Notre revue a déjà présenté beaucoup de systèmes de radiocommande, à “rolling code”, MC145026-27-28, MM53200, UM86409 ou MC3750, en modulation AM comme en modulation FM. Tous ces systèmes se caractérisent par un contrôle numérique des sorties (ON ou OFF) : en pressant une des touches du boîtier porte-clés, on active des relais, pouvant être reliés à des dispositifs externes, de manière à en commander l’allumage ou l’extinction ou le “reset”, etc.
Notre réalisation
Le montage proposé ici est en revanche une radiocommande à sortie analogique : le récepteur est en mesure de travailler avec des télécommandes à quatre canaux et il fournit un niveau de tension de sortie variable par pas. Les actions qu’il est possible d’exécuter sont au nombre de quatre : paramétrer la tension de sortie à un niveau maximal ou minimal, augmenter ou diminuer cette tension par pas à largeur paramétrable. Chaque action peut être associée à un canal différent de la télécommande, ce qui permet le contrôle de la tension à distance. Ce circuit peut donc être utilisé comme variateur de lumière. Les dispositifs numériques proposés jusqu’à présent ne permettaient que d’allumer et d’éteindre les éclairages, le nouveau système permet en plus de régler la quantité de lumière afin d’obtenir le niveau agréable souhaité.
En effet, avec une pression sur une touche de la télécommande, il est possible d’allumer la lampe, avec une deuxième touche on peut l’éteindre et avec les deux autres on augmente ou on diminue par pas la tension fournie à la lampe, de façon à en régler la luminosité.
Le circuit utilise un MOSFET capable de fournir un courant maximal d’environ 33 A : on peut donc directement le relier à des lampes réclamant une tension de 12 V en étant certain qu’il tiendra la puissance. En revanche, si l’on désire commander des lampes sous la tension du secteur 230 V, il faut coupler notre appareil avec un variateur contrôlé en tension.
En effet, en reliant la sortie de notre circuit à l’entrée de ce variateur et la sortie de celui-ci à un lustre, il est possible de régler la luminosité d’une pièce à distance, confortablement installé dans son fauteuil ! Mais ce n’est là qu’une des nombreuses possibilités d’application du montage, il peut servir dans toutes les situations où il est nécessaire de régler à distance le niveau d’une tension.
Nous l’avons vu, l’appareil peut exécuter quatre opérations : niveau maximal/minimal et augmentation/diminution de la tension de sortie.
C’est pourquoi il est nécessaire d’utiliser une télécommande à 4 canaux. En réalité il serait également possible de se servir d’une télécommande dotée d’un moindre nombre de canaux, mais il faudrait alors renoncer à certaines possibilités. Notez bien que le récepteur proposé ici est compatible avec la codification à 12 bits UM86409, MM53200 et MC3750. Nous sommes bien conscients du fait que cette codification ne présente pas de garanties particulières en termes de sécurité (ce qu’offrirait en revanche une codification à “rolling code”) : en effet, le montage n’a pas été conçu pour des applications où la sécurité est primordiale, mais plutôt pour des applications de loisir.
Les codes correspondant aux quatre canaux sont mémorisés dans le dispositif par auto-apprentissage (voir le chapitre à la fin de l’article), ce qui permet d’éliminer l’opération manuelle consistant à paramétrer un dip-switch.
La dernière caractéristique importante de notre appareil, nous le verrons plus en détail par la suite, est qu’il permet de régler le niveau minimal et maximal de la tension de sortie, ainsi que le pas avec lequel on désire augmenter et diminuer cette tension.
Ce paramétrage est effectué grâce à trois trimmers présents dans le circuit : pour plus de détails, voyez le chapitre des réglages en fin d’article.
Figure 1 : La radiocommande à sortie analogique dans son boîtier, avec l’antenne extérieure souple câblée. Les quatre presse-étoupe permettent l’entrée et la sortie des fils d’alimentation et de charge.Le schéma électrique
Commençons l’analyse du schéma électrique de la figure 2. Il comporte trois blocs principaux : le premier, U2, est le récepteur UHF numérique AUREL BC-NBK sur 433 MHz, le deuxième, U1, est le microcontrôleur PIC16F628-EF492, déjà programmé en usine et le troisième le MOSFET T1.
Le récepteur U2 est utilisé pour recevoir les codes transmis par l’émetteur : les données reçues sont fournies en sortie broche 14 et elles sont lues par le microcontrôleur au moyen de son port RA3 (broche 2).
Tout d’abord le PIC contrôle la validité du code lu, ensuite il vérifie qu’il fait partie de ceux mémorisés : si oui il modifie opportunément la valeur de la sortie RB3, sinon il ignore la lecture qu’il vient d’effectuer.
On l’a dit, la sortie de notre appareil récepteur de télécommande est de type analogique, or le microcontrôleur travaille en numérique : la conversion est réalisée par la section du MOSFET T1, de C11 à R8, selon la logique suivante. Le microcontrôleur communique le niveau de tension désiré au moyen d’une onde carrée à 35 kHz ayant un rapport cyclique compris entre 0 et 100 % : rapport cyclique à 0 %, cela signifie tension de sortie minimale (environ 0 V), rapport cyclique à 100 %, tension de sortie maximale (égale à peu près à la tension d’alimentation). Les valeurs de rapport cyclique intermédiaires correspondent aux valeurs intermédiaires de tension, quoique la relation ne soit pas linéaire. A noter une petite particularité : le microcontrôleur utilise le port RB3/CCP1 (broche 9) pour produire l’onde carrée. Le choix de ce port n’est pas un hasard : il peut en effet être programmé par voie logicielle de manière à produire automatiquement une onde carrée caractérisée par un rapport cyclique égal à une valeur établie comme paramètre.
Ainsi, l’onde carrée est produite automatiquement par une section logique du microcontrôleur dédiée spécialement à cette opération, ce qui permet de laisser la logique principale du PIC libre de continuer l’exécution du programme principal.
La conversion de rapport cyclique en niveau de tension de sortie est réalisée par T1 et par le mécanisme de charge et décharge de C11 : en effet, selon le niveau logique de la sortie RB3 (haut ou bas), T1 est en interdiction ou en conduction. Donc, si le pourcentage de temps où RB3 est au niveau logique bas est élevé (rapport cyclique voisin de 0 %), C11 met du temps à se charger complètement et donc la sortie OUT est à un niveau de tension bas. Si on augmente progressivement le pourcentage de temps où RB3 est au niveau logique haut (rapport cyclique croissant), C11 tend à se charger toujours davantage et par conséquent la sortie OUT tend à prendre des valeurs de tension toujours plus élevées. Ici une précision doit être apportée à propos de R8 : elle permet à C11 de se décharger. En effet, si R8 n’était pas là, quand T1 est ouvert, C11 ne pourrait plus se décharger et donc la tension de sortie ne serait plus correcte. L’éventuelle charge reliée à la sortie, dont l’impédance est en parallèle à R8, se comporte de la même manière et c’est pourquoi le lien entre le rapport cyclique et la tension de sortie n’est pas linéaire : elle dépend aussi de l’impédance de la charge.
On l’a vu, la tension de sortie varie quand on modifie le rapport cyclique de l’onde carrée sur la ligne RB3. Le microcontrôleur est capable de produire des ondes dont le rapport cyclique est compris entre 0 et 100 % : en réalité dans beaucoup d’applications cela n’est pas nécessaire et il est donc préférable de restreindre un peu cette plage. C’est pourquoi on a monté dans le circuit deux trimmers R6 et R7 réglant respectivement le rapport cyclique maximal et le rapport cyclique minimal de l’onde carrée produite.
Le trimmer R5 est utilisé, lui, pour modifier l’amplitude du pas d’augmentation ou de diminution. La lecture des valeurs des résistances prises par R5, R6 et R7 se fait par mécanisme de charge et décharge de condensateurs : les sorties sont donc au niveau logique haut pendant un certain temps de façon à permettre aux condensateurs de se charger. Ensuite, les sorties sont mises au niveau logique bas et, en fonction du temps mis par les condensateurs pour se décharger, on détermine la valeur de résistance prise par le trimmer.
Nous avons dit en introduction que le récepteur mémorise les quatre codes des canaux par auto-apprentissage (voir le chapitre consacré). La sélection de cette fonction se fait par le dip-switch DS1 : si les quatre microinterrupteurs qui le constituent sont sur OFF, le microcontrôleur travaille en mode normal, c’est-à-dire qu’il attend l’arrivée des codes par U2, les compare à ceux mémorisés et éventuellement change le rapport cyclique.
Si le microcontrôleur détecte qu’un des micro-interrupteurs est sur ON, il reconnaît le mode d’auto-apprentissage, c’est-à-dire qu’il attend là encore l’arrivée du code par U2, mais dans ce cas il le mémorise dans sa mémoire “flash”. Le microcontrôleur dispose de quatre blocs de mémoire dans lesquels il peut mémoriser quatre codes différents. En outre, à chaque code mémorisé est associée une action différente : quand le code mémorisé est reçu dans la première cellule, le rapport cyclique est mis en position maximale (réglée par R6, on l’a vu ci-dessus), si en revanche c’est le troisième code mémorisé qui est reçu, le rapport cyclique est mis en position minimale (réglée par R7).
Enfin, si les codes de deuxième et quatrième positions sont reçus, le rapport cyclique est respectivement augmenté et diminué d’un pas (réglé par R5). Bien sûr, le rapport cyclique ne peut jamais dépasser les limites minimale et maximale !
Une dernière note concernant la tension d’alimentation et la tension maximale que la sor tie peut atteindre : si vous regardez le schéma électrique, vous voyez que la tension +V, continue, va directement à la borne + de la sortie OUT. La tension de sortie maximale est donc égale à environ +V. Si on augmente la valeur de V, on peut donc faire varier la tension maximale fournie en OUT. En réalité il existe des limites physiques, provenant du régulateur U3 7805, qui doit être capable d’évacuer, sous forme de chaleur, la puissance en excès. En outre, il existe des limites dérivant de T1 : bien qu’il supporte un courant de drain maximal de 33 A, nous vous conseillons de vous tenir éloignés de cette limite, sans quoi vous risquez d’endommager le composant. De plus si vous augmentez le courant, il faudra aussi pouvoir évacuer la chaleur produite par le MOSFET. Il est en effet muni d’un dissipateur métallique de chaleur, mais si l’on voulait tirer du dispositif un courant plus important, il faudrait songer à améliorer l’efficacité du système d’évacuation thermique (dimensions du dissipateur et/ou ventilation forcée).
D’autre part, au cours des essais nous avons utilisé des tensions d’alimentation entre 7 et 15 V, sans rencontrer aucun problème. Nous vous conseillons donc de rester à l’intérieur de ces limites.
Figure 2 : Schéma électrique de la radiocommande à sortie analogique.Liste des composants
R1 = 4,7 kΩ
R2 = 5,6 kΩ
R3 = 100 kΩ
R4 = 470 Ω
R5 = 10 kΩ trimmer
R6 = 10 kΩ trimmer
R7 = 10 kΩ trimmer
R8 = 470 Ω 2 W
C1 = 100 nF 63 V polyester
C2 = 220 μF 25 V électrolytique
C3 = 100 nF 63 V polyester
C4 = 220 μF 25 V électrolytique
C5 = 100 nF 63 V polyester
C6 = 100 nF 63 V polyester
C7 = 100 nF 63 V polyester
C8 = 15 pF céramique
C9 = 15 pF céramique
C10 = 100 nF 63 V polyester
C11 = 220 μF 25 V électrolytique
LD1 = LED rouge 5 mm
D1 = 1N4007
U1 = PIC16F628-EF492 programmé
U2 = BCN BK 433MHZ AUREL
U3 = Régulateur 7805
Q1 = Quartz 4 MHz
T1 = BUZ11
DS1 = Dip-switch à 4 micro-inter.
Divers :
1 Support 2 x 9 broches
1 Bornier 2 pôles
1 Dissipateur ML26 ou éq.
1 Boulon 3MA 8 mm
Sauf spécification contraire, toutes les résistances sont des 1/4 W à 5 %.
La réalisation pratique
Une fois que l’on a réalisé le circuit imprimé (la figure 3b en donne le dessin à l’échelle 1), ou qu’on se l’est procuré, on monte tous les composants dans un certain ordre en regardant fréquemment les figures 3a et 4 et la liste des composants.
Montez tout d’abord les supports du circuit intégré U1 (PIC16F628-EF492 déjà programmé en usine) : ensuite, vérifiez bien les soudures (ni court-circuit entre pistes et pastilles, ni soudure froide collée). Montez toutes les résistances sans les intervertir (classez-les au préalable par valeurs et par puissance, R8 est une 2 W) et les trois trimmers (identiques).
Montez ensuite la diode 1N4007 (D1), bague blanche orientée vers U3. Montez la LED de 5 mm rouge en respectant bien la polarité de ses pattes (la plus longue est l’anode +).
Montez tous les condensateurs en respectant bien la polarité des électrolytiques (la patte la plus longue est le +).
Montez le quartz Q1 de 4 MHz debout et enfoncé à fond. Montez le régulateur U3, en boîtier TO220 (7805), debout, sans dissipateur, semelle tournée vers l’extérieur du circuit imprimé.
Montez le MOSFET T1, semelle tournée vers R8 et assorti d’un dissipateur convenable (lire texte plus haut), fixé par un boulon 3MA.
Montez le dip-switch à quatre micro-interrupteurs DS1, chiffres vers le bas.
Montez les deux borniers à deux pôles : un pour la sortie OUT vers la charge et un pour l’entrée alimentation.
Montez enfin le module U2 debout.
Vous pouvez alors enfoncer délicatement le circuit intégré PIC dans son support en orientant bien son repère-détrompeur en U vers Q1.
Figure 3a : Schéma d’implantation des composants de la radiocommande à sortie analogique.
Figure 3b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de la radiocommande à sortie analogique.
Figure 4 : Photo d’un des prototypes de la platine de la radiocommande à sortie analogique.
Figure 5 : Détails concernant le câblage de l’antenne.A gauche, détail concernant le point AERIAL (correspond à la broche 3 de U2) sur le circuit imprimé où souder le fil allant à l’antenne souple extérieure (à droite).
Le montage dans le boîtier
Les figures 1 et 5 montrent comment installer la platine une fois terminée dans un boîtier plastique adéquat.
Nous avons utilisé un boîtier PVC spécial pour ce type d’installation domestique avec une antenne souple accordée sur 433 MHz : il est doté de sorties presse-étoupe idéales pour le passage protégé et étanche des câbles, surtout si le récepteur doit être monté en extérieur.
Vous n’avez qu’à visser l’antenne (type quart d’onde souple) au sommet du boîtier et à relier sa borne unique au point AERIAL (correspondant à la broche 3 du module U2) du circuit imprimé par un morceau de fil de cuivre isolé. Les fils de la charge sortiront et les fils de l’alimentation entreront par les presse-étoupe du boîtier.
L’auto-apprentissage
Le dispositif peut travailler avec des télécommandes type porte-clés à 4 canaux. La mémorisation des quatre codes à l’intérieur de la mémoire “flash” du microcontrôleur se fait par une procédure d’auto-apprentissage, sélectionnable au moyen des quatre micro-interrupteurs du dip-switch DS1.
Si tous les micro-interrupteurs sont sur OFF, le circuit travaille en mode normal. Si en revanche un seul micro-interrupteur est sur ON, on entre dans le mode d’auto-apprentissage qui nous intéresse ici.
Si le DIP1 est sur ON, le premier code est appris, DIP2 sur ON, c’est le deuxième code qui est appris et ainsi de suite. Pour mémoriser les quatre codes, exécutez les phases suivantes : mettez sur ON le DIP 1, pressez la touche du boîtier de télécommande que vous voulez affecter à la première action, soit le paramétrage de la tension maximale de sortie. Puis mettez sur OFF le DIP 1 et sur ON le DIP 2, pressez la touche de la télécommande que vous voulez associer à la deuxième action, soit l’augmentation d’un pas de la tension.
Ensuite, mettez sur OFF le DIP 2 et sur ON le DIP3, pressez la touche de la télécommande que vous voulez associer à la troisième action, soit le paramétrage de la tension de sortie minimale. Enfin, mettez sur OFF le DIP 3 et sur ON le DIP4, pressez la touche restante de la télécommande que vous allez associer à la quatrième action, soit la diminution d’un pas de la tension de sortie.
Le réglage
Tout d’abord, vérifiez, avec un multimètre branché sur la sortie, que la tension de sortie se modifie de façon cohérente quand vous agissez sur les différentes touches de la télécommande. Vous pouvez aussi contrôler que la course des trois trimmers agit, bien sûr, les niveaux de tension de sortie : minimum, maximum, largeur du pas.
Les trois trimmers que nous avons montés sur le circuit imprimé servent à paramétrer le rapport cyclique minimal et le rapport cyclique maximal de l’onde carrée produite (et par conséquent la tension de sortie minimale et la tension de sortie maximale), ainsi que le pas par lequel le rapport cyclique (et donc la tension de sortie) est augmenté et diminué. R6 paramètre le niveau maximum, R7 le niveau minimum et R5 le pas. Les niveaux maxima et minima de tension nécessaires en sortie dépendent du type de charge que l’on souhaite relier.
Par exemple, si vous voulez vous servir de l’appareil comme d’un variateur de lumière, remarquez que certaines lampes s’allument avec des tensions justes supérieures à 0 V, alors que d’autres nécessitent au moins 2 V.
En réglant R7, il est donc possible d’éviter d’avoir à franchir (en appuyant chaque fois sur la touche correspondante) inutilement des pas : réglez R7 pour que le premier pas commence à allumer la lampe.
Pour ces réglages, procédez ainsi : reliez la charge choisie à la sortie du circuit, appuyez sur la touche de la télécommande commandant le rapport cyclique minimal et réglez R7 pour obtenir le début de l’allumage de la charge.
Réglez alors le niveau maximum : pressez la touche de la télécommande commandant le rapport cyclique maximal et réglez R6 pour obtenir la valeur (par exemple lumineuse, si la charge est une lampe) maximale.
Enfin, réglez le pas. Pour ce faire, tournez le curseur de R5 complètement dans le sens anti-horaire pour obtenir un pas minimal, puis, progressivement, tournez-le dans le sens horaire pour augmenter le pas. Plus le pas est grand, moindre est la finesse du réglage).
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