Un récepteur universel pour radiocommande

Ici nous utilisons une fois de plus un module hybride Aurel pour réaliser, avec très peu de composants autour, un RX de radiocommande on-off à deux canaux capable de travailler avec les anciens codes à 12 bits comme avec les plus sécurisés, ceux qui répondent au protocole KeeLoq. On peut monter un module hybride AM ou FM, en fonction des prestations que le contrôle à distance doit assurer.



Caractéristiques techniques
- Fréquence de travail : 433 MHz
- Canaux : 2 (fonctionnement monostable)
- Codage : 12 bits ou KeeLoq (avec auto-apprentissage)
- Émetteurs à associer : 60 max
- Alimentation : 12 Vdc
- Poussoirs pour activation manuelle relais
- Possibilité d’utiliser des modules radio différents :
     • BCNBK (superréaction AM)
     • RXAM4SF (superhétérodyne AM)
     • RX4M50FM60SF (superhétérodyne FM)

Presque tous les appareils audio/vidéo sont équipés d’une télécommande presse-bouton mais, pour allumer/éteindre le lustre de la pièce, nous nous levons encore de notre fauteuil. Heureusement, l’électronique est là pour aider ceux qui voudraient aller plus loin dans le confort de la commande à distance : la radiocommande permet cela, elle n’oblige pas à viser le capteur de l’appareil à contrôler et elle passe à travers les murs.

Notre réalisation
Cet article vous propose de construire un récepteur universel de radiocommande à deux canaux : universel, d’abord car il permet de monter comme étage radiorécepteur plusieurs types de modules hybrides Aurel, que vous pourrez choisir en fonction des prestations que vous attendez (superréaction ou superhétérodyne, AM ou FM).
Par exemple, si la zone où vous voulez opérer est particulièrement brouillée, vous choisirez un module radiorécepteur superhétérodyne ; si le plus important pour vous est l’économie, vous prendrez un radiorécepteur AM à superréaction.
Bien sûr, en fonction de ce choix, vous devrez choisir un émetteur de poche correspondant.
Universel, ensuite en terme de codage/ décodage : évidemment, TX et RX doivent utiliser le même type de code, mais notre circuit utilise un décodeur à auto-apprentissage du code, capable de fonctionner avec les systèmes à 12 bits (ceux avec dip-switch) comme avec le codage KeeLoq de Microchip.
Dans ce cas nous pourrons mémoriser dans le décodeur les codes de 60 (au maximum) émetteurs différents.
Dans la première hypothèse en revanche le nombre d’émetteurs utilisables est pratiquement infini car il suffira de paramétrer sur les divers émetteurs le code utilisé dans l’émetteur avec lequel on a fait l’autoapprentissage.
Les deux systèmes ne peuvent pas fonctionner en même temps et par conséquent il est nécessaire de choisir entre les deux possibilités.
Les dimensions réduites du récepteur permettent de l’insérer à l’intérieur des appareils à contrôler.
Deux micropoussoirs supplémentaires permettent d’actionner localement, quand cela est nécessaire, les relais de sortie ; rien n’interdit également de mettre en parallèle (ou à la place) de ces micropoussoirs les interrupteurs domestiques existants. Vous voyez qu’ici le terme «universel» n’est pas vain ! Ce récepteur de radiocommande pourra être utilisé pour actionner des serrures électriques, des ouvertures de portes et portails en tous genres, des électrovannes d’arrosage, des systèmes d’alarme antivol ou des installations de vidéosurveillance, etc.
Quelles que soient vos exigences, ce récepteur de radiocommande pourra les satisfaire : il est facile à réaliser et à installer, il est fiable et, tout petit, il trouvera sa place partout.

Le schéma électrique

Figure 1 : Schéma électrique du récepteur universel de radiocommande.

Le schéma électrique de la figure 1 est extrêmement simple mais on peut tout de même y distinguer plusieurs blocs bien distincts :
• récepteur RF (U2) : choix possible entre AM ou FM ; son rôle est de démoduler ce que le TX transmet ;
• circuit de décodage (U1), fournissant les informations de commande et les transférant aux charges à activer ;
• interfaces de puissance et de gestion des appareillages ;
• étage d’alimentation.

Le module hybride U2 reçoit sur la broche 3 (antenne) le signal RF produit par l’émetteur, le démodule et l’achemine sur la broche 14. Pour la section réception, il est possible d’utiliser trois modules hybrides différents (ils ont le même brochage et fonctionnent avec la même tension d’alimentation) : les modèles BCNBK, RXAM4SF et RX4M50FM60.
Le rôle de ces modules est simplement de convertir en une séquence de niveaux logiques 0 et 1 le signal reçu : en fait, sur la broche 14, nous trouvons le même flux que celui produit par le codeur du TX. Les données démodulées par U2 sont ensuite appliquéesà la broche 2 (IN) du décodeur U1. Quand la phase de décodage est terminée, ce qui reste est l’information représentée par les deux états logiques qui vont contrôler les deux sorties CH1 (broche1) et CH2 (broche 3).
Le courant disponible sur les sorties n’est pas suffisant pour piloter directement les deux relais de puissance ; il est par conséquent nécessaire de recourir à deux transistors. U1, à travers les réseaux de polarisation R4/R5 et R2/R3, pilote les transistors T2 (BC547) et T1 (BC557) lesquels, à leur tour, commandent les relais RL2 et RL1. Les contacts des relais sont normalement ouverts et reliés aux bornes OUT1 et OUT2.
D1 et D2 protégent T1 et T2 des surtensions dues à la composante inductive de la bobine du relais correspondant.
Les deux relais, en l’occurrence : TX avec batterie déchargée, défaillance de ce dernier, etc., peuvent être activés manuellement au moyen des poussoirs P1 et P2. Le récepteur nécessite une tension d’alimentation de 12 Vdc et un courant maximal de 100 mA ; pour les applications portables on pourra utiliser une pile ou une batterie rechargeable et en fixe une petite alimentation bloc secteur 230 V.
Le 12 V d’entrée alimente directement les relais de puissance et la partie restante du circuit est alimentée avec une tension de 5 V stabilisés obtenue grâce au réseau correspondant à la zener DZ1.
Le condensateur C2 de 470 μF s’occupe du filtrage des composantes basse fréquence présentes sur la ligne d’alimentation et C1 de 100 nF, filtre les perturbations dues aux fréquences les plus élevées, provenant, par exemple, de la commutation des relais et des étincelles se produisant sur ses contacts mais aussi lors de la mise sous tension des tubes au néon.

Figure 2a : Schéma d’implantation des composants du récepteur universel de radiocommande.

Figure 2b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du récepteur universel de radiocommande.

Figure 3 : Photo d’un des prototypes de la platine du récepteur universel de radiocommande.

Figure 4 : Un exemple de TX porte-clés parmi ceux qui peuvent servir à attaquer le récepteur universel de radiocommande décrit dans cet article.

Il s’agit d’un décodeur spécifique pour HCS301 (en plus des codes à 12 bits type MM53200) avec deux sorties pour la commande de relais. Il s’agit d’un petit circuit CMS de 24 x 18 mm, à 5 broches S.I.L. au pas standard 2,54 mm utilisés pour les connexions avec l’extérieur : le positif d’alimentation, la masse commune, l’entrée des données et les sorties CH1 (photo-isolées) et CH2 (TTL-compatible).
Il s’agit d’un étage décodeur simple monté à la sortie de l’étage radiorécepteur et qui est compatible avec la plupart des récepteurs Aurel. Il contient un microcontrôleur PIC12C509 CMS programmé avec le logiciel nécessaire pour déchiffrer les signaux envoyés par le mini émetteur à codeur HCS301 (pour cela il contient l’algorithme KeeLoq) ; à ce propos, il va de soi que le TX de poche comme le décodeur doivent contenir le même Manufacturer Code. Dans le décodeur on trouve aussi une mémoire série EEPROM, de type 24C08, dans laquelle le microcontrôleur écrit les codes fixes reçus durant la phase d’auto-apprentissage, de sorte que son logiciel permet de le coupler à 60 TX différents (maximum), à condition toutefois qu’ils aient tous le même Manufacturer Code. Les cinq broches du décodeur sont IN, CH1,CH2,+5V et GND, les autres contacts étant utilisés pour la programmation en usine relative à l’écriture du Manufacturer Code et du programme résident avec l’algorithme KeeLoq. L’entrée IN est celle où arrivent les données sortant de l’étage radiorécepteur Aurel, lequel peut appartenir à n’importe quel type (RF 434/868 MHz, modulation AM/FM), à condition qu’il accepte une largeur de bande d’environ 2 400 bps et des impulsions au format TTL.
L’alimentation doit être rigoureusement stabilisée à 5 Vcc. La sortie de commande CH fonctionne en mode "sink", par conséquent si elle est activée elle met à la masse : c’est pourquoi la charge est à appliquer entre elle et le positif d’alimentation.
CH1, photo-isolé, accepte aussi la connexion de charges alimentées sous plus de 5 V (jusqu’à environ 50 V) et CH2 n’accepte pas plus de 6 à 7 V en «pull-up». La sortie CH2 est normalement "basse" et devient "haute" quand le code correspondant est reconnu. Le dip-switch à deux micro-interrupteurs permet de sélectionner le mode de fonctionnement (voir Tableau), c’est-à-dire de choisir le type de décodage (12 bits ou Keeloq). Le poussoir en haut à gauche sert durant la phase d’autoapprentissage des codes.
Figure 5 : Le décodeur MA4.

Figure 6 : Photo d’un des modules hybrides Aurel pouvant être utilisés pour réaliser ce récepteur universel de radiocommande (il s’agit d’un superhétérodyne FM de haute sensibilité).

Figure 7 : Couplages matériels possibles.

Codeur HCS301 Microchip et décodeur MA4
Au fil des ans les radiocommandes ont pas mal évolué dans le sens d’une plus grande sécurité. A l’origine, une porteuse radio commandait à un récepteur d’activer une sortie (voir Guglielmo Marconi allumant à distance les lumières de Sydney) mais, avec la prolifération des contrôles à distance, le risque d’interférences s’est nettement accru. D’où la nécessité d’implémenter des systèmes de codage plus ou moins complexes.
Les premiers étaient à codes fixes : cela permettait bien d’éviter les interférences mais pas les interceptions (malveillantes).
Avec les codes actuels à "rolling code", c’est-à-dire à codes variables, cet inconvénient aussi a été supprimé : le "train de données" engendré par le TX varie à chaque fois en fonction d’un algorithme pseudo-aléatoire. Ainsi, seul un récepteur connaissant cet algorithme peut décoder le signal. Et bien entendu, plus la composante variable du flux est longue, moindre est le risque d’interférence et d’interception.
Microchip a implémenté depuis quelques années la méthode de codage la plus sûre qui soit : KeeLoq. Le circuit intégré HCS301 est un codeur Keeloq utilisé dans les émetteurs et le décodeur MA4 Aurel a été réalisé pour un couplage optimal. Il est construit sur un circuit imprimé de 24 x 18 mm avec 5 broches au pas de 2,54 mm. Ce décodeur intègre un microcontrôleur PIC12C509 programmé avec l’algorithme KeeLoq ; il est en outre doté d’une EEPROM interne dans laquelle il mémorise, par auto-apprentissage, jusqu’à 60 émetteurs à deux canaux différents. A ce propos, rappelons que tous les émetteurs et le décodeur MA4 doivent être programmés avec le même Manufacturer Code.
Nous avons dit déjà que le récepteur à deux canaux peut travailler en AM ou en FM, selon le module hybride RF choisi (U1).
Le Tableau de la figure 7 donne les cinq combinaisons possibles pour ce montage, du plus simple, utilisant un module AM à superréaction, au plus performant, où on monte un RX superhétérodyne FM.

La réalisation pratique
La réalisation pratique de ce récepteur universel de radiocommande ne présente aucune difficulté de quelque sorte que ce soit. La platine est constituée d’un circuit imprimé simple face, dont la figure 2b donne le dessin à l’échelle 1. Commencez par souder le «strap» en haut à gauche de la petite platine : un reste de queue de composant fera l’affaire. Insérez et soudez ensuite tous les composants (comme le montrent les figures 2a et 3), en commençant par les résistances : elles sont montées debout en trombone, sauf R1 classiquement couchée.
Poursuivez avec les diodes D1 et D2, bagues orientées vers le centre de la platine et DZ1, bague vers le module U1. Montez C1 et C2, le + de ce dernier étant vers C1/U1. Montez les transistors T1 et T2, sans les intervertir et méplats vers le haut. Montez les deux micropoussoirs. Montez les deux relais et les trois borniers.
Il ne vous reste qu’à monter les deux modules, debout, composants vers l’extérieur pour U1 et vers l’intérieur pour U2.
Soudez un brin d’antenne de 175 mm (un morceau de fil de cuivre isolé) au point ANT, en bas à gauche. Une fois tout vérifié plusieurs fois (ni court-circuit entre pistes ou pastilles ni soudure froide collée), vous allez pouvoir procéder à l’auto-apprentissage (c’est-à-dire au couplage entre le récepteur et l’émetteur ou les émetteurs).

L’auto-apprentissage
Il ne nous reste qu’à mettre le récepteur sous tension et à vérifier si tout fonctionne correctement. Tout d’abord, procédons à l’effacement de la mémoire du décodeur MA4, qui pourrait contenir des données de test perturbant nos premiers essais. Pour ce faire, pressez et maintenez pressé le petit poussoir monté sur le module MA4 pendant plus de trois secondes : la LED rouge indique, en s’allumant/s’éteignant, que l’effacement a bien eu lieu.
Pour coupler les TX il faut d’abord décider avec quel type d’émetteur on veut travailler : avec code à 12 bits ou bien avec protocole HCS. En fonction de ce choix nous devons régler le micro-interrupteur du MA4 comme le montre la figure 5. Pour mémoriser un émetteur, il est nécessaire de presser à nouveau le petit poussoir du MA4 (cette fois moins de trois secondes) et d’obtenir ainsi l’allumage de la LED : nous avons alors quatre secondes pour presser le poussoir du premier canal du TX.
Relâchons le poussoir quand la LED s’éteint et pressons-le à nouveau afin de vérifier que le relais colle bien et que le canal a été mémorisé. La séquence de couplage sera ensuite répétée à l’identique pour la seconde touche du TX. Si nous pressons maintenant la touche 1 ou la touche 2 de la radiocommande, nous entendons le relais correspondant coller.
Pour coupler d’autres TX, reprenez la procédure que l’on vient de décrire ; dans le cas d’un code à 12 bits, paramétrez le dip-switch comme dans le premier TX mémorisé. Installez la platine dans (ou près de) l’appareil à commander (dans un boîtier électrique mural, par exemple), en fonction de sa destination.