Dans la gestion à distance par télécommande, filaire, radio ou infrarouges d’un dispositif quelconque, on doit tenir compte d’un problème préoccupant : comment avoir la certitude que la commande a bien été exécutée ? Ou bien, comment savoir si le dispositif à contrôler a été effectivement paramétré selon les spécifications transmises par l’émetteur ?
Dans le cas des appareils situés à portée de vue ou d’ouïe, on peut voir ou entendre que la commande a été exécutée : la lampe s’est allumée, le lave-vaisselle tourne, les volets montent ou descendent, etc. Il est en revanche bien plus difficile de savoir si un dispositif lointain a été ou non activé car il manque alors la confirmation visuelle ou auditive de bon aboutissement de la commande.
Notre réalisation
Pour pallier cette carence, nous avons conçu une radiocommande assez spéciale, capable de signaler, en face avant de l’émetteur, si chaque commande envoyée a eu, ou non, l’effet attendu : il s’agit d’une fonction utile et sûre car la réponse que le TX reçoit part directement de l’unité distante quand la commande a effectivement été exécutée par celle-ci. Et ce n’est pas tout : dans sa version de base, le système se compose d’un TX et d’un RX capables de gérer jusqu’à quatre dispositifs reliés à autant de sorties à relais.
Mais, à l’aide d’un ordinateur, il devient facile d’en étendre le champ d’utilisation : il suffit d’ajouter de nouveaux canaux et de transférer le contrôle à la fenêtre de dialogue d’un programme spécifique, avec lequel on puisse interroger le périphérique récepteur ou les différentes extensions.
Dans la version de base, le TX, équipé de quatre poussoirs (plus un pour la mise sous tension), envoie les commandes vers l’unité réceptrice : chaque commande, activée avec la touche correspondante, détermine dans le RX l’inversion de la condition du relais de la sortie concernée. En d’autres termes, en pressant une fois le relais s’excite, la fois suivante il se relaxe et ainsi de suite. Quand on a pressé le poussoir d’un canal, après une attente de quelques secondes, la LED qui lui est associée signale l’état de la sortie, confirmant ainsi l’exécution de la commande venant d’être transmise.
L’unité la plus complexe du système est sans aucun doute la base, car elle doit non seulement gérer l’envoi des commandes au récepteur, attendre les réponses et en tirer des conclusions, mais encore s’occuper de dialoguer avec l’ordinateur (par l’intermédiaire de l’interface à relier au port sériel RS232-C) quand, bien sûr, on veut lancer les commandes à partir d’un ordinateur ou gérer, en plus du récepteur, une, deux ou trois platines d’extension à 8 canaux.
Tout cela est l’apanage du microcontrôleur PIC16F876-EF476 déjà programmé en usine de façon à remplir les fonctions de commande et de vérification, en plus de la gestion de la communication avec l’ordinateur et de l’exécution des ordres envoyés par le logiciel tournant sous Windows.
Un détail est à noter : comme le dispositif peut fonctionner avec des piles, il a été prévu une routine de fonctionnement réduisant le plus possible la consommation. En d’autres termes, une fois alimenté, le TX reste en fonction 20 secondes après la dernière pression d’un poussoir. Par exemple, si on met sous tension et si on actionne ensuite la touche du canal 4, après intervention sur celle-ci une temporisation spéciale compte environ 20 secondes puis éteint l’émetteur.
Comment cela se produit-il ? Facile : le réseau correspondant aux transistors T1 et T2 (schéma électrique figure 6) est une sorte de circuit de mise sous tension à consommation nulle. Supposons que l’on mette sous tension à partir des points + et – PWR : nous voyons qu’au repos le circuit ne consomme pas de courant. En effet, T1 est interdit, ainsi que T2, le microcontrôleur ne reçoit aucune tension, il est donc totalement éteint. Si maintenant nous pressons P5, une tension positive arrive, à travers D1, sur le pont résistif R8/R9, ce qui détermine la polarisation directe de la jonction de base de T1 qui est saturé et qui établit, avec son propre collecteur, une tension de quelques centaines de millivolts sur R6. Cette situation oblige à la saturation le PNP T2 dont le collecteur alimente en courant le régulateur intégré U1. Ce dernier est un stabilisateur à faible “drop-out” (tension de déchet) : à peine 350 mV à 200 mA. C’est un MAX667 produit par MAXIM (figure 8) pour être employé dans les circuits alimentés par batterie quand on a besoin d’une tension particulièrement précise. La puce se prête à merveille à une utilisation portative car, en plus du fait qu’elle stabilise la tension à 3 V, elle donne un signal de “low batt” (batterie faible) quand elle considère insuffisante l’alimentation d’entrée : plus exactement, la broche LBO, normalement au niveau logique 1, passe au niveau logique 0 si la tension de la batterie (lue, dans notre cas, sur un pont résistif, par la broche LB1) faiblit en dessous d’une valeur réglable par R3/R4. La tension sortant de U1 alimente le microcontrôleur par l’intermédiaire de la broche 20 et le module RTX radio par les broches 3, 20 et 25 : le courant qu’il peut fournir (250 mA) est plus que suffisant pour faire fonctionner les deux.
Quand le microcontrôleur est alimenté, il procède avant tout à l’initialisation des I/O en paramétrant RB1, RB2, RB3, RB4 comme entrées (avec résistances de “pull-up” internes) pour la lecture des poussoirs de commande des quatre canaux, RB6, RB7, RC2 et RC5 comme sorties pour le contrôle des LED correspondantes, RC0 et RC1 comme sorties pour la gestion de la LED bicolore (la première allume la partie verte et la seconde la rouge) et RB0 comme “input” pour détecter la condition de batterie faible donnée par le MAX667. RA3 devient la sortie des données directes au RTX hybride U3 et RC3 est configurée comme “input” pour recevoir de ce même module les réponses concernant l’état de l’unité réceptrice. La ligne RA2 est configurée comme entrée pour lire la présence de l’interface avec l’ordinateur (nous verrons plus loin à quoi elle sert) et RA0 et RA1 deviennent respectivement une sortie et une entrée des données pour la communication avec l’ordinateur.
Quand l’initialisation est effectuée, donc, le microcontrôleur met sa broche 26 (RB5, configurée comme “out”) au niveau logique 1, de telle façon que (par l’intermédiaire de D3) la base du NPN T1 reçoive la tension nécessaire pour rester saturé, même si P5 est relâché. En effet, si l’on ouvre ce poussoir après quelques centaines de millisecondes, T1 et T2 restent en pleine conduction sous l’effet du potentiel que le PIC maintenant fournit à travers D3.
Notez que cette dernière et D2 servent à permettre l’alimentation de la base du NPN par l’intermédiaire de P5 ou la broche 26 du microcontrôleur, tout en évitant que la ligne RB5 ne soit endommagée si la touche est maintenue pressée. En outre, à partir de ce moment, la temporisation logicielle, que le PIC16F876-EF476 utilise pour décider quand il faut éteindre le circuit, commence à compter. Pour débrancher l’alimentation, le microcontrôleur laisse aller au niveau logique 0 sa broche 26, T1 ne recevant plus aucune tension est interdit, ainsi que le PNP T2 : ainsi le MAX667 ne reçoit plus de courant et n’alimente plus le reste du circuit. Précisons que la susdite routine d’auto-retenue et extinction temporisée n’est lancée que lorsque le circuit fonctionne sur batterie, c’est-à-dire s’il reçoit l’alimentation de la ligne PWR. Si, en revanche, elle est gérée par l’ordinateur, étant donné que l’interface spécifique de communication prévoit de lui fournir l’alimentation dont il a besoin par le contact 1 du connecteur RJ45 (dans ce cas D1 protège l’éventuelle pile reliée au + et – PWR), cela ne s’applique pas. En effet, après l’initialisation, avant de mettre la broche 26 au niveau logique 1, le programme teste la condition de la ligne RA2 : s’il la trouve au niveau logique 1, cela veut dire que la platine d’interface est connectée et que par conséquent, comme c’est à cette dernière d’alimenter l’unité émettrice, il ne faut lancer ni la routine d’auto-retenue ni le comptage du temporisateur d’auto-extinction.
Dès qu’il est mis sous tension, l’émetteur interroge l’unité réceptrice pour lui demander l’état des canaux. La LED bicolore donne des informations qu’il faut savoir interpréter : si le TX est allumé par le poussoir P5, LD5 émet une série d’éclairs verts et s’illumine ensuite en rouge pendant 2 secondes (pendant cette phase, l’émetteur envoie sa question au récepteur). Ensuite elle se colore en jaune (les deux broches 11 et 12 du microcontrôleur sont au niveau logique 1) pour indiquer l’attente de la réponse du RX, quand la réponse est reçue, l’émetteur fait clignoter rapidement en vert LD5, allume parmi LD1, LD2, LD3 et LD4 celle(s) qui correspond(ent) au(x) canal(aux) actuellement actif(s) du récepteur et retourne à la condition de repos (LD5 vert fixe).
En cas d’absence de réponse, le microcontrôleur retente encore deux fois puis, s’il ne reçoit aucune réponse (par exemple parce que le RX est hors de portée, éteint ou parce qu’il y a des perturbations empêchant la communication), il laisse les quatre LED éteintes et, au lieu de faire clignoter LD5 en vert et de retourner au repos, il la fait clignoter en rouge pour indiquer l’état d’erreur. Cette condition demeure jusqu’à ce que la liaison ait été réinitialisée ou jusqu’à l’écoulement d’un délai de 20 secondes. Pour retenter une liaison, il suffit de tenir pressé au moins 3 secondes l’une quelconque des quatre touches des canaux : dans ce cas, le microcontrôleur répète la séquence de liaison depuis le début.
Jusqu’ici nous avons vu les phases de mise sous tension de l’émetteur, voyons maintenant ce qui se passe en revanche quand on utilise la radiocommande en mode normal. Quand on actionne l’une des touches de commande, le microcontrôleur prépare un flux d’informations qu’il transmet sériellement par la ligne RA3 avec laquelle il pilote la broche d’entrée 4 du module hybride RTX U3. C’est un des derniers AUREL, le RTXRTLP434, conçu pour fonctionner sous 3 V et donc prévu pour être alimenté sur piles ou batteries. Normalement le module est en réception (antenne commutée à l’entrée du récepteur lequel est toujours allumé pour limiter à 0 le temps de réponse), mais s’il reçoit au moins une commutation sur l’entrée des données, le commutateur connecte la broche 10 à la sortie du TX, pour, ensuite, la restituer à l’entrée du RX quand le flux de données sur la ligne IN (broche 4) cesse.
Le flux de données que le microcontrôleur transmet sur la ligne RA3, donc, module en amplitude la porteuse 433,92 MHz produite par l’oscillateur de la partie émettrice du module hybride : il en sort un signal radio passant par le commutateur d’antenne pour être ensuite rayonné par celle-ci dans l’espace et atteindre l’unité distante réceptrice. Le flux est répété pendant environ 2 secondes, puis la broche 5 du PIC reprend le niveau logique 0 et, dans cette condition, U3 déplace l’antenne sur l’entrée du récepteur dans l’attente du signal de réponse provenant de l’unité distante.
La LED bicolore devient jaune.
Si la réponse arrive, les données, obtenues en démodulant et en mettant en quadrature la composante extraite par le RX du module, sortent de la broche 24 (OUT) pour atteindre la ligne RC3 du microcontrôleur. L’état reçu, affiché par LD1, LD2, LD3 et LD4, est maintenu jusqu’à ce qu’on presse à nouveau l’un des poussoirs P1, P2, P3 ou P4, c’est-à-dire tant que l’émetteur reste allumé : si l’alimentation est à piles ou batteries et que le TX s’éteint, à la prochaine mise sous tension l’interrogation sera exécutée, ce qui permettra de réinitialiser la situation correcte.
Figure 1 : La télécommande (unité de base) et le récepteur (unité distante).Figure 2 : Le protocole de communication.
Le protocole instauré pour la communication bidirectionnelle entre unité de base et unité distante peut être explicité ainsi :
Flux envoyé par l’unité de base à l’unité distante (13 octets)
1 octet - HEADER1 Caractère de synchronisme
2 octet - HEADER2 Caractère de synchronisme
3 octet - READ/WRITE Informe l’unité distante s’il s’agit d’une commande
ou d’une demande d’état
4 octet - STATOREMOTO L’octet contient l’état des 4 relais disponibles
sur l’unité distante
5 octet - STATOESP1 L’octet contient l’état des 8 relais disponibles
sur l’extension 1
6 octet - STATOESP2 L’octet contient l’état des 8 relais disponibles
sur l’extension 2
7 octet - STATOESP3 L’octet contient l’état des 8 relais disponibles
sur l’extension 3
8 octet - CODE1 Octet n. 1 du code
9 octet - CODE2 Octet n. 2 du code
10 octet - CODE3 Octet n. 3 du code
11 octet - CODE4 Octet n. 4 du code
12 octet - EOF1 Octet de fin flux 1
13 octet - EOF2 Octet de fin flux 2
Flux envoyé par l’unité distante à l’unité de base (12 octets)
1 octet - HEADER1 Caractère de synchronisme
2 octet - HEADER2 Caractère de synchronisme
3 octet - STATOREMOTO L’octet contient l’état des 4 relais disponibles
sur l’unité distante
4 octet - STATOESP1 L’octet contient l’état des 8 relais disponibles
sur l’extension 1
5 octet - STATOESP2 L’octet contient l’état des 8 relais disponibles
sur l’extension 2
6 octet - STATOESP3 L’octet contient l’état des 8 relais disponibles
sur l’extension 3
7 octet - CODE1 Octet n. 1 du code
8 octet - CODE2 Octet n. 2 du code
9 octet - CODE3 Octet n. 3 du code
10 octet - CODE4 Octet n. 4 du code
11 octet - EOF1 Octet de fin flux 1
12 octet - EOF2 Octet de fin flux 2
L’unité réceptrice
Après avoir expliqué comment envoyer les commandes, penchons-nous sur l’analyse du schéma de l’unité distante (schéma électrique figure 9).
Cette platine aussi est gérée par un microcontrôleur PIC16F876-EF477 déjà programmé en usine pour rester normalement en réception et réagir aux commandes en provenance de l’émetteur par deux actions : la première est de mettre à jour l’état des relais de sortie comme le demande le flux de données arrivant, la seconde consiste à répondre quant à l’exécution de la commande (c’est possible en utilisant le mode émetteur/récepteur dont le circuit est pourvu). Vous le voyez, cette unité aussi dispose d’un RTXRTLP434 doté d’une antenne normalement commutée en réception, mais quand elle reçoit une porteuse 433,92 MHz modulée en AM, la section réceptrice du module hybride la démodule et en extrait les impulsions modulantes pour les envoyer, par la broche 24 (OUT) à la ligne RB3 du PIC. S’il s’agit de données émises par l’unité émettrice, le logiciel les élabore en extrayant le paramétrage des quatre canaux.
Sur le récepteur, comme sur l’émetteur, nous trouvons une LED bicolore permettant de savoir à tout moment quelle est la condition de fonctionnement de l’unité : LD5 est normalement verte, ce qui indique que le circuit est prêt à recevoir des instructions du canal audio, elle devient rouge quand, à la suite de la réception d’une commande, le circuit transmet au TX la réponse concernant l’exécution. Puis elle redevient verte.
L’unité fonctionne avec une tension de 12 à 15 Vcc appliquée aux points + et – PWR, passant ensuite à travers la diode de protection D5 pour atteindre les condensateurs de filtrage C1 et C2 et l’entrée du MAX667 : ce régulateur est employé essentiellement pour obtenir le 3 V stabilisé nécessaire au fonctionnement du PIC et du RTX radio U3. Ici, la fonction de surveillance de la tension d’entrée ne nous intéresse pas, car il est prévu de prendre les 12 à 15 Vcc sur une alimentation secteur 230 V. Ni la broche LBI ni la broche LBO ne sont utilisées. Notez le connecteur RJ45, prévu ici pour permettre l’extension, soit la connexion d’un maximum de trois platines offrant chacune 8 sorties à relais : ces derniers sont commandés au moyen d’une ligne bus I2C réalisée avec les broches 12 et 15 du PIC16F876-EF477, respectivement configurées comme SDA et SCL. Sur le connecteur RJ45 les extensions prennent aussi l’alimentation (positive, en aval de D5), par l’intermédiaire du contact 5 et négative par le 6. Afin de rendre sûr l’échange des données entre les deux unités, nous avons inséré dans le protocole un codage permettant à chaque récepteur d’exécuter les ordres en provenance de l’émetteur associé. Etant donné que ni l’émetteur ni le récepteur ne sont dotés de dip-switch ou autre circuit de ce type, nous avons pensé mettre en oeuvre une astuce impliquant essentiellement le logiciel du microcontrôleur de l’émetteur : le code produit dans ce dernier est écrit en EEPROM et conservé, puis communiqué au récepteur pendant une phase spéciale d’auto-apprentissage.
Voyons en détail comment se passe cette sorte d’auto-apprentissage du code, en partant de la production du code (s’obtenant en allumant l’unité TX et en maintenant pressés P1 et P4). Précisons que lors de la première mise sous tension du TX la mémoire EEPROM ne contient aucune donnée et que donc, si aucune touche n’est pressée, le microcontrôleur entre automatiquement dans la procédure de production de code. Pour le changer ensuite, en revanche, il est nécessaire d’exécuter la séquence suivante :
- Presser P5 (pour allumer le TX) en tenant pressés ensemble P1 et P4.
- Pour faire apprendre le code produit au récepteur, presser P1 sur le récepteur et le tenir pressé pendant une émission du TX jusqu’à voir la LED bicolore du récepteur clignoter jaune. Le clignotement indique que le flux des données et l’acquisition du code ont abouti : en effet, quand P1 est pressé, le microcontrôleur du récepteur n’exécute pas la commande contenue mais récupère dans la séquence des données les quatre octets constituant le code d’identification de l’émetteur, qu’il inscrit ensuite dans sa propre EEPROM. L’unité RX n’envoie aucune réponse au TX.
- Quand la LED devient verte, on peut relâcher P1 et sortir de la phase d’auto-apprentissage et de couplage TX/RX, en étant certain que le récepteur ne recevra que les commandes transmises par “son” émetteur.
- Remarque : comme l’émetteur exige une réponse à la commande envoyée, ne la voyant pas arriver, il retransmet la commande et attend que le récepteur réponde. En relâchant P1, le récepteur sera associé à l’émetteur et il pourra donc satisfaire à sa demande.
Figure 3a : Fonctionnement et signalisation. TELECOMMANDE (unité de base).LED ETAT
- Clignotement lent et continu en vert : batterie déchargée
- Clignotement rapide en vert : réception réponse de l’unité distante
- Vert : télécommande allumée
- Rouge : émission en cours
- Jaune : réception en cours.
POUSSOIR P5
- En le pressant, la télécommande s’allume.
POUSSOIRS P1, P2, P3, P4
- En le pressant, on envoie une commande d’actionner les relais 1, 2, 3, 4 de l’unité distante,
- Pressé pour 2 ou plusieurs secondes, demande état du relais 1, 2, 3, 4 de l’unité distante.
LED ROUGE LD1, LD2, LD3, LD4
Indiquent l’état du relais correspondant disponible sur l’unité distante :
LED éteinte = relais ouvert, LED allumée = relais fermé.
Figure 3b : Fonctionnement et signalisation. RECEPTEUR (unité distante).LED ETAT
- Allumée en vert : unité distante en réception
- Allumée en rouge : unité distante en émission.
LED ROUGES LD1, LD2, LD3, LD4
Indiquent l’état du relais correspondant :
LED éteinte = relais ouvert,
LED allumée = relais fermé.
POUSSOIR P1
Active la procédure d’auto-apprentissage du code.
Figure 4 : Le module RTX.
Comme toute unité de radiocommande, indépendamment de la destination, elle doit pouvoir transmettre et recevoir des données et elle est donc équipée d’un module CMS conçu pour cela : il s’agit du module AUREL RTXRTLP434, un émetteur/récepteur 433,92 MHz complet réalisé sur un support unique en aluminium et disponible dans la configuration SIL 25 broches (peigne à 25 dents). Ce composant contient un étage émetteur pourvu d’un oscillateur à résonateur SAW accordé sur 433,92 MHz, capable de fournir un signal à +10 dBm (soit une puissance de 10 mW) sur une antenne de 50 ohms d’impédance.
La porteuse HF est modulée en amplitude (mode ON/OFF) par le signal numérique que le module reçoit sur sa broche 4 (IN), c’est-à-dire que le signal est émis si cette broche se trouve au niveau logique 1 : l’oscillateur reste éteint quand cette entrée est au niveau logique 0. La condition de la broche 4 est utilisée également pour gérer le commutateur compact qui, dans le module, décide à quel étage doit être reliée la broche 10 et donc l’antenne commune : au repos, soit quand l’entrée des données (broche 4) est au niveau logique 0, le commutateur relie l’antenne à l’”input” du récepteur, alors que si la broche 4 passe au niveau logique 1, l’antenne est tout de suite déconnectée du RX pour être connectée à la sortie de l’émetteur. L’étage récepteur est du type superhétérodyne, accordé sur 433,92 MHz et il est doté d’une bonne sensibilité (–95 dBm), il dispose d’un démodulateur AM et d’un quadrateur du signal démodulé restituant les impulsions bien mises en forme par la broche 24 (OUT). A la différence de ses prédécesseurs, ce RTX hybride maintient toujours allumé le récepteur, de façon à accélérer la commutation de TX à RX, sans cela affectée du temps de mise sous tension du RX. La réinjection indésirable du signal dû à la mise sous tension du TX est limitée par des procédés spécifiques parmi lesquels la mise en court-circuit de l’entrée du RX (pendant l’émission) et le blindage total de la section réceptrice, par ailleurs située du côté opposé à celui de l’émetteur.
Afin d’obtenir les prestations optimales du module RTX AUREL, il est nécessaire d’accorder une attention maximale et un soin particulier à la réalisation pratique du montage.
Le module doit être alimenté en 3 V par une source protégée contre les courts-circuits. Les variations de tension admissibles sont de + ou –0,15 V et le découplage de l’émetteur doit être effectué avec des condensateurs céramiques de 100 nF au moins. Le module RTXRTLP434 est homologué CE et il satisfait, entre autres, aux normes européennes EN300220-3 classe 2 et ETS300683 classe 1.
Le produit a été testé selon la norme EN60950 et il est utilisable enfermé dans un boîtier spécifique, isolé, conforme à la norme et permettant de dépasser la norme EN61000-4-2 non directement applicable au module.
En particulier, l’utilisateur doit assurer une isolation de la liaison à l’antenne extérieure et même de l’antenne, étant donné que la sortie HF du RTX ne peut supporter directement les charges électrostatiques prévues par la norme précitée. Ceci dit, car nul n’est censé ignorer la Loi !
Figure 5 : Le codage.
Le protocole instauré prévoit 4 octets (CODE1, CODE2, CODE3, CODE4) dédiés au code. Une unité de base peut contrôler une unité distante si et seulement si le code est le même dans les deux. Le code est produit automatiquement et forcément par l’unité de base et il est ensuite appris par l’unité distante (auto-apprentissage), voyons-en la procédure :
Unité de base production du code à la première mise sous tension
L’unité de base est en mesure de reconnaître la première mise sous tension (la première alimentation du microcontrôleur) et, en fonction de cette information, d’activer automatiquement la procédure de production “random” (hasard) du code.
A la première mise sous tension, la LED ETAT clignote rapidement (ce qui indique l’absence de code en mémoire) : il suffit de presser une quelconque des touches pendant environ une seconde pour produire un code “random” (hasard) ensuite sauvegardé dans la mémoire non volatile du microcontrôleur.
Quand on relâche la touche, la LED verte s’allume fixe.
Unité de base commande de production du code
La procédure décrite ci-dessus peut être forcée quand, pour une raison ou une autre, on veut changer le code. Pour cela il faut, après avoir éteint l’unité, presser et maintenir pressées en même temps les touches P1 et P4, presser la touche de mise sous tension P5 et relâcher P1 et P4 (doigts gourds s’abstenir !).
Unité de base écriture du code à partir d’un ordinateur
Il est possible d’écrire dans l’unité un code spécifique. Pour cela, il faut relier l’unité à l’ordinateur à l’aide de l’interface sérielle spéciale. Il suffit alors de lancer le logiciel de gestion par ordinateur prévoyant la possibilité de lire dans la mémoire du microcontrôleur le code et de le visualiser à l’écran ou bien de taper le code et de le transférer dans la mémoire non volatile du microcontrôleur.
Unité distante auto-apprentissage du code
Cette fonction est activée quand le poussoir P1 de l’unité distante est pressé.
Il faut ensuite allumer l’unité de base en pressant P5 ou bien, si elle est déjà en fonction, presser le poussoir de n’importe quel canal : dans les deux cas une émission est activée. Le code contenu dans cette émission est auto-appris par l’unité distante et sauvegardé dans la mémoire non volatile du microcontrôleur.
L’interface sérielle
Pour utiliser la télécommande avec un ordinateur, il est nécessaire de disposer de l’interface sérielle (figure 12) présentée dans l'article : "Un traqueur GPS automatique avec mémoire et interface de transfert sur PC". Cette interface permet de relier l’émetteur à l’ordinateur par le connecteur RJ45 présent sur les deux montages. Nous redonnons dans les figures 13, 14a, 14b et 14c respectivement, le schéma électrique, le schéma d’implantation des composants, la photo d’un des prototypes, le dessin du ci et la liste des composants.
Il s’agit d’un convertisseur TTL/RS232-C et vice versa. La conversion opérée par le circuit intégré U2, un MAX232 MAXIM, contient deux convertisseurs de niveau de TTL (0/5 V) à RS232-C (+ et – 12 V) et deux translateurs changeant les niveaux standards RS232-C en TTL. Nous n’utilisons ici qu’une seule section TX/RX : le second convertisseur TTL/RS232-C reçoit du contact 4 du connecteur RJ45 les flux de données TTL et les convertit en RS232-C pour les envoyer, par sa broche 7, au contact 3 (RXD) du DB9 qui permet la liaison au port COM de l’ordinateur. Du contact 3 de ce connecteur, les niveaux RS232-C arrivant de l’ordinateur atteignent la broche 8 (entrée du second convertisseur RS232-C/TTL) du MAX232 et sont traduits en TTL quand ils sortent de la broche 9 : de là, ils passent, par l’intermédiaire du contact 2 du RJ45, à la sortie. Aux bornes PWR, on applique 9 à 15 V que le régulateur U1 stabilise à 5 V pour alimenter le MAX232. Ce circuit intégré dispose internement de deux élévateurs de tension à charge capacitive, nécessaires pour exciter les pilotes RS232-C, lesquels doivent développer des impulsions de + et – 12 V. Les élévateurs se servent des condensateurs externes C5, C6, C7 et C8. Le 5 V produit par le régulateur 7805 va au contact 5 du RJ45 et sert à alimenter l’émetteur : en effet, quand celui-ci est relié à l’ordinateur, il est prévu qu’il reçoive l’alimentation de l’interface et non des points PWR. Le 5 V sortant du régulateur donne aussi (par le contact 1) le niveau logique 1 que le PIC doit reconnaître pour savoir si l’émetteur fonctionne interfacé avec l’ordinateur.
La réalisation pratique
Nous pouvons à présent focaliser sur quelques détails utiles pour la réalisation du montage des trois platines.
Réalisation pratique de la platine de l’unité de base (figures 7a, 7b-1 et 7b-2, 7c).
Commençons par nous procurer le circuit imprimé ou le fabriquer à partir de son dessin à l’échelle 1 donné par la figure 7c.
Quand le circuit imprimé est gravé et percé, en gardant l’oeil constamment sur les figures 7a, 7b-1 et 7b-2, insérez d’abord le support des deux circuits intégrés PIC16F876 déjà programmés en usine et MAX667 (vous n’insérerez les circuits intégrés eux-mêmes qu’à la toute fin des soudures).
Après avoir vérifié vos soudures (ni court-circuit entre pistes et pastilles, ni soudures froides collées), enfilez toutes les résistances sans les intervertir (triez-les avant), puis les diodes (bagues repères-détrompeurs tournées dans le bon sens illustré par la figure 7a).
Montez ensuite tous les condensateurs en ayant soin de respecter la polarité des électrolytiques (la patte la plus longue est le +). Montez les transistors, méplats repères-détrompeurs tournés comme le montre la figure 7a. Montez le quartz Q1 debout et bien enfoncé près du PIC. Montez le bornier à 2 pôles pour l’alimentation PWR et la prise femelle RJ45.
Vous pouvez maintenant monter le module hybride (on ne peut le monter que dans le bon sens (voir figure 4). Soudez et repliez l’antenne quart d’onde, constituée d’un morceau de 17 cm de fil de cuivre rigide (figures 7b-1 et 7b-2). Si la télécommande n’est pas destinée à être reliée à un ordinateur (si vous ne comptez pas utiliser la ou les extensions) qui l’alimenterait par la liaison sérielle et le câble RJ45, n’oubliez pas de visser dans le bornier la prise de pile (mode autonome de la télécommande).
Retournez la platine et, côté soudures, montez les 4 poussoirs miniatures et les 4 LED sans inverser la polarité des trois pattes de ces dernières (voir figures 7a, 7b-1 et 7b-2).
Les soudures étant terminées, vous pouvez enfoncer délicatement le circuit intégré PIC et le MAX667 dans leurs supports respectifs non sans avoir orienté les repères-détrompeurs en U dans le bon sens, soit vers le bas.
Pour le montage dans le boîtier plastique, comme le montrent la figure 3 et la photo d’entrée d’article, il faut percer des trous ronds pour les 5 poussoirs miniatures et les 5 LED associées (4 rouges et 1 bicolore). Fixez la platine au fond du boîtier à l’aide des 3 entretoises avec écrous et des vis (figures 7b1 et 7b-2). Disposez le brin quart d’onde de l’antenne et fixez-le au tour intérieur du boîtier avec un peu de colle au cyanoacrylate ou à chaud. Installez éventuellement (voir ci-dessus) la pile dans son porte-piles avant de refermer le boîtier.
Figure 6 : Schéma électrique de l’unité de base (télécommande).Liste des composants
R1 = 1 MΩ
R2 = 1,5 MΩ
R3 = 2,2 MΩ
R4 = 1 MΩ
R5 = 10 kΩ
R6 = 4,7 kΩ
R7 = 470 Ω
R8 = 4,7 kΩ
R9 = 10 kΩ
R10 = 470 Ω
R11 = 470 Ω
R12 = 4,7 kΩ
R13 = 4,7 kΩ
R14 = 470 Ω
R15 = 470 Ω
R16 = 470 Ω
R17 = 470 Ω
R18 = 470 Ω
R19 = 470 Ω
R20 = 4,7 kΩ
Q1 = 4 MHz
C1 = 100 nF multicouche
C2 = 220 μF 16 V électro
C3 = 100 nF multicouche
C4 = 100 μF 25 V électro
C5 = 22 pF céramique
C6 = 22 pF céramique
D1 = 1N4007
D2 = 1N4007
D3 = 1N4007
D4 = 1N4007
LD1 = LED 3 mm rouge
LD2 = LED 3 mm rouge
LD3 = LED 3 mm rouge
LD4 = LED 3 mm rouge
LD5 = LED 3 mm bicolore
U1 = Intégré MAX667
U2 = μC PIC16F876-EF476
U3 = Module AUREL RTXRTLP 434
T1 = NPN BC547
T2 = PNP BC557
P1 = Micropoussoir
P2 = Micropoussoir
P3 = Micropoussoir
P4 = Micropoussoir
P5 = Micropoussoir
Divers :
1 Bornier 2 pôles
1 Connecteur RJ45
1 Support 2 x 14 broches
1 Support 2 x 4 broches
3 Entretoises 18 mm
3 Ecrous 3MA
3 Boulons tête fraisée 8 mm
1 Boîtier plastique
1 Logiciel pour PC SFW476
Figure 7a : Schéma d’implantation des composants de l’unité de base.
Figure 7b-1 : Photo d’un des prototypes de l’unité de base, vu côté microcontrôleur. Remarquez l’antenne et les 3 entretoises.
Figure 7b-2 : Vu du côté des poussoirs et des LED.
Figure 7c : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de l’unité de base.
Figure 8 : Brochage, schéma d’application et caractéristiques du MAX667.- 350 mV Dropout at 200 mA
- 250 mA Output current
- Low battery detector
- Fixed 5 V or adjustable output
- +3,5 to +16,5 V input
- Low battery detector
- Dropout detector output
Réalisation pratique de la platine de l’unité distante (figures 10a, 10b, 10c)
Commençons par nous procurer le circuit imprimé ou le fabriquer à partir de son dessin à l’échelle 1, donné par la figure 10c.
Quand le circuit imprimé est gravé et percé, en gardant l’oeil constamment sur les figures 10a et 10b, insérez d’abord le support des circuits intégrés PIC16F876-EF477 déjà programmés en usine et MAX667 (vous n’insérerez les circuits intégrés eux-mêmes qu’à la toute fin des soudures). Après avoir vérifié vos soudures (ni court-circuit entre pistes et pastilles, ni soudures froides collées), enfilez toutes les résistances sans les intervertir, puis les diodes (bagues repères-détrompeurs tournées dans le bon sens illustré par la figure 10a).
Montez ensuite tous les condensateurs en ayant soin de respecter la polarité des électrolytiques (la patte la plus longue est le +). Montez les transistors, méplats repère-détrompeurs tournés comme le montre la figure 10a, soit vers la droite. Montez le quartz Q1 debout et bien enfoncé.
Montez les 5 LED (4 rouges et 1 bicolore).
Montez le micropoussoir P1.
Montez les 4 relais miniatures 12 V (pas besoin de repère-détrompeur).
Montez les 4 borniers enfichables à 3 pôles. Montez le connecteur femelle RJ45 et la prise d’alimentation. Montez le module hybride, forcément dans le bon sens.
Prévoyez enfin un morceau de câble coaxial de petit diamètre (50 ohms) que vous relierez à la base de l’antenne souple quand elle sera fixée sur le couvercle du boîtier et soudez-le aux points AERIAL en soudant bien la tresse de blindage côté masse (à gauche) et l’âme au point “chaud” (à droite).
Les soudures étant terminées, vous pouvez enfoncer délicatement les circuits intégrés PIC et MAX dans les supports, non sans avoir orienté leurs repères-détrompeurs en U dans le bon sens, comme le montre la figure 10a.
Protégez le montage en le montant dans un boîtier plastique après avoir percé ses flancs pour le passage des 4 relais enfichables, de la RJ45 et de la prise d’alimentation. Percez sur le couvercle les trous pour l’affleurement des 5 LED, fixez l’antenne souple sur ce même couvercle et réalisez la connexion au câble coaxial préparé (là encore, respectez point chaud et point de masse) : voir figure 15. L’appareil est prêt à être relié aux différents dispositifs, à l’alimentation secteur 230 V (ou autre) et aux éventuelles extensions.
Figure 9 : Schéma électrique de l’unité distante(récepteur).Liste des composants
R1 = 1 MΩ
R2 = 1,5 MΩ
R3 = 4,7 kΩ
R4 = 470 Ω
R5 = 470 kΩ
R6 = 4,7 kΩ
R7 = 4,7 kΩ
R8 = 4,7 kΩ
R9 = 4,7 kΩ
R10 = 1 kΩ
R11 = 1 kΩ
R12 = 1 kΩ
R13 = 1 kΩ
R14 = 4,7 kΩ
C1 = 100 nF multicouche
C2 = 470 μF 25 V électro
C3 = 100 nF multicouche
C4 = 220 μF 16 V électro
C5 = 100 nF multicouche
C6 = 22 pF céramique
C7 = 22 pF céramique
D1 = Diode 1N4007
D2 = Diode 1N4007
D3 = Diode 1N4007
D4 = Diode 1N4007
D5 = Diode 1N4007
LD1 = LED 3 mm rouge
LD2 = LED 3 mm rouge
LD3 = LED 3 mm rouge
LD4 = LED 3 mm rouge
LD5 = LED 3 mm bicolore
U1 = Intégré MAX667
U2 = μC PIC16F876-EF477
U3 = Module AUREL RTXRTLP434
Q1 = Quartz 4 MHz
T1 = NPN BC547
T2 = NPN BC547
T3 = NPN BC547
T4 = NPN BC547
RL1 = Relais miniature 12 V
RL2 = Relais miniature 12 V
RL3 = Relais miniature 12 V
RL4 = Relais miniature 12 V
P1 = Micropoussoir
Divers :
1 Antenne souple
1 Prise d’alimentation
4 Borniers 3 pôles enfichables
1 Connecteur RJ45
1 Support 2 x 14
1 Support 2 x 4
1 Boîtier
Figure 10a : Schéma d’implantation des composants de l’unité distante.
Figure 10b : Photo d’un des prototypes de la platine de l’unité distante.
Figure 10c : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de l’unité distante.
Figure 11 : Comment utiliser les sorties.La platine réceptrice dispose de quatre relais, un par canal, dont les double contacts sont disponibles (C, NF, NO) afin de permettre la plus grande universalité d’utilisation. Chaque relais peut travailler dans des circuits alimentés avec des tensions continues ou alternatives n’excédant pas 250 V pour un courant de 1 A au maximum. Si nous voulons alimenter des charges plus gourmandes, il nous faut utiliser le contact d’un canal pour alimenter l’enroulement d’un servorelais de plus grande portée. Rappelons que l’unité réceptrice (distante) et les éventuelles extensions travaillent en mode auto-réinitialisable, c’est-à-dire que, si l’alimentation vient à manquer, à la prochaine mise sous tension les relais retrouvent leurs conditions d’avant la coupure, ceci car le microcontrôleur mémorise en EEPROM chaque commande de paramétrage des sorties envoyée par l’émetteur.
Réalisation pratique de la platine interface PC (figures 14a, 14b, 14c)
Commençons par nous procurer le circuit imprimé ou le fabriquer à partir du dessin à l’échelle 1 donné par la figure 14c. Quand le circuit imprimé est gravé et percé, en gardant l’oeil constamment sur la figure 14a, insérez d’abord le support du circuit intégré MAX232 (vous n’insérerez le circuit intégré lui-même qu’à la toute fin des soudures). Après avoir vérifié vos soudures (ni court-circuit entre pistes et pastilles, ni soudures froides collées), montez la diode D1 (bague repère-détrompeur tournée vers le bas, soit U1).
Montez ensuite tous les condensateurs en ayant soin de respecter la polarité des électrolytiques (la patte la plus longue est le +). Montez le régulateur 7805 couché (semelle métallique contre la surface du circuit imprimé) et fixé par un boulon 3MA.
Montez enfin les connecteurs DB9 femelle et RJ45 et la prise coaxiale d’alimentation (elle est terminée : enfoncez délicatement le MAX232 dans son support et dans le bon sens en orientant le repère-détrompeur en point et en U vers C5 et C8, comme le montre la figure 14a.
Quant à la liaison entre la platine interface et celle de la platine de base, il faut, pour la réaliser, préparer un câble doté de deux fiches RJ45 (un câble LAN pourrait faire l’affaire mais rien n’empêche d’en fabriquer un avec du câble téléphone à 8 conducteurs et deux fiches RJ45 sans blindage achetés en grande surface).
La mise sous boîtier plastique de protection (figure 12) utilise un boîtier semblable à celui de la platine de base (télécommande) : voir photo en début d’article, à gauche. Les perçages sont, bien sûr, différents : percez latéralement (deux petits côtés) deux évidements rectangulaires pour la RJ45 et pour la DB9 et un trou (grand côté inférieur) pour la prise d’alimentation. L’appareil est prêt à l’emploi, vous n’avez plus qu’à l’assortir de ses deux câbles amont et aval : le câble RJ45 va vers la platine de base télécommande et le câble DB9 vers la prise sérielle de l’ordinateur dédié.
Figure 12 : L’interface sérielle décrite dans l'article : "Un traqueur GPS automatique avec mémoire et interface de transfert sur PC" une fois mise en boîtier.
Figure 13 : Schéma électrique de l’interface sérielle.Liste des composants
C1 = 100 nF multicouche
C2 = 100 nF multicouche
C3 = 220 μF 16 V électro
C4 = 220 μF 16 V électro
C5 = 1 μF 100 V électro
C6 = 1 μF 100 V électro
C7 = 1 μF 100 V électro
C8 = 1 μF 100 V électro
D1 = Diode 1N4007
U1 = Régulateur 7805
U2 = Intégré MAX232
Divers :
1 Support 2 x 8 broches
1 Connecteur DB9 femelle
1 Connecteur RJ45
1 Prise d’alimentation
1 Boulon 8 mm 3MA
1 Câble avec RJ45
1 Boîtier plastique
Figure 14a : Schéma d’implantation des composants de l’interface sérielle.
Figue 14b : Photo d’un des prototypes de l’interface sérielle.
Figure 14c : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de l’interface sérielle vu côté cuivre.
Figure 15 : Utilisation de l’interface pour ordinateur.En reliant l’unité de base radio à l’ordinateur par l’interface sérielle, nous sommes en mesure de gérer les 4 relais disponibles sur l’unité radio relais (distante) et les 8 relais disponibles sur l’extension. Le système prévoit le contrôle de 3 extensions au maximum, ce qui fait au total 28 canaux disponibles. L’interface usager, ci-contre, est extrêmement intuitive à utiliser et permet, pour chaque canal, de changer ou demander l’état. Toutes les commandes transmises ou reçues sont visualisées dans la fenêtre de log à droite de l’écran.
