Une barriere infrarouge avec emetteur radio.

Il s’agit d’une barrière à infrarouges aux caractéristiques exceptionnelles : vingt mètres de portée et LED d’alignement entre émetteur et récepteur, ainsi que la possibilité d’intégrer un émetteur radio afin de pouvoir supprimer le câble de liaison à la centrale d’alarme.




Caractéristiques techniques
TX radio codé :
•Alimentation : 12 Vdc
•Consommation en émetteur : 7 mA
•Puissance : 1,5 mW
•Fréquence d’émission : 433,92 MHz
•Codage : Motorola MC145026
•Combinaisons : 19 683
•Dimensions : 25 x 25 x 15 mm
Barrière IR :
•Alimentation : 12 Vdc / 24 Vac
•Consommation TX : 25 mA max
•Consommation RX : 35 mA max
•Fréquence modulation IR : 1,9 KHz
•Portée : 20 m environ
•Circuit de synchronisme
•Orientation horizontale : 180°
•Orientation verticale : ± 5°
•Protection contre les parasites
•Sortie : relais NO-NC
•Portée contact : 1 A / 24 Vac 0,5 A / 125 Vdc
•LED de signalisation alarme
•Dimensions avec boîtier : 103 x 35 x 35 mm

Le fonctionnement est fort simple : un émetteur produit le faisceau de rayons infrarouges, le récepteur contrôle continuellement sa présence et excite le relais en cas de défaut (alarme). Pour rendre le système d’un emploi encore plus universel, nous l’avons doté du tout nouveau et microscopique module émetteur radio 433 MHz Aurel TX-4MSIL codé Motorola (fréquence et codage sont ceux de la plupart des centrales d’alarme). On peut utiliser notre barrière à infrarouges comme dispositif anti-intrusion mais également avec une ouverture automatique de portail pour éviter qu’il ne se referme alors qu’un véhicule ou un piéton est encore présent dans le passage.

Le schéma électrique de la barrière à infrarouges
La barrière se compose donc d’une unité émettrice, dont l’objet est de produire le faisceau infrarouge et d’une unité réceptrice s’occupant de vérifier la présence du faisceau.
Le circuit de l’émetteur (figure 1) est le plus simple : il est constitué d’un étage d’alimentation (T2, DZ1 et les condensateurs de filtrage C1, C2, C3 et C4) stabilisant la tension de travail à 8 V environ (le circuit peut être alimenté aussi bien en 12 Vdc qu’en 24 Vac). Afin d’éviter les surcharges, en cas d’alimentation à la tension maximale, une résistance de limitation R1 a été prévue (sur l’entrée 24 Vac). Le coeur de l’émetteur est l’oscillateur composé de T3 et T4, dont le rôle est de moduler avec un signal d’environ 1,9 kHz la LED émettrice infrarouge. On a utilisé un oscillateur au lieu d’alimenter directement la diode afin de protéger le système contre les parasites lumineux.
Le récepteur peut, lui, discriminer le faisceau en ne se fiant qu’à la présence du signal modulant. J1 sert à synchroniser émetteur et récepteur.
Ce récepteur, justement (figure 4), paraît plus complexe. Le premier étage est l’alimentation : un régulateur 78L12 fournit une tension parfaitement stabilisée à 12 V que DZ1 abaisse à 7,5 V pour alimenter presque tout le circuit, sauf le relais. Le signal modulé provenant du TX est capté par la photodiode IR puis amplifié par T6 et T7. Cet étage n’amplifie que les signaux alternatifs soit finalement l’onde carrée à 1,9 kHz modulant la porteuse IR. C5 et C6 permettent en effet seulement à la composante alternative d’être amplifiée. Ils constituent en outre avec R3 et les résistances de polarisation de cet étage une sorte de filtre passe-bas amplifiant uniquement les signaux dont la fréquence est comprise entre 1 et 5 kHz environ. Si l’amplitude du signal capté par la photodiode est suffisamment élevée, T6 sature T5 avec une fréquence d’environ 1,9 kHz et, à son tour, ce signal (désormais carré) contrôle le fonctionnement de T4 sur le collecteur duquel se trouve C4 dont le rôle est de lisser les impulsions reçues, afin d’obtenir une tension assez élevée pour saturer T2. T2 étant saturé, son collecteur prend un potentiel d’environ un volt dû à sa VCE et à la VBE de T3. Pour piloter correctement T1 cette valeur doit être abaissée et, pour cela, on a monté le pont R5/R6. Ainsi, quand T2 est saturé, T1 est interdit et la base de T3, se trouvant à un potentiel d’environ 7 V, sature le transistor.
Cela provoque l’activation du seul relais RL2 dont les contacts connectent les extrémités de sortie au commun (C) si J2 est en position NC.
Si le faisceau est interrompu, le récepteur ne démodulant aucun signal, T5 reste interdit et R9 maintient la base de T4 à environ 7,5 V (ce qui le sature).
Alors C4 ne peut se charger et T2 reste interdit. T1 et T2 sont respectivement saturé et interdit et donc RL1 est excité et LD1 est allumée pendant que RL2 est au repos.
Le schéma électrique donne la position des contacts des relais quand le circuit n’est pas alimenté : si le circuit est opérationnel et si le faisceau n’est pas interrompu, RL2 est excité et RL1 est relaxé, par contre, si le faisceau est coupé, c’est l’inverse qui se passe. Les contacts NO e NC se réfèrent à la condition stable, c’est-à-dire quand le faisceau n’est pas coupé.
Outre J2, permettant de sélectionner le type de contact que l’on veut obtenir sur le bornier de sortie, il y en a un autre dont la fonction est de synchroniser récepteur et émetteur. Pour utiliser ce mode de fonctionnement particulier il faut que les J1 du TX et du RX soient fermés tous les deux et que les deux circuits soient alimentés par la même tension alternative. Si l’émetteur est alimenté en 24 Vac, T1 est saturé lors de la demi-onde positive et interdit lors de la demi-onde négative. Si J1 est fermé, le transistor déshabilite le circuit d’oscillation lors de la demi-onde positive et ne l’habilite que pendant la demi-onde négative. De même, avec J1 fermé, la demi-onde positive sature T8 lequel met à la masse le train d’impulsions éventuellement détecté par le circuit de réception. Lors de la demi-onde négative, en revanche, le circuit fonctionne exactement comme dit précédemment. Cela fait que chaque récepteur ne peut lire que le faisceau de l’émetteur avec lequel il est synchronisé et exclut tout risque de collision ou réfl exion entre barrières voisines, bref tout risque d’inter férence (voir figure 12).

Figure 1 : Schéma électrique de l’émetteur à infrarouges.

Liste des composants de l’émetteur à infrarouges
R1 .... 82 Ω
R2 .... 4,7 kΩ
R3 .... 10 kΩ CMS
R4 .... 100 kΩ CMS
R5 .... 22 Ω CMS
R6 .... 100 Ω CMS
R7 .... 1 Ω
C1 .... 100 μF 16 V électrolytique
C2 .... 100 nF multicouche CMS
C3 .... 100 μF 35 V électrolytique
C4 .... 220 μF 16 V électrolytique
C5 .... 10 nF polyester CMS
D1 .... 1N4007
D2 .... 1N4007 CMS
DZ1 ... zener 8,1 V CMS
T1 .... 2N5550 CMS
T2 .... BC337
T3 .... BC337 CMS
T4 .... BC327 CMS
IR .... LED IR (TSAL5100)

Divers :
1 ...... bornier 3 pôles
Sauf spécifi cation contraire, toutes les résistances sont des 1/4 W à 5 %.


Figure 2a : Schémas d’implantation des composants et de montage mécanique de l’émetteur à infrarouges.


L’alignement de l’émetteur à infrarouges est très simple grâce au procédé de fixation de la platine permettant de l’orienter autour des axes vertical et horizontal.

Figure 2b-1 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés de l’émetteur à infrarouges, côté soudures (où sortent les composants traditionnels).

Figure 2b-2 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés de l’émetteur à infrarouges, côté composants (où sont disposés tous les composants et soudés les CMS).

Figure 3 : Photo d’un des prototypes de la platine de l’émetteur à infrarouges.

Figure 4 : Schéma électrique du récepteur à infrarouges.

Liste des composants du récepteur à infrarouges
R1 .... 47 Ω
R2 .... 10 kΩ CMS
R3 .... 2,2 kΩ CMS
R4 .... 1,5 kΩ CMS
R5 .... 2,2 kΩ CMS
R6 .... 2,2 kΩ CMS
R7 .... 2,2 kΩ CMS
R8 .... 680 kΩ CMS
R9 .... 680 kΩ CMS
R10 ... 470 kΩ CMS
R11 ... 22 kΩ CMS
R12 ... 22 kΩ CMS
R13 ... 10 kΩ CMS
R14 ... 2,2 MΩ CMS
R15 ... 5,6 kΩ CMS
C1 .... 100 μF 35 V électrolytique
C2 .... 100 μF 16 V électrolytique
C3 .... 100 nF multicouche CMS
C4 .... 2,2 μF 100 V électrolytique
C5 .... 100 nF multicouche CMS
C6 .... 100 nF multicouche CMS
U1 .... 78L12
D1 .... BTA13 CMS
D2 .... 1N4007 CMS
D3 .... BAV70 CMS
DZ1 ... zener 7,5 V CMS
LD1 ... LED rouge CMS
T1 .... 2N5550 CMS
T2 .... 2N5550 CMS
T3 .... 2N5550 CMS
T4 .... 2N5550 CMS
T5 .... 2N5550 CMS
T6 .... 2N5550 CMS
T7 .... 2N5550 CMS
IR .... module IR (TEMT3700)
RL1 ... relais 12 V miniature
RL2 ... relais 12 V miniature

Divers :
2 . borniers 2 pôles
Sauf spécifi cation contraire, toutes les résistances sont des 1/4 W à 5 %.


Figure 5a : Schéma d’implantation des composants du récepteur à infrarouges.


Figure 5b-1 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés du récepteur à infrarouges, côté soudures (où sortent les composants traditionnels).

Figure 5b-2 : Dessin, à l’échelle 1, circuit imprimé double face à trous métallisés du récepteur à infrarouges, côté composants (où sont disposés tous les composants et soudés les CMS).

Figure 6 : Photo d’un des prototypes de la platine du récepteur à infrarouges.

On remarque le modèle de lentille utilisé dans le récepteur pour concentrer le faisceau de rayons infrarouges sur le capteur TEMT3700 (ce module étant un CMS, la lentille est installée sur une minuscule platine en époxy fi xée à la platine principale au moyen de deux entretoises).

Le schéma électrique de l’émetteur radio
Afin d’intégrer les barrières dans un système antivol centralisé, il est possible de relier la sortie du relais du récepteur directement à l’entrée de la centrale dédiée aux capteurs par fil mais, si la distance entre la barrière et la centrale rend difficile l’emploi de fils, vous pouvez utiliser une liaison radio. Il s’agit d’un module émetteur sur 433,92 MHz Aurel TX-4MSIL codé Motorola. Ce nouveau module de petites dimensions, ce qui nous convient bien ici, n’a que quatre broches : positif et négatif d’alimentation, entrée signal et sortie antenne.
Le schéma électrique de la figure 7 est donc particulièrement simple : on a, en plus du module, le régulateur 78L05 fournissant le 5 V stabilisé au module et au circuit intégré de codage, le MC145026, auquel sont associés un condensateur et deux résistances dont dépend la fréquence d’horloge (soit la fréquence du train des impulsions produites). La combinaison permettant de coupler l’émetteur à la centrale antivol peut être paramétrée simplement en soudant les broches de U2 marquées A1 à A9 au positif ou au négatif d’alimentation du circuit intégré. Les broches peuvent aussi rester libres (non soudées) car le codage est à trois voies (ou trois niveaux logiques, haut, bas, ouvert) : le circuit intégré, disposant de neuf extrémités d’adressage, peut donc produire 19 683 combinaisons.
La sor tie du circuit intégré de codage (broche 15) est directement reliée à l’entrée du module émetteur : ce dernier accepte seulement des signaux numériques, c’est-à-dire des trains d’impulsions d’ondes carrées et le type de modulation est du type “On-Off-Keying”, soit tout ou rien. Quand en entrée se trouve un niveau logique haut, le signal radio de 433,92 MHz est disponible en antenne, alors qu’avec un signal d’entrée de zéro volt, l’émetteur ne produit aucune porteuse. L’utilisation de ce petit module, l’élimination du dipswitch et le montage vertical de certains composants permettent la réalisation d’un émetteur très compact pouvant être facilement logé dans le boîtier du récepteur de la barrière.
Quant à la broche 14 d’habilitation du circuit intégré de codage, nous le voyons, elle est reliée à la masse : ainsi, dès la mise sous tension de l’émetteur (il faut mettre à profit le relais pour réaliser l’interrupteur d’alimentation), la porteuse modulée par le code est produite. Si bien qu’au repos la consommation de l’émetteur est nulle. Cela permet en outre de coupler l’émetteur codé à de nombreux autres systèmes, pourvu qu’ils soient dotés d’une sortie à relais (voir figure 10). Attention, la tension utilisée doit obligatoirement être continue. En effet, l’alimentation pour le TX est prélevée directement sur la source d’alimentation au moyen du contact d’un relais : si le circuit de l’émetteur à infrarouges peut être alimenté indifféremment en alternatif ou en continu, il n’en est pas de même pour l’émetteur radio lequel, en utilisant cette connexion, se verrait appliquer la même tension qu’à la barrière.

Figure 7 : Schéma électrique de l’émetteur radio pour barrière à infrarouges.

Liste des composants de l’émetteur radio pour barrière à infrarouges
R1 ......... 47 kΩ
R2 ......... 100 kΩ
C1 ......... 100 nF multicouche
C2 ......... 4700 pF céramique
C3 ......... 100 nF multicouche
C4 ......... 220 μF 16 V électr.
D1 ......... 1N4007
U1 ......... TX-4MSIL
U2 ......... MC145026P
U3 ......... 78L05

Divers :
1 ........... support 2 x 8
Sauf spécifi cation contraire, toutes les résistances sont des 1/4 W à 5 %.


Figure 8a : Schéma d’implantation des composants de l’émetteur radio pour barrière à infrarouges.

L’émetteur radio est véritablement très simple : le circuit utilise un circuit intégré codeur, un module TX Aurel et quelques rares composants externes. Pas de poussoir d’habilitation de l’émission car dès que le circuit est alimenté, il entre en fonctionnement.
Pour entrer le code, il suffi t de souder les broches 1 à 7 et 9 à 10 au positif ou au négatif. Le code étant à trois états, il est possible de ne pas souder la broche.
Afi n de rendre l’opération plus simple, le circuit imprimé est conçu de manière à pouvoir exécuter ces connexions avec une goutte de tinol.
Les dimensions très réduites (25 x 25 mm) et la simplicité de fonctionnement permettent d’utiliser cet émetteur couplé avec n’importe quel appareil électronique distant.

Figure 8b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de l’émetteur radio pour barrière à infrarouges.

Figure 9 : Photo d’un des prototypes de la platine de l’émetteur radio pour barrière à infrarouges.

La réalisation pratique
Afin de rendre le système moins encombrant, les circuits de la barrière sont réalisés avec des composants CMS (voir figures 3 et 6) : exécutez les soudures avec un soin particulier (sous une loupe éclairée de labo si possible) et en vous servant d’un petit fer à pointe fine. Trois petits circuits imprimés sont donc à réaliser. Un double face à trous métallisés pour l’émetteur à infrarouges (la figure 2b-1 et 2 en donne les dessins à l’échelle 1), un double face à trous métallisés également pour le récepteur à infrarouges (dessins figure 5b-1 et 2) et enfin un simple face pour l’émetteur radio (dessin figure 8b). Soudez d’abord les CMS puis les traditionnels. Une lentille a été prévue, aussi bien sur l’émetteur que sur le récepteur à infrarouges.
Les boîtiers utilisés (voir figures 2 et 3 et les photos de début d’article) comportent un mécanisme particulier permettant d’orienter la platine (réceptrice et émettrice) sur les deux axes à 180°, ce qui facilite grandement l’opération d’alignement. Après avoir installé la platine dans son boîtier, sélectionnez avec J2 du récepteur le type de contact de relais qui vous intéresse. En outre, si vous prévoyez une alimentation en 24 Vac et si vous voulez utiliser le circuit de synchronisme, fermez J1.

Figure 10 : Comment relier la barrière à infrarouges à l’émetteur radio.

Le dessin de gauche montre comment relier l’émetteur radio à la sortie du récepteur de la barrière à infrarouges (il faut alimenter le tout en 12 V continu), celui de droite montre comment connecter l’alimentation de l’émetteur à infrarouges.

Figure 11 : Le réglage des cavaliers.

Le cavalier J1 présent sur l’émetteur comme sur le récepteur permet (quand il est fermé) de synchroniser le fonctionnement de la barrière à infrarouges. Le système est en fait éteint 50 fois par seconde, ce qui correspond à la demi-onde positive ou négative de la tension alternative d’alimentation. J2 (seulement sur le récepteur) permet de choisir l’état des contacts du relais de sortie au repos.

Figure 12 : Pour utiliser le synchronisme.

Quand plusieurs barrières sont utilisées en cascade il est conseillé d’activer le synchronisme afi n d’éviter les interférences.
Dans ce cas il est indispensable d’alimenter le système avec une tension alternative activant alternativement l’une puis l’autre barrière pour peu que les liaisons indiquées par ce schéma soient respectées.

Les essais
Ils sont très simples : après avoir alimenté l’émetteur et le récepteur, alignez-les pour que LD1 s’éteigne (elle s’allume quand le faisceau est coupé pour une raison quelconque et en même temps le relais de sortie change d’état). Si vous décidez de monter l’émetteur radio, reliez-le (voir figure 10) et assurez-vous que le code paramétré sur l’émetteur est bien le même que sur le récepteur (ce dernier se trouve dans la centrale). Si vous utilisez plusieurs barrières (voir figure 12), paramétrez des codes différents pour distinguer les différents émetteurs, par contre si vous souhaitez que toutes les barrières utilisent une seule entrée radio paramétrez le même code.