Figure 1 : Schéma électrique de l’émetteur à infrarouges.
Figure 2 : Schéma électrique du récepteur à infrarouges.Le montage proposé est une barrière à infrarouges à usage général que vous pourrez installer partout où vous voulez détecter un passage. Le mini-émetteur est doté de deux LED et le récepteur déclenche un buzzer piézoélectrique quand sa photodiode ne détecte plus la lumière IR émise par les LED. Tel quel le système fonctionne comme simple avertisseur, mais en prélevant le signal commandant le buzzer on peut, par l’intermédiaire d’une interface à relais, déclencher un automatisme d’ouvre-porte (ou équivalent) ou un autre type d’avertisseur (optique, acoustique, etc.). Votre barrière IR sera donc tout à fait personnalisable. Mais analysons d’abord les deux unités.
Les schémas électriques
L’émetteur
Commençons, fi gure 1, par l’émetteur : devant produire la lumière infrarouge, il est constitué de deux LED IR pilotées par impulsions au moyen d’un multivibrateur astable dont une sortie fournit le signal rectangulaire d’environ 5 kHz à T3. Le collecteur de ce dernier alimente les LED émettant les rayons infrarouges. Afi n de fournir la forme d’onde nécessaire pour produire les impulsions IR, on a choisi un multivibrateur à transistors essentiellement par simplicité et économie : les réseaux R/C de temporisation font que les transistors conduisent l’un après l’autre (un seul à la fois, quand l’un est saturé l’autre est en interdiction).
C’est ce qui détermine, sur le collecteur de T2, les impulsions rectangulaires de 5 kHz. L’émetteur est alimenté par une pile 6F22 de 9 V mais une prise d’alimentation externe est prévue également : D1 protège le montage contre les inversions de polarité et un interrupteur M/A SW1 est monté sur la cathode afi n de pouvoir allumer ou arrêter le TX sans enlever la pile ou débrancher l’alimentation.
Le récepteur
Le schéma électrique du RX, fi gure 2, est légèrement plus complexe. Quand les rayons IR du TX frappent directement la surface sensible du phototransistor T1 à partir d’un lieu distant de moins de quatre mètres, T1 conduit car les charges libérées par la jonction base-collecteur (à cause de l’illumination de sa surface photosensible par les rayons IR) sont suffi santes pour que le courant de collecteur s’écoule. Une chute de tension notable aux extrémités de R1 s’ensuit, mais pas une différence de potentiel continue : en effet, comme les LED émettent cycliquement, pilotées par un signal rectangulaire, sur le collecteur du phototransistor se trouve un signal à peu près égal. Pour être tout à fait exact, c’est une séquence d’impulsions rectangulaires avec des fronts de montée et de descente émoussés. Cette composante unidirectionnelle est découplée du continu par C1 et atteint l’entrée inverseuse de l’amplifi cateur opérationnel IC1A, qui l’amplifi e environ 100 fois et qui inverse sa phase et sa polarité. À travers C2, la forme d’onde atteint le deuxième amplificateur opérationnel IC1B, monté en redresseur : ceci permet d’inverser à nouveau le signal et d’en obtenir la composante continue, ensuite lissée par l’électrolytique C3 et dont l’amplitude est proportionnelle à celle de la tension pulsée présente entre le collecteur de T1 et la masse. Comme cette dernière dépend essentiellement de la distance à laquelle se trouvent les LED de l’émetteur, il va de soi que si l’on éloigne trop le TX le potentiel fi nira par être insuffi sant.
Mais insuffi sant, pourquoi ? C’est simple : pour dépasser le seuil de tension paramétré par le pont R9/R10/R11 sur l’entrée non inverseuse du troisième amplifi cateur opérationnel IC1C monté en comparateur et qui compare le potentiel redressé avec la tension de référence du pont. Quand le premier dépasse la seconde, c’est-à-dire lorsque le récepteur capte suffi samment les rayons infrarouges de l’émetteur, le comparateur met sa sortie au niveau logique bas, ce qui interdit T2 et laisse le buzzer muet.
En revanche quand le phototransistor ne capte pas les rayons infrarouges (à cause de sa distance excessive aux LED ou de leur coupure par un objet quelconque) la tension redressée devient très basse ou nulle et la tension de référence est plus élevée : la sortie du comparateur passe au niveau logique haut et la base de T2 reçoit le courant nécessaire à sa conduction, le collecteur alimente alors BUZ1 qui émet sa note acoustique d’alarme. Donc, chaque fois que le buzzer sonne, cela veut dire qu’une personne ou un objet a franchi la barrière IR. Le buzzer sonne continûment même pendant la phase d’alignement et de positionnement des deux unités, au moment de l’installation, jusqu’à ce que l’alignement exact et la distance optimale aient été trouvés. Pour faire cesser l’alarme acoustique, il suffi t d’ouvrir l’interrupteur en série dans la branche positive d’alimentation et de le refermer quand l’installation des deux unités est complète.
À propos de l’alimentation, rappelons que le circuit fonctionne sous 9 V (pile ou alimentation extérieure bloc secteur 230 V), tension à fournir aux points SK3 ou SK2 : D1 ne permet le passage du courant que dans un sens et protège donc le montage contre toute inversion de polarité.
Pour fi nir, l’amplifi cateur opérationnel IC1D est monté en “buffer” (tampon) : son entrée non inverseuse est polarisée par la chute de tension présente aux extrémités de R11 servant à polariser aussi IC1A et IC1B en leur fournissant la tension de référence nécessaire pour que le circuit intégré dans sa totalité fonctionne en tension simple au lieu de double symétrique. Cela permet de fi xer, au repos, les sorties des amplifi cateurs opérationnels au même niveau, ce qui autorise des excursions positives et négatives du signal.
Figure 3a : Schéma d’implantation des composants de l’émetteur.
Figure 3b : Schéma d’implantation des composants du récepteur.
Figure 3c : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de l’émetteur.
Figure 3d : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du récepteur.
Figure 4 : Photo des prototypes de l’émetteur et du récepteur à infrarouges.Bien entendu, le rayon matérialisé en rouge sur cette illustration, est invisible !
Liste des composants ÉMETTEUR IR
R1 .............. 1 kΩ
R2 .............. 100 kΩ
R3 .............. 100 kΩ
R4 .............. 1 kΩ
R5 .............. 1 kΩ
R6 .............. 82 Ω
C1 .............. 1,5 nF
C2 .............. 1,5 nF
D1 .............. 1N4007
LD1 ............ LED IR
LD2 ............ LED IR
T1............... BC547
T2............... BC547
T3............... BC547
Divers :
1 .. interrupteur à glissière pour circuit imprimé
1 .. prise d’alimentation
1 .. porte-pile 9 V
3 .. vis autotaraudeuses 5 mm
Liste des composants RÉCEPTEUR IR
R1 ............ 10 kΩ
R2 ............ 1 kΩ
R3 ............ 1 kΩ
R4 ............ 100 kΩ
R5 ............ 1 kΩ
R6 ............ 10 kΩ
R7 ............ 100 kΩ
R8 ............ 100 kΩ
R9 ............ 330 kΩ
R10 .......... 330 kΩ
R11 .......... 470 kΩ
R12 .......... 1 kΩ
R13 .......... 1 kΩ
C1 ............ 47 nF
C2 ............ 47 nF
C3 ............ 2,2 μF 50 V électr.
C4 ............ 2,2 μF 50 V électr.
C5 ............ 1000 μF 16 V électr.
D1 ............ 1N4007
D2 ............ 1N4007
D3 ............ 1N4007
LD1 .......... LED rouge 3 mm
T1............. phototransistor
T2............. BC547
IC1 ........... LM324
BUZ1 ........ buzzer avec élec.
Divers :
1 .. support 2 x 7
1 .. interrupteur à glissière pour circuit imprimé
1 .. prise d’alimentation
1 .. porte-pile 9 V
2 .. vis autotaraudeuses 5 mm
La réalisation pratique
Une fois les deux circuits imprimés du TX et du RX réalisés, on monte tous les composants en regardant fréquemment implantation et liste des composants.
Faites votre choix pour l’alimentation : pile 6F22, batterie rechargeable ou alimentation bloc secteur et reliez-la aux points SK3 ou SK2. Les interrupteurs sont à glissière et le buzzer est avec électronique incorporée.
