Montage d'un detecteur de mensonge

1. Introduction
1) Utilisation du montage
Ce montage est comme son nom l’indique un détecteur de mensonge. Sans rentrer dans les détails, il s’agit plus d’un détecteur d’émotivité car la résistivité de la peau varie en fonction de l’émotion (si elle est recouverte plus ou moins forte de sébum), il y a bien sur quelques réglage a faire car chaque personne a une peau et une résistivité différentes. Ce montage n’est pas ne permet pas de détecter si une personne ment à 100% mais a le mérite d’être simple, la détection dépend surtout de la mise en situation de la personne testée. Ce montage possède aussi  2 parties une visualisation sur un bar graphe  à leds ou une visualisation avec une connexion éventuel sur un pc.

2) Coût
3) Cahier des charges
Réaliser un montage qui sert de détecteur de mensonge fonctionnant sur le secteur. Le montage possède deux affichages pour identifié le mensonge : un bar graphe à leds, et un affichage sur un écran de pc en utilisant le port série comme moyen de transmission.


4) Schéma de base









5) Difficulté spécifique au montage
J’ai eu du mal à bien comprendre comment marcher exactement le montage.
Au début je pensais que mon projet ne marche mais c’était plus un problème de réglage. 

Puis viens les problèmes de communication avec le port RS232 (port série) que j’ai vite résolu.

2.  Dossier scolaire
1) Analyse détaillée du fonctionnement
A. Comment ça marche ?
L’humidité de la peau d’une personne varie en fonction de ses émotions et ce qu’elle dit et pense (si elle ment ou pas). Grâce au détecteur de mensonge, on va faire varier un affichage à leds quand la résistivité de la peau varie. Pour ce qui est de la partie sur pc (port RS232), on va injecté un signal a une certaine fréquence et  le signal a la base de doit varier aucunement entre les 2 sondes si les sondes sont court-circuitée le signal varie quelque peu si une personne a les sondes sur la peau le signal varie un peu plus et si la personne ment ce signal varie plus ou moins fortement (en fonction du mensonge).


B. Fonctions des composants
- Le TR1 : transforme la tension du secteur (230v) à 9V.
- Pont_diode : redresse la tension alternative sur deux alternances.
- C3-A : condensateur de filtrage pour les basse fréquence (470µF).
- C4-A : condensateur de filtrage pour les haute fréquence (470nF) quoique inutile car ici la fréquence sur l’alimentation ne dépasse pas le 50Hz.
- Régulateur : permet d’obtenir une certaine tension ici LM 317 dépend des valeurs des résistances R2-A et R3-A
- C1-A : condensateur de filtrage pour stabiliser la tension
- C2-A : condensateur de filtrage pour stabiliser la tension en sortie
- R1-A : résistance pour  fournir un courant suffisant pour la diode électroluminescente.
- D1-A : led pour indiquer le détecteur de mensonge est alimenté.
- X1 : bornier pour mettre les sondes.
- C3 : condensateur pour éviter un brusque changement de tension entre les 2 sondes.
- R1 : diminue la tension envoyée par la sonde 1.
- R2, R4 : permet d’envoyé un courant suffisant quand les électrodes sont au repos (en sonde en l’aide).
- RV1 : permet l’ajustage de la sensibilité (dépend surtout de la personne sur laquelle on a mis les sonde).
- T1, T2, R5, R3, R6 : montage amplificateur de courant.
- R14 : évite les parasites.
- D7 : diode zener donne une certaine tension minimum au LM3914.
- LM3914 : circuit intégré facilitant l’utilisation d’un « vu-mètre » à led.
- RV2 : limite le seuil maximum de du bar graphe.
- R15 : limite la tension
- R16 : limitation du courant pour toutes les leds 
- T3, R7, R10, R11, R9 : conversion de la tension mesurée en courant de charge.
- CD4538 : multivibrateur, ici le CI en possède 2 ils sont monté en boucle de telle sorte qu’il forme un oscillateur.
- C1, C2 : condensateurs utilisé pour déterminer la constante de temps.
- D3, D1, D4, D2 : empêche le signal de se « perdre ».
- R13, R12 : pont diviseur de tension.
- D6, C4, D5, C5 : protégé l’ampli opérationnel et assure un filtrage minimum
- LM741 : ampli opérationnel monté en comparateur
- X2 : port série


C. Rappels Théorique
Le transformateurs possède au moins 2 bobines enroulée sur un support ferromagnétique. 
Il permet d’obtenir une ou plusieurs tensions secondaires à partir d’une tension primaire.
On peut déterminer le nombre de spire en fonction des tensions connues en entrée et celle désirée en sortie.


Formule : V1 = (V2N2)/N1 ou N sont le nombre de spires et V, les tensions. 
Symboles : 


Le condensateur de filtrage est monté en parallèle avec la sortie du pont de diodes.
La présence du condensateur de filtrage permet de réduire fortement ("lisser") l'ondulation de la tension redressée.


Diverses formules permettent de calculer savamment la valeur d'un condensateur de filtrage.
En voici une, qui a le mérite de la simplicité:



L'illustration ci-dessus, permet de bien visualiser l'influence de la valeur de la capacité de filtrage. La tension au primaire du transfo (trace rouge) est redressée en double alternance. De la trace violette (à gauche) à la trace jaune (à droite), on double à chaque fois la valeur du condensateur de filtrage. On constate, chaque fois que cette valeur augmente, une très nette diminution de l'ondulation. A noter toutefois qu'une valeur de C très supérieure n'améliorerait pas énormément la trace jaune: le filtrage a malgré tout ses limites...

Pour une alimentation capable de délivrer un courant maximal de 1 ampère, on trouve en général une valeur théorique de l'ordre de 4700 µF. Dans la pratique, une valeur de 2200 µF, voire moindre, s'avère souvent suffisante si la tension de sortie n'est pas trop faible (plus elle est faible, plus l'ondulation doit être faible). Toutefois, si une certaine latitude est permise au niveau de la capacité, il faut impérativement que la tension de service du condensateur soit supérieure à la tension crête (maximale) aux bornes du transformateur.



Le montage d’un régulateur est très simple, la patte 1 est l’entrée, la patte 2 se branche à la
masse et la patte 3 est la sortie. 


Il faut éviter d’alimenter l’entrée avec une tension trop forte par rapport à la sortie pour éviter
qu’il ne chauffe pour rien, de préférence 2 à 4 volts en plus.

 
Pour un LM317, la tension de sortie choisie est définie pas les valeur de R1 et R2. 

La Formule permettant de calculée la tension de sortie se trouve en dessous du schéma. Il est possible de définir une tension fixe si on met une résistance fixe à la place de R2.



               

Comme son nom l’indique mono stable ce circuit ne possède qu'un état dit stable on parle aussi de multivibrateur monostable .Ce circuit possède beaucoup de point communs avec la bascule, il est doté de deux sorties Q et /Q opposées et d’un entrée de déclenchement mais la différence vient qu’il ne reste à Q = 1 que pendant une durée T déterminée par la valeur des composants externes RX et CX.

Le circuit logique équivalent est formé de deux portes Non inverseuse, la résistance Rt et le condensateur Ct permettent de faire varier la durée T.

1. l’entrée E est à 0
2. I1 de P2 est à 1, I2 de P2 étant à 0 : la sortie de P2 (S) est donc à 0
3. I2 de P1 est donc à 0 et I1 étant à 0 : la sortie de P1 est à 1 ; la différence de potentiel aux bornes du condensateur Ct est faible ou nulle .L' état du monostable est stable S = 0.
4. Maintenant l’entrée E reçoit une impulsion de niveau HAUT ou 1, la sortie de P1 passe à 0.
Le condensateur fait passer l’information sur l’entrée I1 de P2.
5. La sortie de P2 passe à 1, I2 de P1 étant à 1 l’impulsion d’entrée n’a plus d’importance, la sortie de P1 est à 0
6. Le condensateur commence alors à se charger au travers de Rt, ainsi la tension de I1 monte.
7. Quand la tension atteint une valeur suffisante pour faire basculer la porte P2 la sortie S passe à 0 est le monostable se retrouve dans son état stable. 



                                        
Le LM3914, en boîtier DIL 18, fonctionne de la manière suivante: il compare une tension d'entrée à une tension de référence et affiche le résultat en allumant, au choix, une DEL parmi dix (mode DOT, point en anglais), ou les n premières DEL (mode BARGRAPH), et ce de manière proportionnelle au rapport entre la tension d'entrée et la tension de référence. Si la tension d'entrée est variable (et c'est là que le LM3914 montre toute son utilité), la variation se traduira par l'allumage ou l'extinction de DEL, selon une échelle linéaire. En définitive, on obtient un dispositif d'affichage analogique permettant de visualiser aisément la variation de la tension d'entrée.

Voici les principales caractéristiques du LM3914:

         •  pilote séparément 10 DEL ou un afficheur LCD 

         •  montage en cascade possible (jusqu'à 10 c.i.) 

         •  affichage en mode BAR ou DOT, au choix de l'utilisateur 

         •  échelle linéaire 

         •  V
interne de 1,25 V, ajustable par l'utilisateur jusqu'à 12 V 

         •  V
(alimentation) de 3 V à 25 V 

         •  supporte une tension d'entrée V
jusqu'à 35 V 

         •  entrée protégée contre tension inverse ou surtension
        •  courant de sortie régulé, de 2 mA à 30 mA (résistances de limitation I inutiles)


                                                          Le circuit intégré LM741 :

Un amplificateur opérationnel (AOP, ou OpAmp en anglais) est un circuit intégré dont la fonction de base est, comme son nom le suggère, l'amplification. Il est en outre "opérationnel" en ce sens qu'il permet de réaliser des fonctions de type "arithmétique" (inversion, addition, soustraction...). 

Un AOP est, à la base, un système amplificateur différentiel. Amplificateur et différentiel car il amplifie la différence des tensions appliquées sur ses deux entrées, souvent notées e+ (entrée dite "non inverseuse") et e- (entrée dite "inverseuse"). Le facteur d'amplification est appelé le gain.

On aura donc un composant comportant deux entrées et une sortie. En règle générale, les AOP requièrent une alimentation symétrique (positive et négative), mais certains modèles acceptent

une alimentation positive simple.

L'AOP est symbolisé par un triangle pointant à droite. Il comporte deux entrées et une sortie. Ici l'entrée notée e+ est dite non inverseuse et l'entrée notée e- est dite inverseuse. L'AOP amplifie la différence entre V1 et V2 par un facteur d'amplification, le gain, qui est constant.
L'alimentation de l'AOP est ici symétrique (+Vcc et -Vcc); une alimentation non symétrique reste souvent possible.

Voici, à titre documentaire, le schéma équivalent d'un AOP, le 741.On observera le montage particulier des transistors bipolaires en entrée (inverting et non inverting input pour "entrée inverseuse" et "non inverseuse"):

Principe de fonctionnement d'un AOP

Voyons concrètement ce qui se passe lorsque l'on applique des tensions continues V1 et V2 aux deux entrées d'un AOP.  

La figure ci-contre reprend les deux cas possibles d'alimentation de l'AOP, symétrique (à gauche) ou simplement positive (à droite).


L'AOP fonctionne, en fait, comme un comparateur: il compare V1 et V2, et de cette comparaison dépendra l'état, haut ou bas, de sa sortie (Vout). Ce que nous pouvons résumer à l'aide du tableau suivant:

En d'autres termes, on aura une sortie haute (proche de +Vcc) ou basse (proche de 0 ou de -Vcc).

On notera qu'il existe toujours une petite différence entre la tension disponible en sortie (output voltage swing, en anglais) et la tension d'alimentation. Cette différence fait partie des caractéristiques propres à chaque modèle d'AOP, mais elle reste en général très faible.

D. Calcul :
Calcul du condensateur de découplage pour l’alimentation (C3-A) :

étant donné que les valeur on été exagérée le  

courant aurai plus tendance à s’approcher de 100mA, un condensateur de 470µF fera l’affaire.

2) Simulation du logiciel ou rapport d’essai
A. Transistor T1
 Signal collecteur au collecteur de T1 prouvant que le montage est bien « auto oscillant »

 B. Transistor T2 
Signal collecté au collecteur de T2, signal ayant la même fréquence que le précédent mais
avec une plus petite échelle des tensions (échelle des X).

 C.   CI 4538 
 Signal pris a la patte 1 du 4538, c’est-à-dire après C1.

Signal récupéré a la patte 14 du 4538.
Après c’est différent graphique on peux voir que les différentes partie du signal sont bien récupérée.

Patte 6 du 4538, ici les électrodes sont hors de contact l’une de l’autre. 


 Ici c’est toujours la patte 6 mais avec les électrodes court-circuitées.

Ici aussi patte 6 mais avec un sujet on peut voir un changement quelque peu significatif et qui
se répète assez souvent mais il faut bien différencier celui la du graphique d’au dessus. C’est
pour cela qui est conseillé quand on applique les diodes sur l’individu de vérifier qu’elles ne
sont pas en court circuit.

3. Dossier de fabrication
 1) Analyse de chaque composant
- Le TR1 : transforme la tension du secteur (230v) à 9V.
- Pont_diode : redresse la tension alternative sur deux alternances.

- C3-A : condensateur de filtrage pour les basse fréquence (470µF).
- C4-A : condensateur de filtrage pour les haute fréquence (470nF) quoique inutile car ici la fréquence sur l’alimentation ne dépasse pas le 50Hz.
- Régulateur : permet d’obtenir une certaine tension ici LM 317 dépend des valeurs des résistances R2-A et R3-A
- C1-A : condensateur de filtrage pour stabiliser la tension
- C2-A : condensateur de filtrage pour stabiliser la tension en sortie
- R1-A : résistance pour  fournir un courant suffisant pour la diode électroluminescente.
- D1-A : led pour indiquer le détecteur de mensonge est alimenté.
- X1 : bornier pour mettre les sondes.
- C3 : condensateur pour éviter un brusque changement de tension entre les 2 sondes.
- R1 : diminue la tension envoyée par la sonde 1.
- R2, R4 : permet d’envoyé un courant suffisant quand les électrodes sont au repos (en sonde en l’aide).
- RV1 : permet l’ajustage de la sensibilité (dépend surtout de la personne sur laquelle on a mis les sonde).
- T1, T2, R5, R3, R6 : montage amplificateur de courant.
- R14 : évite les parasites.
- D7 : diode zener donne une certaine tension minimum au LM3914.
- LM3914 : circuit intégré facilitant l’utilisation d’un « vu-mètre » à led.
- RV2 : limite le seuil maximum de du bar graphe.
- R15 : limite la tension
- R16 : limitation du courant pour toutes les leds 
- T3, R7, R10, R11, R9 : conversion de la tension mesurée en courant de charge.
- CD4538 : multivibrateur, ici le CI en possède 2 ils sont monté en boucle de telle sorte qu’il forme un oscillateur.
- C1, C2 : condensateurs utilisé pour déterminer la constante de temps.
- D3, D1, D4, D2 : empêche le signal de se « perdre ».
- R13, R12 : pont diviseur de tension.
- D6, C4, D5, C5 : protégé l’ampli opérationnel et assure un filtrage minimum
- LM741 : ampli opérationnel monté en comparateur
- X2 : port série

2) Vue schématique issue du logiciel

 3) Vu du Board
A. Avec les composants

 B. Sans les composants


4) Typons
Voir annexe 

5) Câblage du périphérique 
Brancher le secteur, appliquer les diodes sur l’individu, si vous désirez un affichage sur PC brancher l’appareil sur le port série. 

6) Procédure de mise au point
Lors de l’application des électrode sur la personne mettez réglez les 2 potentiomètres. RV1 d’abord essayer le mettre plus au moins au milieu de l’affichage des leds c’est-à-dire à la 5ème allumée puis régler le second potentiomètre pour n’avoir plus que 2 a 3 led éteintes sur la droite.
 
7) Mesure essentiel pour expliquer le fonctionnement
Mesure faite avec ou sans individu et aussi avec les électrodes court-circuitées
 Patte 6 du 4538, ici les électrodes sont hors de contact l’une de l’autre.
On peut voir qu’il y a une tension d’a peu près 9V. C’est un état qui est stable

 Ici c’est toujours la patte 6 mais avec les électrodes court-circuitées.

 Ici on peut voir quand les diodes sont appliquée sur la personne, il y a une cassure brusque
dans le signal de sortie appliquée a l’ampli opérationnel. Si la personne ment cette « cassure »
aura tendance à revenir très souvent pendant un certain temps qui provoquera un changement
soudain sur l’ampli opérationnel. 

4. Manuel d’utilisation (notice de fonctionnement)
 1) Présentation du montage à un client
Vous avez envie de vous amusez ? Ou même de savoir qui vous ment.
Voilà un article simple et facile à utiliser chez soi et même sur son propre ordinateur. L’utilisation est même possible pour les PME ou même pour des grosse entreprise. Cet article n’est pas cher pour ce qu’il vous apporte et est assez efficace alors pensez à acheter notre détecteur de mensonge. 

 2) Présentation commerciale
 3) Mode d’emploi
Branchez votre appareil sur le secteur et sur la personne concernée, vérifier bien que les diodes ne soit pas en court-circuit. Etalonner les 2 potentiomètres (d’abord RV1 puis RV2). Ensuite que le détecteur soit le plus efficace possible vérifier que l’individu questionné soit calme. Enfin mettez la personne en confiance et veillez explicitez clairement vos questions et bien mettre dans le contexte la personne ce qui certifiera si elle ment vraiment ou pas.

 Précautions d’emploi : 
  Ne pas mouillé ou plongé dans l’eau

 4) Pannes et solution
 - Si la première led verte ne s’allume pas (celle le plus près du transformateur) : Vérifiez qu’il n’y est pas de court-circuit et que le circuit est bien alimenter.
- Si malgré le réglage des 2 potentiomètres aucunes leds ne s’allume : vérifié  que le CI 3914 est bien alimenté.
-  Il n’y  a pas de communications entre le détecteurs et l’ordinateur : vérifié le câble ou même l’ampli opérationnel vérifié que celui-ci est bien alimentait et que le programme est bien démarré

5) Coordonnée du service après vente
Saudemont Grégory
12, Rue de la Saulx
7600 Péruwelz
Téléphone : 0478/660971          email : macgregor81@hotmail.com

 5. Bibliographie et annexes 

 1) Ouvrage source du projet 
 www.hesit.be/files/info/2/1116850995-Projaa%20alaearo.pdf
Electronique pratique septembre 2004 numéro 286. 

2) Bibliographie
 
http://www.physique-appliquee.net/phyapp/transformateur/cours_transformateur.pdf
http://freelektronik.free.fr/LEKTRONIK/index(1).htm
http://www.electroniquepratique.com

3) Annexe ajouté au travail 
Typon.

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