intermédiaire de la ligne GP1, qui alimente directement ses broches 10 et 15. La chose est rendue possible par le fait que la consommation de ce dernier ne dépasse pas les 400 microampères, un courant que n’importe quelle broche E/S du PIC12CE674 peut supporter sans difficulté.
Avec le transmetteur, il n’a pas été possible de faire de même et voilà pourquoi nous le commandons avec un transistor NPN placé en série sur les broches de masse.
Lorsque le système est entré en alarme, on peut le désactiver à tout instant par l’intermédiaire de la télécommande.
Une autre particularité du fonctionnement de la centrale, est la gestion du cycle de stand-by du récepteur, qui est obtenue par l’intermédiaire du programme principal du PIC12CE674.
Ce programme commande l’allumage du RX durant 0,5 seconde puis génère une pause de 1,5 seconde, produisant ainsi un signal rectangulaire, ayant une période de 2 secondes, avec un niveau haut de 0,5 seconde et un niveau bas de 1,5 seconde.
Cette tension est issue de la broche 6 (GP1) et c’est avec elle qu’on alimente effectivement U2. L’alimentation impulsionnelle du récepteur a l’avantage de permettre une réduction de la consommation globale à 1/4 de celle que l’on obtiendrait en laissant le module hybride alimenté en permanence.
Infime “revers de la médaille”, il faut tenir appuyé le poussoir de la télécommande environ 2 secondes, car il n’est pas dit que le RX soit immédiatement prêt à recevoir le signal. En effet, dès sa mise sous tension, il requiert un certain délai avant de pouvoir fonctionner normalement.
Il n’y a, par contre, aucun problème concernant les capteurs car ceux disponibles dans le commerce transmettent durant au moins deux secondes à la suite de chaque alarme, ce qui garantit toujours la réception du code par la centrale.
La réalisation de la centrale
Comme à l’habitude, commencez par réaliser ou vous procurer le circuit imprimé de la figure 5.
En vous aidant du schéma d’implantation de la figure 3 et de la photo du prototype de la figure 4, vous ne rencontrerez aucune difficulté.
Commencez par monter les composants les plus bas et terminez par les plus hauts. Montez le PIC en dernier.
Veillez à l’orientation des composants polarisés, du transistor et du PIC. Les deux modules hybrides ne peuvent rentrer dans leurs trous respectifs que dans un seul sens.
Soignez vos soudures et ne soyez pas avare de vérification.
Pour ce qui est des antennes, aussi bien l’émettrice que la réceptrice, elles peuvent être réalisées en soudant un morceau de fil de cuivre émaillé, de 15/10 et d’une longueur de 17 centimètres,sur les pastilles prévues à cet effet sur le circuit imprimé.
Pour l’alimentation, prévoyez des borniers au pas de 5 millimètres, que vous pourrez facilement souder dans les trous prévus.
Pour l’alimentation nous vous conseillons d’utiliser des piles alcalines, modèle “torche”, encore appelées LR20, que vous placez dans un support adéquat.
Dans tous les cas, ne reliez pas les piles à la centrale avant de disposer de tous les éléments, avertisseurs, capteurs et surtout afficheur à LED qui permet une vérification rapide de toutes les fonctions du système d’alarme.
Il nous reste donc à vous donner rendez-vous le mois prochain pour la suite de cette description.
Modes de fonctionnement
Activée, la centrale peut opérer, soit uniquement avec la zone 1, soit avec les zones 1 et 2 en service. La modalité de fonctionnement avec la zone 2 en service seulement n’a pas été retenue mais cela ne présente pas de problème particulier.
En cas d’alarme provenant d’un capteur de la ou des zones actives, la centrale procède à l’envoi d’un signal radio de commande, lequel, reçu par la sirène ou par le transmetteur téléphonique GSM, le ou les active. Ces avertisseurs peuvent être désactivés instantanément en appuyant le bouton poussoir d’extinction du système sur la télécommande.
Autrement, le transmetteur téléphonique procède à l’envoi du message d’alarme, de plus, la sirène émet un son strident pour une durée programmée.
La commande d’extinction bloque l’activité de la centrale, la rendant insensible à ce que transmettent les capteurs.
L’afficheur d’état à LED permet de connaître à n’importe quel moment l’état de la centrale, la ou les zones actives, si une alarme a été déclenchée en notre absence et si la tension secteur a manqué.
2 ème partie
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