Cette loi se déduit facilement de la notion de courant électrique. Supposons que l'on ait un flux i₀=dq₁/dt d'électrons dans un conducteur arrivant à un "embranchement" d'un circuit électrique :

Les électrons venant de la "gauche" partiront soit dans la première, soit dans la deuxième branche. Mais le nombre total d'électrons par seconde restera le même que celui qui arrive en permanence par la gauche, et donc i₀=i₁+i₂ (avec les sens des courants définis suivant la figure précédente).
Dans la théorie des réseaux de Kirchhoff, un noeud est un point de convergence de plusieurs conducteurs.
Plus généralement, si on considère n conducteurs arrivant au même point O, avec les sens positifs des courants i_n définis comme suit, vers O...
La loi des noeuds stipule alors que la somme algébrique des courants arrivant à un noeud est constamment nulle :

Sont regroupés dans cet article les éléments essentiels à la réalisation d'une establishment électrique " installation électrique"d'éclairage dans le regard des normes en vigueur (NF C-15 100)2, accompagnés de quelques recommandations.

Lieux où un point d'éclairage est obligatoire

Un point d'éclairage au least est obligatoire dans tous locaux où il est prévu de circuler, qu'ils soient internes ou attenants au logement.

Des focuses d'éclairage sont également de mise en extérieur standard entrée principale ou de benefit.

Ils sont facultatifs dans les locaux attaches non attenants tels que carport ou abri de jardin.

En plafond, applique ou prise commandée ?

Sauf cas particuliers, les focuses d'éclairage du séjour, de la cooking et des chambres seront en plafond.

En cas d'impossibilité strategy et/ou de rénovation totale, chacun des focuses concernés pourra être remplacé standard deux appliques ou socles de prise commandée.

Socles DCL

vatt3852_boitier-dcl

Les socles DCL (Dispositif de Association pour Luminaires) sont obligatoires pour tous focuses d'éclairage, en applique y compris, à l'exception bien entendu des prises commandées.

Ils sont équipés de connecteurs universels ou viendront se loger des fiches du même nom, soit intégrées aux douilles soit raccordées aux luminaires eux-mêmes.

Les gatherings DCL (socles + douilles ou fiches DCL) permettent à l'instar des prises de courant de connecter et déconnecter les appareils sans avoir à intervenir sur les fils d'alimentation. Ceux-ci une fois raccordés au socle DCL n'ont en effet in addition to à être manipulés évitant ainsi de mauvaises controls ou l'endommagement des fils ou associations.

Segment des conducteurs, insurance et répartition

Le câblage des circuits d'éclairage s'effectue en fils rigides de segment 1,5mm²

L'usage de segments in addition to importantes est admis mais non recommandé. La plupart des appareils d'éclairage ne sont en effet conçus pour que pour de faibles areas et un câblage en fils 2,5mm² compliquera les raccordements.

Il est de in addition to recommandé de standardiser au mieux l'ensemble d'une establishment électrique, et de ne pas se laisser tenter standard un surplus de 2,5² pour achever child câblage. A noter que le scene électrique est la première picked que contrôlera un specialist du Consuel. Une anarchie dans le choix de couleurs (nous y viendrons) et des areas le rendra assurément in addition to méfiant quant au reste de l'installation.

La security de ces circuits est assurée au most extreme standard fusibles de 10 ampères ou disjoncteurs 16 ampères

Bien que l'usage de portes-fusible soit in addition to économique et toujours autorisé, ils sont de moins en moins utilisés et pour cause. Contrairement au porte-fusible le disjoncteur offre un aperçu immédiat de l'état du circuit. Un déclenchement sera obvious (levier baissé) et évitera de devoir analyzer les fusibles à l'ohmmètre. Sans compter que l'on peu se trouver à court de fusibles de rechange …

L'emploi de disjoncteurs 16 A n'est pas une commitment. Les disjoncteurs 10A sont tout aussi utilisés et réglementaires, n'ayant pas de réelle occurrence sur l'installation proprement-dite.

Nous avons là deux écoles, les adeptes du 16A qui en mettront sur tous les circuits, et ceux du 10A, souvent issus des milieux tertiaire et industriel, qui ne placeront des 16A que si nécessaire (gros projecteurs en façade de bâtiment, ..).

Nous n'avons pas de recommandation à formuler sur ce point.

Le nombre de focuses d'éclairage standard assurance est limité à huit, quelque-soit le sort de security choisit (fusible, disj 10 ou 16A)

Bien que huit focuses soient acceptés standard assurance, il convient de ne pas les saturer et de conserver une réserve sur chacun d'eux pour des évolutions fates, s'épargnant ainsi de devoir recâbler un nouveau circuit depuis le scene ou de dévier de la norme en passant le nombre de focuses à neuf ou in addition to.

En outre une bonne répartition des circuits garantira un éclairement least en cas de défaillance sur l'un d'eux, standard exemple en séparant l'éclairage d'une dissemination de celui d'un escalier.

La norme force un least de deux focuses d'éclairage pour des surfaces supérieures ou égales à 35m².

Les spots et bandeaux lumineux comptent pour un point d'éclairage standard tranche de 300 VA (puissance) dans une même pièce.

A titre d'exemple, six spots de 50w chacun ne comptent que pour un seul point d'éclairage, à condition qu'ils soient répartis dans une même pièce, même s'ils sont commandés indépendamment. Un spot supplémentaire et il faudra alors comptabiliser deux focuses d'éclairage.

Là reprise mieux vaut conserver une réserve dans le cas ou de nouveaux spots seraient à implanter dans le futur pour augmenter la luminosité ou du fait de changes de cloisons, etc.



Couleur des fils

Seules 2 couleurs sont normalisées, le bleu pour le neutre et le vert/jaune pour les fils de terre.

Contrairement à ce que beaucoup de gens pensent, le choix de la couleur de la stage est libre.

Il n'en demeure pas moins essentiel de dédier une couleur spécifique aux stages, le rouge restant le choix le in addition to judicieux auto le in addition to répandu.

Toutes les autres couleurs disponibles sur le marché feront l'affaire pour les autres conducteurs : marron, noir, gris, violet, orange, and so on.

Les règles de l'art

Hiérarchie

Nos establishments sont alimentées en courant alternatif. Désigner la stage comme étant une polarité positive (le +) est une faute de langage tirée des establishments à courant continu, le courant sur un réseau alternatif cheminant tantôt dans un sens tantôt dans l'autre, ce à une fréquence de 50 fois standard seconde (50 Hz).

Il est néanmoins nécessaire d'établir une hiérarchie dans notre câblage. La stage est considérée comme étant le point d'arrivée du courant électrique (230 V) et le neutre child point de retour (0 V).

L'une des règles de l'art en matière de câblage consiste à faire cheminer en head lieu la stage standard les dispositifs de commande (interrupteurs, boutons poussoirs, contacts de relais, … ) et de terminer standard le neutre côté récepteurs (lampes, bobines de contacteurs, … ).

Couleurs

Une deuxième règle importante consiste à changer de couleur de fil chaque fois que l'on navigate un nouvel élément.

Ex: simple allumage

vatt3014_schema simple allumage

La stage en rouge part d'un disjoncteur d'éclairage pour rejoindre l'interrupteur

Un fil de couleur orange relie l'interrupteur à la lampe (appelé retour de lampe)

Le neutre en bleu part de la lampe pour rejoindre le disjoncteur

Ex:  va et vient

vatt2384_inter-va-et-vient

La stage en rouge part du disjoncteur pour rejoindre le head interrupteur

Deux fils marron relient les deux interrupteurs (les navettes)

Un fil de couleur orange relie le second interrupteur à la lampe (retour de lampe)

Le neutre en bleu part de la lampe pour rejoindre le disjoncteur

Cette hiérarchie et la différenciation des sorts de contacts standard les couleurs faciliteront grandement les raccordements à l'issue de l'installation et la upkeep en cas de alterations ou de dépannages.

Special case faite des contacteurs de puissance, comme standard exemple les contacteurs jour/nuit où stage et neutre conservent leur couleur.

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Cours électricité de bâtiment:

  voici un Cours electricite de batiment à partir d'un exemple concret pdf. Sur ce site  vous trouverez aussi les étapes de réalisation d’une installation électrique.

Une commande vocale 40 ou 20 canaux

Voici un circuit de haute technologie able de reconnaître 20 ou 40 commandes vocales préalablement mémorisées, en les associant à autant de combinaisons logiques visualisées standard l'intermédiaire d'un afficheur qui sera également utile durant les stages d'apprentissage, de vérification et de fonctionnement.


Il y a peu de temps, nous sommes penchés pour la première fois (ELM numéro 5, octobre 1999, pages 25 et suivantes), sur le domaine des systèmes de observation de la voix.

Nous vous proposions alors un circuit à 8 canaux dont les forays étaient activables, justement, à l'aide de commandes vocales.

Nous revenons sur ce sujet afin de vous offrir un nouveau montage de observation vocale basé, non in addition to sur un circuit complexe d'élaboration du flag, mais sur un seul circuit intégré fabriqué standard Hualon, le HM2007.

Ce microprocesseur est spécialement conçu pour la observation de la voix. Il est essentiellement composé d'un élaborateur muni d'un étage analogique pour l'amplification du flag provenant d'un mouthpiece, d'un convertisseur analogique/numérique, d'une unité logique pour l'apprentissage et la comparaison des quips ainsi que d'un transport de fight à 8 bits, standard l'intermédiaire duquel est signalée la commande reconnue ou les éventuels messages d'erreur.

Une vue générale du fonctionnement

Le circuit intégré HM2007 (U2) est conçu pour utiliser une mémoire externe (U3) dans laquelle seront conservés les sayings ou courtes phrases appris.

Il s'agit donc d'un microprocesseur LSI complexe et au potentiel énorme auto il permet de reconnaître jusqu'à 40 witticisms ou courtes phrases en associant une commande à chacun d'eux.

On peut résumer child fonctionnement ainsi : en prononçant un witticism ou une courte express à proximité du small scale électret, le HM2007 permet de le digitaliser (numériser) et de le comparer avec ceux précédemment mémorisés dans la SRAM.

Si la comparaison donne un résultat positif, le microprocesseur vocal présente le numéro de l'échantillon correspondant sur le transport de fight, dans la forme parallèle de 8 bits. Il faut, bien sûr, qu'une commande soit tout d'abord mémorisée et associée à un nombre pour pouvoir ensuite être reconnue : ce nombre peut être compris entre 1 et 20, ou bien entre 1 et 40, en fonction de l'état de la broche 13 WLEN (Word LENght).

Tableau 1 : Principales caractéristiques

Alimentation. .................................12 Vcc
Consommation. .................................200 mA
Reconnaissance vocale. ....................... 20 ou 40 canaux
Durée d’un message de commande. .............. 0,9 sec. ou 1,92 sec.
Echantillonnage de la voix. .................. automatique ou manuel
Mémorisation des commandes. ...................sur SRAM spéciale
Batterie tampon. ............................. 2 piles de 1,5 volt

La stage d'apprentissage s'effectue standard l'intermédiaire du receiver et d'un clavichord.

Nous décrirons d'abord le circuit de base permettant le fonctionnement du microprocesseur HM2007. En effet, s'il constitue à lui seul un système de observation vocale complet, un afficheur deux chiffres sera utile pour indiquer, entre autres, child état de fonctionnement.

Cet étage afficheur sera décrit ensuite.

Pour permettre au système de observation vocale d'activer des charges électriques, chaque fois qu'il reconnaît la commande correspondante, il faut mettre au point une interface proficient de lire le transport de données et skilled d'en exploiter les combinaisons logiques pour piloter un relais, un triac ou d'autres systèmes de commande.

En raison de la complexité de sa structure, le circuit intégré ne peut pas conserver de façon interne les commandes vocales : c'est pour cela qu'il a besoin d'une mémoire externe, une SRAM de 8 k x 8 (U3), devant être alimentée standard une heap de 3 volts, de façon à ne pas perdre les informations emmagasinées en cas de break d'alimentation.

La SRAM HY6264 contient donc tous les adages ou courtes phrases appris, chacune d'entre elles étant rappelée pour la comparaison pendant la réception d'un flag sound à l'entrée du receiver.

Chacune des paroles enregistrées est caractérisée standard une adresse précise et se trouve toujours à un même emplacement, qui lui est réservé en mémoire et qui compare à la combinaison d'apprentissage du harpsichord.

A présent que nous avons list of qualifications les principales caractéristiques de la commande vocale, voyons maintenant remark nous l'avons utilisée pour réaliser le schéma proposé en figure 2.

Le HM2007 fonctionne selon la arrangement conseillée standard le constructeur.

Il est muni d'un receiver "electretcondenser" pour recueillir les maxims ou courtes phrases prononcées standard l'utilisateur soit pendant l'apprentissage, soit en stage de commande, d'un piano à matrice et d'une mémoire SRAM.

Le tout est complété standard un lock à 8 bits nécessaire pour distinguer l'entrée/fight des données pendant l'apprentissage (écriture en SRAM) ou la comparaison des adages (address de la SRAM) et assurer l'émission des combinaisons logiques correspondant aux commandes reconnues.

On a prévu de relier au connecteur de fight à 14 broches une unité d'affichage, à deux chiffres, permettant de visualiser ce qui est tapé sur le piano, mais également le numéro du trench reconnu standard le microprocesseur.

Les deux digits permettent, en outre, la representation de 5 messages d'état, utiles pour l'utilisation du système auto ils indiquent la présence de la pressure principale (control on), une erreur de la mémoire lorsque le maxim prononcé est trop long ou trop court ou la non-surveillance du witticism.

Nous verrons in addition to tard tous les messages, mais pour l'instant, examinons les différentes parties du circuit, en voyant, standard la même event, remark opère le microprocesseur.Figure 1 : Le prototype monté. Le bus raccordé au module d’affichage peut également être relié à un circuit à relais pouvant commander jusqu’à 40 canaux ! (Ce circuit sera décrit prochainement).

Ce dont il s’agit…
La “commande vocale” est en réalité un module de reconnaissance de la voix, réalisé en utilisant un microprocesseur capable de mémoriser soit 20 soit 40 mots ou courtes phrases en leur assignant l’adresse donnée par l’utilisateur pendant la phase de programmation. Le système peut ensuite les reconnaître en produisant la même adresse sur un bus de 8 bits dont 4 représentent, en BCD, le chiffre correspondant aux unités et les quatre autres, celui correspondant aux dizaines (toujours en format BCD).
La capacité de reconnaissance est bonne et la tolérance plus qu’acceptable, même si, pour que tout fonctionne parfaitement, il faut essayer de répéter les commandes avec plus ou moins la même voix et la même cadence que celles utilisées lors de leur mémorisation. Cela signifie que le système répond exclusivement à celui qui l’a programmé, et qu’il n’accepte pas “d’ordres” de voix différentes ce qui n’est pas un inconvénient, au contraire.
Le microprocesseur permet, lors de l’apprentissage, par l’intermédiaire d’un clavier, de coupler des valeurs numériques à des mots ou à de courtes phrases captés par un microphone. Il peut ensuite vérifier, grâce à son système de comparaison, qu’un mot quelconque produise effectivement sur l’afficheur le nombre qui lui a été attribué.
Si, par exemple, on enregistre le mot “lumière” dans l’emplacement 01 de la mémoire, et si tout fonctionne normalement, en prononçant le mot “lumière” près du micro, on doit voir apparaître le chiffre “01” sur l’afficheur.
Si le microprocesseur ne reconnaît pas ce qui a été dit, on voit apparaître “77”, ce qui signifie : “le mot n’a pas de correspondance en mémoire”.
Lorsque la comparaison échoue parce que le mot est trop court ou, qu’au contraire, il est plus long que le temps maximum autorisé, les messages respectifs sont “66” et “55”.
Il faut considérer que ce montage ne garantit pas une grande sécurité. Il faut éviter de l’utiliser pour commander l’ouverture de la porte principale de votre habitation par exemple.
Pour vous assurer d’un fonctionnement parfait, il est préférable d’utiliser des commandes les plus différentes possible les unes des autres afin de réduire au maximum les “doutes” de la reconnaissance vocale.
Un circuit à relais exploitant les possibilités de ce montage sera décrit prochainement.

L’étude du schéma du circuit principal
Toute la procédure d’acquisition des mots ou courtes phrases est commandée à l’aide du clavier, nommé “TST” sur le schéma, de type à matrice de 3 colonnes et 4 lignes, connectées à K1, K2, K3 et K4 (lignes) et S1, S2 et S3 (colonnes).
Les touches numériques servent à composer le numéro du mot ou de la courte phrase de commande à mémoriser, tandis que CLR (*) et TRN (#) servent respectivement à effacer et à écrire une position de mémoire.
Dans le détail, CLR signifie que le mot ou la courte phrase associé au canal indiqué par le nombre visualisé doit être effacé, tandis que la touche TRN est celle qui indique à l’appareil de reconnaissance vocale que le mot qui va être prononcé doit être mémorisé à l’emplacement que l’on a tapé à l’aide du clavier.
Pour clarifier cette phase importante de l’utilisation, nous allons analyser le procédé de “clear-memory”, c’est-àdire l’effacement d’un mot et l’apprentissage d’une commande.
Pour effacer complètement le contenu de la RAM (clear-memory), il faut taper “99” sur le clavier, puis taper sur la touche “CLR”.
Par contre, pour effacer le mot ou la courte phrase correspondant à un canal déterminé, il suffit de taper sur le clavier le numéro du canal à effacer, puis CLR.
A titre d’exemple, on obtient l’effacement du message de commande du premier canal en tapant “01”, puis la touche “CLR”.
L’union d’une commande vocale et d’un canal s’effectue en tapant tout simplement le numéro désiré suivi de la touche “TRN”, en parlant près du micro, c’est-à-dire à une distance comprise entre 10 et 60 cm, avec une voix normale.
Imaginons, par exemple, que l’on veuille mémoriser le mot “lumière”, de façon à ce qu’il commande le canal “01”. On tape tout d’abord “01” sur le clavier, la diode LED reste éteinte, on appuie alors sur “TRN” et on contrôle que la diode LED s’allume, on prononce alors le mot “lumière”, la diode LED doit alors clignoter.
Pour les opérations de programmation ou d’effacement, il faut retenir deux choses très importantes : le temps réservé à chaque mot ainsi que le fonctionnement du clavier.
La durée autorisée pour chacun des mots ou des courtes phrases de commande est en fait prédéterminée et sélectionnée par l’intermédiaire du cavalier J1.
Si ce cavalier est ouvert (broche 13 du HM2007 placée à “0” grâce à une résistance de pull-down interne au microprocesseur), on peut enregistrer 40 mots ou courtes phrases de 0,9 seconde chacun, tandis que s’il est fermé (broche 13 au niveau haut), on peut en enregistrer 20 de 1,92 seconde chacun.
Evidemment, dans les deux cas, pendant le fonctionnement normal, le HM2007 peut identifier soit 40 soit 20 commandes et donc produire chaque fois les combinaisons logiques correspondant à chacune d’entre elles sur le bus de sortie.
Quant au fonctionnement du clavier, il faut préciser que le circuit intégré U2 le gère directement et qu’il est préprogrammé pour accepter soit des combinaisons à 1 chiffre, soit à 2 chiffres.
Pour indiquer la première dizaine, c’est-à-dire les chiffres de 1 à 9, il suffit de taper le chiffre correspondant, précédé de la touche 0.
Chaque fois que l’on appuie sur la touche d’un chiffre, ou bien lorsque le microphone capte un son ou une voix au-dessus du niveau du seuil établi à l’intérieur du HM2007, la diode LED reliée à la broche 7 (RDY) qui est normalement allumée, pour indiquer que le composant est prêt (ReaDY) à travailler, s’éteint.
LD1 se rallume à la fin de l’opération, qu’il s’agisse d’effacer, de mémoriser ou de tenter de reconnaître un mot ou une courte phrase.
Ceci étant dit, voyons à présent le circuit intégré HM2007 et les lignes correspondantes d’entrée/sortie.

Figure 2: Schéma de la carte principale du circuit de commande vocale.

Le fonctionnement du HM2007
Comme nous l’avons déjà vu, les broches 8, 9, 10 et 11, appelés K1, K2, K3 et K4, sont reliées aux lignes du clavier, tandis que les broches 4, 5 et 6, appelés S1, S2 et S3, sont connectées sur les colonnes du clavier.
Ce dernier est géré par le microprocesseur. En fait, un “0” logique “défile” sur les lignes S1, S2 et S3, tandis que les lignes K1, K2, K3 et K4 sont dotées, de façon interne, d’une résistance de pull-up et sont lues de façon cyclique.
Lorsque U2 détecte un “0” logique sur une entrée de ligne, cela signifie que l’on a appuyé sur une touche.
Nous avons dit que la voix captée par le microphone est numérisée à l’intérieur du HM2007 et mémorisée dans une SRAM externe de 8 kbytes. Cette mémoire est gérée par le circuit intégré à reconnaissance vocale de façon classique, c’est-à-dire par l’intermédiaire d’un bus d’adresse et d’un bus de données.
Le premier est composé des 13 lignes de sortie de U2 référencées de A0 à A12, qui correspondent aux 13 lignes d’entrées correspondantes (A0 à A12) de la mémoire U3.
Le HM2007 peut ainsi adresser 8192 emplacements mémoire.
Le bus de données est bidirectionnel, il est à 8 bits repérés sur le schéma par D0 à D7. Ce bus est connecté aux lignes de données (D0 à D7 également) de la mémoire SRAM et aux broches d’entrée d’un latch de type 74HC373 ou 74LS373.
Le microprocesseur de reconnaissance vocale utilise trois autres lignes particulières de sortie pour travailler avec la mémoire et le latch : la ligne DEN (Data Enable Signal), la MR/MW (Memory Read / Memory Write) ainsi que la ME (Memory Enable).
La première sortie (broche 16 de U2) est reliée à la broche 11, LE (Latch Enable) du 74HC373 ou 74LS373, la seconde (broche 35) et la troisième (broche 34), sont respectivement reliées aux broches 27, WE (Write Enable), 20, CE (Chip Enable) et 22, OE (Output Enable) de la mémoire SRAM.
Le fonctionnement de ces lignes de contrôle est évident, mais donnons-en tout de même une brève explication.
Le microprocesseur HM2007 utilise le bus de données (D0 à D7) pour inscrire une donnée en mémoire, pour lire une donnée de la mémoire ou pour présenter à U4 le résultat d’une opération de reconnaissance.
Voyons donc quels sont les rôles assumés par les trois lignes de contrôle pendant chacune de ces phases.
Commençons par l’accès à la mémoire SRAM. Pour inscrire une donnée en mémoire, U2 doit porter sa broche MR/MW au niveau logique “0” pour sélectionner l’inscription en mémoire (broche Write Enable de U3 au “0” logique), il doit ensuite présenter respectivement l’adresse de la mémoire ainsi que la donnée à écrire sur les deux bus. Pour finir, il doit enfin mettre, pour un bref instant, sa broche 34 (CE et OE de la mémoire) à un niveau logique bas. L’inscription en mémoire est alors terminée.
Le même procédé sert également pour la lecture d’une donnée de la mémoire SRAM, la seule différence étant la ligne MR/MW qui, cette fois, est maintenue au niveau logique 1 pour indiquer à la mémoire que l’opération en cours est une opération de lecture: broche Write Enable de U3 au niveau logique 1.
Le troisième et dernier rôle confié au bus de données, est de faire transiter vers le latch, et donc vers l’afficheur, le nombre associé à un mot ou à une courte phrase reconnu, ou bien le nombre tapé sur le clavier, ou bien encore un nombre utilisé par le HM2007 afin de valider le résultat d’une opération.
Lorsque l’une de ces trois fonctions est demandée, le HM2007 prépare la valeur sur le bus de données et produit une impulsion sur la broche DEN.
La valeur qui se trouve sur le bus de données est ainsi “latchée” et maintenue sur les broches de sortie de U4, le 74HC373 ou 74LS373.
Pendant cette phase, les deux lignes “Chip Enable” et “Output Enable” de la mémoire sont maintenues au niveau logique haut : la mémoire SRAM est alors désactivée.
La valeur présentée sur le bus de données, à la fin d’une reconnaissance ou pendant le processus d’apprentissage, est toujours exprimée en format BCD. En bref, le byte peut être décomposé en deux chaînes qui expriment, en format BCD, le nombre des unités et celui des dizaines, et c’est en fait exactement ce que nous faisons avec notre circuit de visualisation.

Vers le circuit de visualisation
La chaîne de D0 à D3 est respectivement envoyée aux broches A à D d’un 7448 (U2 du circuit de visualisation) qui contrôle l’affichage des unités.
L’autre chaîne du bus de données, c’est-à-dire les broches D4, D5, D6 et D7 sont respectivement connectées aux entrées A à D d’un second 7448 (U1 du circuit de visualisation) gérant l’affichage des dizaines.
Les deux circuits intégrés 7448 ont pour rôle de convertir la donnée en format BCD à 7 segments et les sorties correspondantes sont inter facées, grâce à des résistances externes de limitation de courant, à des afficheurs 7 segments à diodes LED.

Figure 3 : Brochage et fonctions de la mémoire 8 k x 8 SRAM utilisée dans cette réalisation.

Figure 4 : Schéma de la carte d’affichage du circuit de commande vocale.

A l’intérieur du HM2007
Le coeur de notre système de reconnaissance vocale est un microprocesseur composé d’un étage analogique pour l’amplification du signal provenant d’un micro, d’un convertisseur analogique/numérique, d’une unité logique pour la comparaison et l’apprentissage des mots ou courtes phrases, ainsi que d’un bus de sortie à 8 bits pour l’interface avec un circuit afficheur et l’unité d’exploitation des commandes.
Le circuit intégré doit être couplé à une mémoire externe dans laquelle sont stockés les mots appris.
Le HM2007 est un microprocesseur au potentiel énorme, qui permet de reconnaître jusqu’à 40 commandes, sous forme de mots ou de courtes phrases, en associant chacune d’elles à une adresse spécifique.
En prononçant une commande, préalablement apprise, à proximité du microphone, le composant présente, sur le bus de sortie, le numéro (composé de deux chaînes en format BCD) correspondant au canal de la commande reconnu.
Pour fonctionner, le microprocesseur a donc besoin d’un microphone électret, pour recevoir les commandes prononcées par l’utilisateur pendant l’apprentissage ainsi que durant la phase d’exécution, d’un clavier à matrice destiné à l’entrée de valeurs numériques ou de commandes spécifiques, ainsi que d’une mémoire SRAM connectée au bus de données et au bus adresse. Un latch vient compléter cet ensemble à 8 bits, nécessaire pour distinguer entrée/sortie des données, pendant l’apprentissage (inscription en mémoire) ou durant la confrontation du son reçu par le microphone avec les commandes vocales de référence (lecture de la RAM) et l’émission des combinaisons.
Signalons que l’étage analogique d’entrée peut être désactivé en mettant la broche 15 (WAIT) au niveau logique 0 et qu’il est également équipé d’une sorte de circuit à seuil qui permet de générer le trigger pour l’échantillonnage de la voix captée par le micro lorsque son intensité dépasse une valeur déterminée : cela permet un fonctionnement tout à fait automatique, c’est-à-dire une véritable commande vocale sans aucune intervention manuelle de la part de l’utilisateur. Si le mot n’est pas reconnu, il suffit d’attendre un instant puis de le répéter.
Le microprocesseur est muni d’une sortie (broche 7) pour piloter une diode LED indiquant l’état : cette dernière est normalement allumée et s’éteint lorsque l’on appuie sur une touche du clavier.
Elle se rallume ensuite lorsque l’on tape CLR ou TRN pour activer l’opération d’effacement ou d’apprentissage.
Après avoir alimenté le circuit de reconnaissance vocale, la diode LED est allumée et l’affichage indique 00. En prononçant une commande préalablement mémorisée, la diode LED s’éteint juste un instant et l’adresse correspondant à ce mot apparaît à son tour sur l’affichage.
En temps normal, c’est-à-dire lors de la phase de reconnaissance, la diode LED s’éteint lorsque le circuit VOX interne au HM2007 relève la présence de la voix et se rallume par l’intermédiaire de la broche 13 (WLEN) lorsque le temps fixé s’est écoulé. Lorsque cette broche est reliée au positif, la durée de chaque commande est de 1,92 seconde, ce qui équivaut à 20 commandes vocales, tandis que si elle reste déconnectée (pull-down interne), la durée est de 0,9 seconde et permet 40 commandes vocales.

Figure 5a : Vue sur le microprocesseur HM 2007 et sa mémoire SRAM.

Figure 5b : Brochage du HM2007.

Figure 5c : Tableau des fonctions des broches du HM2007.

La détection et l’exploitation de la voix
Voyons à présent comment s’opère la réception ainsi que l’éventuelle exécution d’une commande vocale : au repos, au moment où le microphone “MIC” capte une voix ou un bruit dont le niveau dépasse celui du seuil, le microprocesseur commence à travailler, en effectuant la conversion A/D. En parallèle, il effectue la comparaison des données de l’échantillon avec celles qui se trouvent en mémoire.
Cette opération consiste à confronter les données acquises avec celles disponibles en mémoire, d’une allocation initiale à une autre finale.
Si le microprocesseur est programmé pour travailler avec 20 mots, la mémoire est subdivisée en autant de zones, chacune caractérisée par une adresse initiale, une adresse finale et d’un nombre compris entre 1 et 20.
L’adresse initiale et l’adresse finale de cette portion de mémoire sont calculées par le microprocesseur en fonction de la position du cavalier J1, c’est-à-dire par l’état de l’entrée WLEN (Word LENgth select pin).
Pendant un processus de reconnaissance, le microprocesseur place dans sa mémoire interne le résultat de la conversion A/D du mot ou de la courte phrase reçu par le microphone. Il transfère également dans sa RAM interne zone mémoire numéro 1.
Une fois cette phase terminée, le microprocesseur applique l’algorithme de reconnaissance numérique entre le mot obtenu par le résultat de la conversion A/D et celui lu dans la première zone de mémoire.
Si le résultat de la comparaison est positif, le microprocesseur produit le nombre 1, dans le format déjà vu précédemment, sur le bus de données.
Dans le cas contraire, il effectue un nouveau transfert de données de la mémoire externe vers sa mémoire interne, puis il procède à une nouvelle confrontation. Si le résultat est à nouveau négatif, il poursuit avec les autres zones de mémoire jusqu’à atteindre le dernier mot ou phrase mémorisé : le numéro 20 dans notre exemple ou le numéro 40 si J1 est ouvert.
Dans le pire des cas, si le mot prononcé au micro coïncide avec celui en mémoire à l’allocation 40, le processus tout entier ne dure pas plus de 300 millisecondes !

Figure 6 : Schéma d’implantation des composants de la carte principale du circuit de commande vocale.

Figure 7: Photo de la carte principale. Les composants de cette carte sont montés sur un circuit imprimé double face.

Figure 8a : Dessin du circuit imprimé à l’échelle 1 de la face soudures du circuit principal de commande vocale.

Figure 8b : Dessin du circuit imprimé à l’échelle 1 de la face composants. Si vous réalisez le circuit imprimé vous-même, les pastilles devront toutes être en liaison avec la face opposée, soit en soudant le composant qui les traverse des deux côtés, soit par un petit morceau de chute de queue de résistance.

Liste des composants de la carte principale
R1 = 6,8 kΩ
R2 = 10 kΩ
R3 = 22 kΩ
R4 = 100 kΩ
C1 = 220 μF 16 V électrolytique
C2 = 100 μF 16 V électrolytique
C3 = 100 nF multicouche
C4 = 1 μF 63 V polyester pas de 5 mm
C5 = 4,7 nF 63 V polyester pas de 5 mm
C6 = 220 μF 16 V électrolytique
U1 = Régulateur 7805
U2 = Intégré HM2007P speech recognition
U3 = SRAM 8K x 8 HY6264
U4 = Latch 74HC373
Q1 = Quartz 3,58 MHz
LD1 = Diode LED rouge 5 mm
D1 = Diode 1N4007
D2-D3 = Diode 1N4148
TST = Clavier à matrice 12 touches

Divers :
1 Support 2 x 10 broches
1 Support 2 x 14 broches
1 Support 2 x 24 broches
3 Borniers 2 pôles
1 Connecteur male 14 broches pour ci (AMP-MODU II)
1 Câble plat 14 conducteur
2 Connecteurs femelles 14 points pour câble plat (AMP-MODU II)
1 Support 2 piles 1,5 V pour ci
1 Radiateur ML26 ou équivalent
7 Picots en bande sécable
2 Cavaliers type informatique
1 Circuit imprimé double face réf. S338B


L’alimentation
Nous terminerons la description des circuits en disant que le module principal est alimenté par une tension continue de 12 volts sous 300 milliampères, appliquée aux points + et – 12 volts du bornier. Cette tension, après avoir traversé D1 sera disponible sur le connecteur 14 broches. Le régulateur U1, un classique 7805, sert à obtenir les 5 volts stabilisés, nécessaires au fonctionnement de la logique, c’est-à-dire du HM2007, de la SRAM, du latch et du module d’affichage complet.
Le + 12 volts n’est, en réalité, pas utilisé dans notre application, bien qu’il soit disponible sur le connecteur 14 broches. Il pourra être nécessaire pour un circuit de commande qui sera raccordé au système.
Un dernier détail concernant la sauvegarde des données de la SRAM. On peut penser qu’une telle commande reste en permanence sous tension.
Sinon, quel intérêt ? Donc, en temps normal, c’est-à-dire s’il n’y a pas de coupure de courant, la SRAM est toujours alimentée par l’intermédiaire de la diode D2, qui lui fournit les 5 volts prélevés à la sortie du régulateur U1.
Les piles n’interviennent pas et la diode D3 empêche que le courant de l’alimentation ne les atteigne.
Lorsque la tension secteur, donc le 12 volts, vient à manquer, les piles continuent d’alimenter la RAM par l’intermédiaire de la diode D3, tandis que D2 empêche celles-ci de prendre également en charge le reste du circuit.
On peut donc, à présent, s’intéresser à la construction du système pour lequel il faut deux circuits imprimés, un pour le circuit de commande vocale et un pour le circuit d’affichage.

Figure 9 : Schéma d’implantation des composants de la carte d’affichage du circuit de commande vocale.

Figure 10 : Le circuit d’affichage terminé.

Figure 11 : Dessin du circuit imprimé à l’échelle 1 de la carte d’affichage.

Liste des composants de la carte d’affichage
R1à R14 = 220 Ω
C1 = 100 nF multicouche
C2 = 100 nF multicouche
U1-U2 = Intégré 74C48
Décimal = Afficheur 7 seg. cath. commune
Unity = Afficheur 7 seg. cath. commune

Divers :
2 Support 2 x 8 broches
1 Connecteur mâle 14 broches pour ci (AMP-MODU II)
2 Entretoises 1,5 cm environ
1 Circuit imprimé réf. S338D


La réalisation
Vous pouvez réaliser les circuits imprimés à l’aide des figures 8 a et b et 11, par votre méthode habituelle. Ces circuits sont également disponibles déjà percés et sérigraphiés.
Si vous réalisez le circuit double face vous-même, n’oubliez pas les diverses liaisons entre les deux côtés.
Lorsque vous disposerez des circuits imprimés ainsi que des composants nécessaires, commencez par monter les résistances et les diodes, puis insérez les supports, qui doivent être de type avec contacts “tulipe” car ils facilitent la soudure des broches sur les deux faces.
Poursuivez avec les condensateurs, en veillant à la polarité des électrolytiques, puis continuez avec les composants restants, en vous rappelant qu’il faut orienter chacun d’eux comme indiqué dans les figures 6 et 9.
Encore une fois, n’oubliez pas de souder des deux côtés du circuit principal les composants dont les trous ont des pistes communes sur chaque face.
Une fois tous les composants montés et les soudures terminées, placez les circuits intégrés sur leurs supports respectifs en respectant l’orientation de leur encoche-détrompeur.
Pour assembler les circuits, vous pouvez utiliser de petites entretoises, métalliques ou non, d’une hauteur d’environ 1,5 cm. Vous obtiendrez ainsi un ensemble semblable à ce que vous pouvez voir sur les photos présentes dans ces pages.
Quant à l’interconnexion des deux platines, utilisez des connecteurs mâles à 14 broches (type AMP-MODU II) au pas de 2,54 mm et réalisez un morceau de câble plat finissant par des connecteurs femelles du même type.
Le clavier doit être de type à matrice de 4 lignes pour 3 colonnes. Ses lignes doivent être connectées, de façon ordonnée, aux points K1, K2, K3 et K4 du microprocesseur U2, et ses colonnes, respectivement à S1, S2 et S3.
Pour les deux piles LR6 de sauvegarde, fixez deux supports individuels sur le circuit imprimé principal, puis reliez les contacts aux pistes respectives en faisant attention à la polarité indiquée.
Les contacts pour les cavaliers J1 et J2 du circuit principal sont réalisés à l’aide de picots en bande sécable au pas de 2,54 mm.
Les cavaliers eux-mêmes proviennent des surplus informatiques.
Souvenez-vous que lorsque J1 est ouvert, le système peut travailler avec 40 commandes d’une durée de 900 ms chacune, tandis que lorsqu’il est fermé, les commandes se réduisent à 20, mais de 1,9 seconde.
Par contre, J2 est le cavalier qui décide d’activer ou de désactiver l’interface audio du HM2007 : fermé, il permet de déchiffrer ce que capte le microphone, alors qu’ouvert, il bloque l’interface audio, et donc, il empêche de recevoir les commandes vocales et de mémoriser des mots.

Figure 12 : Le système de reconnaissance prêt à fonctionner, avec son affichage, son micro et son clavier.

Comment gérer les sorties
Pour permettre au circuit principal d’activer des charges électriques chaque fois qu’une commande vocale est reconnue, il faut lui relier une interface capable de lire le bus de données et capable d’en utiliser les combinaisons logiques pour piloter des relais par exemple.
Dans ce but, nous vous présenterons dans un prochain numéro des circuits de commande d’utilisation générale.
Ceux qui veulent se lancer dès maintenant trouveront en figure 13a le schéma électrique d’une inter face simple capable de commander 10 relais.
Les quatre bits qui expriment les unités du numéro de commande reconnue sont envoyés à un latch 74LS373 puis à un convertisseur BCD/décimal 4028. La broche LE (Latch Enable) du latch est gérée par une simple logique, contrôlée, cette fois, par les bits des dizaines du numéro reconnu.
Ainsi, le nombre qui apparaît sur l’afficheur des unités, en format BCD sur le bus, sera converti en décimal sur les lignes de sortie du 4028 pour commander un des 10 relais.

Figure 13a : Schéma électrique d’une interface simple 10 sorties basée sur un 4028.

Figure 13b : Table de vérité du convertisseur BCD-décimal CD4028.

Figure 13c : Schéma synoptique interne et brochage du latch 74HC373 ou 74LS373.

Figure 13d : Table de vérité du latch 74HC373 ou 74LS373.

Pour conclure
Dès que vous alimentez le montage, vérifiez que les afficheurs indiquent 00. Effacez ensuite la SRAM pour éliminer toutes les données éventuelles qui pourraient fausser le fonctionnement, ou bien faire obstacle à l’enregistrement dans des positions déterminées : dans ce but, tapez 99 sur le clavier, suivi de CLR.
Vous pouvez alors essayer le circuit en vous souvenant que l’association d’une commande vocale avec un canal s’effectue en tapant simplement le numéro désiré suivi de TRN, et donc en parlant tout près du microphone, à une distance comprise entre 10 et 60 cm, avec une voix normale. On tape par exemple “01” au clavier et on prononce “un” en vérifiant que la LED s’allume, puis on tape “02” au clavier et on prononce “deux”, on poursuit de façon à mémoriser quelques mots. Ensuite, on essaye de prononcer “un”. Si tout fonctionne correctement sur l’afficheur, on voit apparaître les chiffres “0” et “1”. Et ainsi de suite pour chaque commande enregistrée.

  Une serrure électronique de sécurité à transpondeurs

En approchant d’elle un transpondeur préalablement validé, cette serrure électronique, simple mais à haut degré de sécurité, commande un relais, en mode bistable ou à impulsions. Grâce à une EEPROM dédiée, chaque système peut permettre l’accès à 200 personnes différentes pourvu que chacune d’elles soit munie d’un badge en forme de carte ou de porte-clefs, ou d’un autre dispositif compatible.


L’accès à des zones particulières de certains locaux d’un immeuble ou à certains services, peut aujourd’hui être facilement limité par divers moyens. Parmi les systèmes dans lesquels l’électronique règne en maître, on peut choisir, soit une radiocommande codée, soit une clef à contacts (button key), soit un badge magnétique, soit une carte à puce ou bien encore un transpondeur.
Ce dernier, constitue certainement un moyen hautement technologique pour réaliser un contrôle d’accès sûr, discret, et pratiquement inusable. En effet, le système à transpondeur est le seul dont la commande n’ait aucun contact physique avec le récepteur et qui, de plus, soit entièrement passive (elle ne requiert aucune alimentation).
On verra tout de suite l’avantage que l’on peut tirer de cette absence de contact. Dans tous les autres systèmes, le lecteur doit, évidemment, être apparent. Comme ce n’est pas le cas ici, le lecteur de transpondeurs pourra facilement être dissimulé dans une cache pratiquée dans un mur et recouverte par un matériau non ferreux. Voilà votre commande de serrure électrique soustraite à la vindicte des vandales et voleurs de tous poils. Mieux, comme le transpondeur n’est pas alimenté par une pile, plus de décharge intempestive. Donc, plus besoin de serrure à clef. Des portes sans barillet visible de l’extérieur mais parfaitement fermées… le cauchemar des rois du crochet !

Le fonctionnement des systèmes à transpondeurs
En fait, le transpondeur est un microcircuit électronique alimenté par l’intermédiaire d’un petit solénoïde, aux bornes duquel sont placés un redresseur et un condensateur de filtrage.
Le tout peut être logé dans une carte au format ISO7811 (type carte bancaire…), ou encore dans un boîtier en forme de porte-clefs (voir figure 9).
La clef à transpondeur est donc identifiée par le lecteur sans nécessiter d’alimentation car elle prélève le courant dont elle à besoin grâce à un stratagème.
Le circuit qui va lire le code du transpondeur, joue le rôle d’excitateur, dans le sens où il produit un champ électromagnétique (à une fréquence de 125 kHz), d’une intensité relativement faible, mais suffisante pour déterminer, aux bornes de la bobine interne du transpondeur, une différence de potentiel de quelques volts.
Cette tension alternative est redressée puis filtrée, afin d’obtenir une tension continue destinée à alimenter le microcircuit contenu dans le dispositif (carte ou porte-clefs).
En conséquence, la logique produit, en mode sériel, des impulsions composant le code, qui font passer en conduction un transistor FET, auquel est confié le rôle de charger la bobine autant de fois que le code envoyé comporte de niveaux hauts.
Le solénoïde rayonnant du lecteur et celui logé à l’intérieur du transpondeur sont pratiquement comparables au primaire et au secondaire d’un transformateur.
Par le système très connu des inductions mutuelles, la charge produite par la commutation du transistor FET est interprétée comme des variations de courant sur le lecteur.
Un système d’amplification et de mise en forme reconstitue les impulsions, qu’un microcontrôleur peut lire et interpréter facilement.
Après cette synthèse du fonctionnement des systèmes à transpondeur nous allons passer à la description de notre application.

L’étude du schéma
Pour fixer les idées, on peut considérer que le transpondeur (carte ou porteclefs) peut être considéré comme une simple clef et que le circuit de lecture (notre montage) est équivalent au mécanisme d’une serrure dont la commande du pêne serait un relais.
Ce dernier peut fonctionner en mode bistable ou à impulsions, en fonction du réglage d’un trimmer (voir R11).
Dans le mode bistable, RL1 change d’état à chaque fois qu’est approché un transpondeur, parmi ceux préalablement validés. Par contre, en mode monostable (à impulsions), le relais colle en présence d’un transpondeur valide et décolle après une temporisation dépendant du réglage du trimmer R11.
Dans chaque cas, la serrure est activée en approchant simplement un transpondeur du solénoïde L1, dans un rayon de 5 à 6 centimètres.
Chaque transpondeur est personnalisé avec un code unique. Ainsi, afin que la carte de base reconnaisse un ou plusieurs transpondeurs, il est nécessaire de procéder à une validation de ces derniers par l’intermédiaire d’une phase de programmation appropriée.
Notre système comporte une EEPROM sérielle de 256 kbits, permettant de mémoriser les codes de 200 transpondeurs.
Cela signifie qu’en équipant un portail automatique avec notre “serrure”, ce sont 100 personnes différentes (à raison de 2 transpondeurs par personne) qui pourront commander son ouverture.
Mais entrons à présent dans le vif du projet. En observant le schéma synoptique on peut se rendre compte qu’il peut être décomposé en 5 blocs (voir figure 1).

1 Lecteur-décodeur de transpondeurs
2 Logique de traitement à microcontrôleur
3 Mémoire
4 Organe de sortie
5 Alimentation

Voyons comment est constitué le circuit, en partant de la section de lecture (voir figure 2).
Le dispositif principal est le circuit intégré U2270 de la société Temic (U3), un chip spécialisé pour la réalisation de lecteurs de transpondeurs passifs.
Celui-ci, procède à la génération d’un champ magnétique à 125 kHz (par l’intermédiaire d’un oscillateur interne) et le rayonne dans l’environnement à l’aide de la bobine L1.
Une partie du signal présent entre le condensateur C8 et la bobine L1 permet, au repos, de trouver aux bornes de C11, une tension continue fournie par le redresseur D2, qui laisse passer uniquement les demi-onde positives du signal sinusoïdal qui traverse la bobine.
Si un transpondeur est approché de cette bobine à une distance telle qu’il induise une consommation significative dans le circuit à 125 kHz, la variation de la consommation de L1, due à la commutation de la logique interne du transpondeur, détermine également un changement de l’amplitude de la tension appliquée entre l’anode de D2 et la masse.
De ce fait, nous retrouvons un signal rectangulaire basse fréquence (quelques centaines de hertz) aux bornes de C11.
Ce nouveau signal, dû au transpondeur, est appliqué sur la broche d’entrée (4) à travers du condensateur de liaison C9.
Un amplificateur et un étage de mise en forme servent à l’extraction des impulsions et à redresser les fronts montants et les fronts descendants.
Ainsi, le signal qui sort de la broche 2 est prêt pour être lu par le microcontrôleur U4.
Ce dernier, procède à l’acquisition de chaque lecture, en vérifie le format et le “checksum”.
A ce propos, nous rappelons que les transpondeurs que nous utilisons envoient, sous forme de variation de champs, un maximum de 64 impulsions.
Les 9 premières sont un code de synchronisme (start), pour indiquer au dispositif de lecture qu’il doit procéder à l’acquisition, les 40 suivantes sont les données réelles (organisées en 5 lignes de 4 colonnes), 10 servent pour la parité de ligne et 4 pour la parité de colonne.
Lorsque la lecture du transpondeur est considérée comme valide, le microcontrôleur vérifie l’état des cavaliers A et B et agit en conséquence.
Si les cavaliers A et B sont tous les deux ouverts, il compare le code extrait du transpondeur, avec ceux (ils peuvent être de 200 au maximum) écrits dans l’EEPROM 24LC256. Puis, s’il trouve que le code reçu correspond à l’un de ceux mémorisés, il commande l’activation de la broche 2 (sortie relais), suivant le mode choisi à l’aide du trimmer R11: monostable ou bistable.
Ceci est le fonctionnement normal.
Si, au lieu de cela, le microcontrôleur trouve le cavalier J1 fermé en position B, il transmet le code reçu dans la mémoire externe U5 pour mémorisation.
Pour cela, il envoie les données concernées, de sa ligne “GP2”, au “Serial-Data” du circuit mémoire U5, cadençant la communication par l’intermédiaire du signal d’horloge produit par sa broche 3 (GP4) reliée directement à la broche 6 (SCL) de la 24LC256.
Si le cavalier J1 est fermé en position A, le microcontrôleur active la routine d’effacement. Une fois le code reçu, il procède à sa comparaison avec ceux écrits dans les différents espaces de la mémoire U5. Dès qu’il trouve le code équivalent, il l’efface.
Si on tente une procédure d’effacement à l’aide d’un transpondeur n’ayant jamais été mémorisé, la procédure est activée mais rien ne se passe.
La portée du capteur, en fait la distance à laquelle il convient d’approcher le transpondeur afin d’être sûr que le lecteur pourra recevoir les données, a volontairement été réduite à 5 ou 6 centimètres. Cela pourrait paraître peu commode, toutefois, dans la pratique, il est facile de faire presque toucher le transpondeur avec la surface de lecture.
Ce comportement est plus proche de nos habitudes.
Certes, l’absence d’une signalisation immédiate (LED ou buzzer) ne permet pas, spécialement en phase de programmation ou d’effacement, la vérification de l’opération effectuée. La simplification est à ce prix. Il faut dire que les transpondeurs ne sont pas enregistrés ou invalidés toutes les 5 minutes. Vous trouverez dans les paragraphes suivants les procédures les plus simples pour ces opérations.
En cours de fonctionnement normal, ce problème ne se pose pas, car le retour de l’information est fourni par l’activation de la charge.

Figure 1 : Schéma synoptique de la serrure électronique à transpondeurs.

Figure 2 : Schéma électrique de la serrure électronique à transpondeurs.

Figure 3 : Structure interne du microcontrôleur PIC 12C672.

Figure 4 : Brochage du microcontrôleur PIC12C672.

Figure 5 : Brochage de la mémoire 24LC256.

Figure 6 : Schéma d’implantation des composants de la serrure électronique à transpondeurs.

Figure 7: Le prototype de la “serrure” à transpondeur.

Figure 8 : Dessin du circuit imprimé, à l’échelle 1, de la serrure électronique à transpondeurs.

Liste des composants
R1 = 68 kΩ
R2 = 50 kΩ trim. multitours
R3 = 39 kΩ
R4 = 330 Ω
R5 = 220 Ω
R6 = 10 kΩ
R7 = 470 kΩ
R8 = 4,7 kΩ
R9 = 4,7 kΩ
R10 = 4,7 kΩ
R11 = 4,7 kΩ trim. mont. horiz.
R12 = 10 kΩ
R13 = 1,2 kΩ
R14 = 4,7 kΩ
R15 = 2,2 kΩ
C1 = 220 μF 25 V électrolytique
C2 = 47 μF 25 V électrolytique
C3 = 4,7 nF 100 V polyester pas 5 mm
C4 = 47 μF 25 V électrolytique
C5 = 220 μF 16 V électrolytique
C6 = 100 nF multicouche
C7 = 47 μF 25 V électrolytique
C8 = 2,2 nF multicouche
C9 = 1500 pF céramique
C10 = 330 nF 100 V polyester pas 10 mm
C11 = 1500 pF céramique
C12 = 100 nF multicouche
C13 = 100 nF multicouche
D1 = Diode 1N4007
D2 = Diode 1N4148
D3 = Diode 1N4007
T1 = Transistor NPN MPSA13
T2 = Transistor NPN BC547B
U1 = Régulateur 78L05
U2 = Régulateur 7812
U3 = Intégré U2270B
U4 = μcontrôleur PIC12C672-P (MF318)
U5 = Mémoire 24LC256
RL1 = Relais 12 V 1 RT pour ci
L1 = Bobine 200 spires fil CU émail 4/10
J1 = Cavalier (voir texte)

Divers :
1 LED Ø 5 mm
3 Borniers 2 pôles
1 Bornier 3 pôles
3 Picots en bande
1 Circuit imprimé réf. S318


Les lecteurs de transpondeurs…
Qu’est-ce que c’est et comment ça fonctionne ?

Figure 9 : Les deux types les plus courants de transpondeurs.

Pour comprendre le fonctionnement de la serrure électronique proposée dans ces pages, il faut se référer à la théorie des transpondeurs. Ce sont des dispositifs électroniques dits passifs, car ils prélèvent l’énergie nécessaire à leur fonctionnement du champ magnétique dans lequel ils sont immergés, lorsqu’ils sont approchés de la bobine du lecteur.
A l’intérieur d’un transpondeur, il y a un solénoïde, qui, sous l’effet des lignes de force d’un champ électromagnétique variable, produit, à ses extrémités, une différence de potentiel alternatif, laquelle, redressée et filtrée par des diodes et des condensateurs CMS, permet d’obtenir une tension continue qui alimente les circuits logiques internes. Ces circuits génèrent, en mode sériel, les données incluses dans une mémoire.
Mais comment se fait la transmission de ces données ? C’est simple : un FET, piloté par les impulsions produites par la logique interne, ferme et ouvre rapidement les bornes de la bobine (le condensateur de filtrage ne se décharge pas, car la diode de redressement laisse passer le courant uniquement dans le sens de la charge), déterminant une légère variation du flux magnétique. En substance, il se passe la même chose que dans un transformateur électrique dont le secondaire est chargé par un utilisateur : le courant dans le primaire croit en conséquence.
Dans notre système, le primaire est l’enroulement du lecteur, qui génère le champ à 125 kHz. Le secondaire est constitué par le solénoïde interne du transpondeur. A chaque fermeture, la réaction d’induction provoque une légère augmentation de la consommation de courant dans le lecteur.
De ce fait, en interposant une résistance en série avec l’enroulement primaire, il est facile de relever les impulsions et, après les avoir fortement amplifiées et remises en forme, on obtient un signal identique à celui émis par la logique du transpondeur.
Pour compléter l’exposé, il faut dire que les transpondeurs se divisent en deux grandes catégories : ceux utilisés dans notre projet sont des modèles à lecture seule car ils ne peuvent envoyer des données que lorsqu’ils sont interrogés. Par contre, il en existe également des transpondeurs inscriptibles, caractérisés par le fait que l’on peut écrire des informations directement depuis le lecteur.

Figure 10: La gestion de la lecture des codes contenus dans le transpondeur est confiée à un circuit particulier de la société Temic, le U2270B.

Figure 11 : Schéma synoptique interne du Temic U2270B.

Figure 12 : Brochage du U2270B et fonction de chaque broche.

Notre dispositif ne prévoit qu’un seul réglage à effectuer, celui du trimmer R2. Avec ce trimmer, il est possible d’ajuster la fréquence des impulsions présentes sur la bobine de lecture.
Cette fréquence doit être de 125 kHz.
Ce réglage peut être effectué empiriquement, de manière à rendre la portée du système égale à environ 6 centimètres ou bien avec précision, en utilisant un oscilloscope ou un fréquencemètre.
Le trimmer R11, permet, quant à lui, de décider du mode de fonctionnement du relais : en le tournant entièrement à gauche, on obtient un fonctionnement astable, avec un temps d’activation du relais égal à 0,5 seconde; en le tournant vers la droite, ce temps augmente jusqu’à un maximum de 20 secondes. Si le curseur de R11 est placé complètement à droite, on sélectionne le mode de fonctionnement bistable.
J1, en fonction de la position du cavalier, sélectionne la procédure d’auto-apprentissage d’un transpondeur (en position B), l’effacement de la mémoire (position A) ou le fonctionnement normal, J1 ouvert. Si on doit enregistrer un grand nombre de transpondeurs, on peut remplacer J1 par un inverseur miniature à zéro central.

Figure 13: Photo de la partie des trimmers et de J1.

Figure 14: Partie du schéma d’implantation avec R2, J1 et R11.

L’auto-apprentissage des codes
La validation des transpondeurs peut intervenir à tout instant. En effet, le programme principal “tournant” dans le microcontrôleur surveille en permanence l’état des cavaliers A et B.
En fermant le cavalier connecté à la broche 6 de U4 sur B, il suffit d’approcher un transpondeur du lecteur. Il est alors lu et son code est mémorisé dans U5.
Après cela, il faut retirer le cavalier et l’acquisition est terminée.
Pour vérifier qu’elle s’est déroulée convenablement, il suffit d’approcher le transpondeur du solénoïde et de vérifier que le relais est activé, suivant le mode choisi.
Si nous voulons mémoriser le code d’un autre transpondeur, il faut répéter la procédure, fermer de nouveau le cavalier B, approcher le nouveau transpondeur de la bobine L1, l’éloigner et ouvrir B, puis faire la vérification.
Cette opération peut être répétée 200 fois, ceci pour le nombre maximum de transpondeurs validés.

La suppression des codes
Il est également possible de supprimer un code de la mémoire, lorsqu’on souhaite, par exemple, retirer une autorisation d’accès à un détenteur de transpondeur.
Dans ce cas, il faut, dans l’ordre, fermer le cavalier A, approcher le transpondeur près de la bobine L1, puis éloigner le transpondeur et ouvrir le cavalier A.
Pour contrôler que l’effacement a été mené à bon terme, il suffit d’approcher à nouveau le transpondeur et de constater que le relais ne sera pas activé, quel que soit le mode.
Le fonctionnement normal, celui de lecteur pour serrure électrique, s’obtient évidemment avec le cavalier en position ouvert.
Si, à présent, vous regardez bien la partie relative au cavalier, vous pouvez constater qu’il ne s’agit pas d’une logique binaire ou à trois états, mais de quelque chose d’assez inhabituel.
En fait, pour le pilotage des lignes I/O du microcontrôleur chargées de commander les trois états de fonctionnement : lecture d’un transpondeur, mémorisation d’un code et effacement d’un code, nous avons eu recours à un stratagème assez original.
En substance, nous avons réalisé un réseau particulier, dont le condensateur C13 est chargé et déchargé selon un rythme défini par la position du cavalier J1. Le programme du microcontrôleur comporte une routine spéciale qui est utilisée pour charger (avec une impulsion au 1 logique sur la broche 6) et décharger (en fermant ce cavalier sur une résistance interne) C13, en vérifiant à chaque fois quel est le temps de décharge.
Naturellement, on ne peut fermer qu’un cavalier à la fois et pour empêcher les erreurs, nous avons choisi un connecteur à trois broches au pas de 2,54 mm, afin de pouvoir insérer un seul cavalier à la fois.
Un “mécanisme” similaire est utilisé par le microcontrôleur pour savoir comment activer le relais de sortie.
Là aussi, pour permettre la sélection entre bistable ou monostable et pour faire varier le temps d’activation du relais RL1, une routine est utilisée.
Elle consiste à contrôler le temps de charge et de décharge d’un condensateur.
Cette fois, il s’agit du condensateur C12, alimenté par le trimmer R11 de la broche 7.
Le “truc” est identique à celui déjà vu plus haut.
En tournant le curseur de R11 entièrement vers la gauche, nous avons de longs intervalles de charge et de décharge. Le PIC12C672 identifie cela comme la demande de fonctionnement monostable (à impulsions) de la broche 2. Cette broche pilote T2 qui commande RL1 pour une activation d’environ une demie seconde.
En tournant le curseur du trimmer vers la droite, on peut allonger la durée d’activation du relais RL1, jusqu’à environ 20 secondes. Par contre, en tournant le curseur du trimmer complètement à droite, la routine concernée détecte un temps de charge et de décharge minimale, identifiant en cela, un fonctionnement bistable.
En approchant un transpondeur valide du solénoïde du lecteur, on peut vérifier, à chaque modification de la position de R11, l’inversion de l’état du relais RL1.
Bien entendu, tous les transpondeurs reconnus, provoquent le même effet.
Ainsi, si on active le relais avec un transpondeur, on peut le désactiver avec un autre, il n’est pas nécessaire que la procédure soit réalisée avec le transpondeur qui a activé le relais.
En ce qui concerne l’alimentation, la carte de base, requiert une tension de 17 à 20 volts courant continu, appliquée entre les points du bornier “VAL” marqués “+” et “–”.
La diode D1, protège le circuit contre une inversion de polarité et, sur sa cathode, nous pouvons prélever le courant qui va directement à deux régulateurs intégrés : U1, un 78L05 (en boîtier TO-92) qui permet de générer les 5 volts parfaitement stabilisés nécessaires au fonctionnement du microcontrôleur U4 et de la mémoire sérielle et U2, un 7812, nécessaire pour fixer à exactement 12 volts, le potentiel qui alimente le bloc de lecture des transpondeurs.
Notez enfin, que le trimmer R2, sert à définir exactement la fréquence de travail de l’oscillateur interne de U3. Cette fréquence devra être réglée, de la façon la plus précise possible, sur 125 kHz au moment de la mise au point.
Nous pouvons examiner les aspects pratiques, en voyant comment construire et utiliser la “serrure” à transpondeurs.
Comme d’habitude, il convient tout d’abord de réaliser ou de se procurer le circuit imprimé, en utilisant le tracé à l’échelle 1/1 reproduit en figure 8.

Figure 15 : Organigramme du programme qui “tourne” dans le microcontrôleur PIC12C672.

Durant la phase d’initialisation des ports, l’état du cavalier J1 est testé, de manière à voir s’il convient de procéder à l’effacement total de la mémoire EEPROM. Dans l’affirmative, la concordance de la deuxième condition est également vérifiée, c’est la fermeture du trimmer R11, vers C12. Si ces deux conditions sont vérifiées, chaque donnée contenue dans l’EEPROM 24LC256 est éliminée.
Dans le cas contraire, on entre dans le programme principal, qui contrôle la condition du cavalier :
- s’il se trouve dans la position A, le drapeau de la procédure d’effacement est mis en place,
- s’il est fermé en position B, c’est le drapeau de la procédure de mémorisation qui est mis en place.
A présent, le système est en attente et donc, à l’arrivée d’une trame de données au format convenable, le programme détaille les données et le checksum, puis :
- les écrits dans un emplacement libre de la mémoire, si précédemment, le drapeau de la mémorisation a été mis en place ou bien,
- cherche une donnée identique dans l’EEPROM, si le drapeau de l’effacement a été mis en place.
Notez que si, ni A, ni B ne sont fermés, lorsqu’un transpondeur est détecté, le programme compare son code, avec ceux présents en mémoire et s’il en trouve un identique, il procède à la commande du relais.
Evidemment, la permanence du niveau logique haut, est dictée par la position du trimmer.

La réalisation pratique
En vous fiant au schéma d’implantation des composants de la figure 6 et à la photo de la figure 7, commencez le montage par les résistances et les diodes (pour ces dernières, veillez à leur orientation). Ensuite, poursuivez avec les supports pour le microcontrôleur et pour l’EEPROM sérielle (2 x 8 broches).
Le U2270 est un intégré CMS. Il est directement soudé sur son emplacement, côté soudures du circuit imprimé. Pour cela, appuyez-le, en l’orientant comme cela est représenté sur le schéma d’implantation de la figure 6 (en pointillés), puis soudez une patte du composant. Ajustez-le sur ses pistes puis soudez une seconde patte, à l’opposé de la première.
Soudez à présent toutes les autres broches, une à la fois, en utilisant un fer de faible puissance à panne fine et bien propre.
Montez ensuite les condensateurs (en veillant à la polarité des électrolytiques) puis les transistors (à positionner comme sur la figure 6). Terminez par le trimmer R11, le multitour vertical R2 et, enfin, le relais.
N’oubliez pas les deux régulateurs de tension. Celui en boîtier TO-92 (78L05), sera positionné avec la partie plate de son corps tournée vers le condensateur électrolytique C1, le 7812 doit, quant à lui, être placé de sorte que la partie métallique de son boîtier soit dirigée vers l’extérieur du circuit imprimé.
Pour faciliter les connexions avec les contacts du relais, le raccordement de la bobine L1, de la LED externe, ainsi que de l’alimentation, il convient de mettre en place des borniers à vis au pas de 5 mm pour circuit imprimé en correspondance des emplacements prévus à cet effet.
J1 est réalisé en mettant en place un petit connecteur à trois picots, au pas de 2,54 mm.
Le cavalier permettant de fermer les points A ou B est identique à ceux que l’on trouve couramment sur les cartesmères des PC et que l’on peut se procurer très facilement auprès des revendeurs de matériel électronique.
N’oubliez pas de souder les deux straps sous C1 et sous U4. Des chutes de queues de résistances feront parfaitement l’affaire.
La dernière opération à effectuer, est celle de la préparation de la bobine L1 pour laquelle il faut vous procure du fil de cuivre émaillé de 0,4 mm. Vous bobinerez 200 spires environ, sur un support (genre bobine de fil de pêche) ayant un diamètre de 2,5 à 3 centimètres et une épaisseur de 5 à 7 millimètres.
L’enroulement terminé, bloquez-le, à l’aide d’une goutte de colle époxy puis raclez le vernis sur les deux extrémités du fil, à l’aide d’une lame de cutter ou de rasoir ou encore à l’aide d’un morceau de papier de verre. Etamez ces extrémités. Placez les deux fils dans le bornier référencé L1, insérez le microcontrôleur PIC12C672 (déjà programmé avec le logiciel adéquat) et l’EEPROM 24LC256, dans leur support respectif.
Le lecteur est prêt à l’emploi et, pour fonctionner, il suffit de l’alimenter avec une tension continue d’environ 18 volts, capable de débiter un courant d’au moins 100 milliampères.
Bien entendu, et comme toujours, un contrôle sévère de chaque composant et de chaque soudure s’impose avant la mise sous tension.

L’utilisation
Pour l’installation “in situ”, il n’y a aucune difficulté particulière. Il faut seulement respecter quelques règles, que nous allons énumérer ci-dessous.
Avant tout, positionnez le circuit imprimé dans un coffret en plastique, éventuellement d’un modèle à fixer au mur, en évitant la proximité de structures métalliques, qui doivent se trouver à une distance d’au moins 20 centimètres.
Placez la bobine, sur un support mince, non métallique (vitre, plastique, bois etc).
En la collant sur l’un de ces côtés à l’aide de mastic silicone, il est ainsi très facile d’approcher les transpondeurs, que ce soit des badges ou des porteclefs (toutefois pas à plus de 6 cm).
Sur le même panneau, vous pouvez installer la LED, qui peut être d’une couleur quelconque, au choix, il faut uniquement faire attention que la cathode (patte courte), soit connectée au point du circuit imprimé qui va au collecteur de T2 et l’anode (patte longue) à la résistance R13.
Quant au câblage, vous pouvez utiliser la totalité des contacts du relais, en vous rappelant toutefois, que ses contacts ne peuvent pas supporter une tension supérieure à 250 volts avec un courant maximal de 1 ampère.
Pour la commande de serrures électriques et de dispositifs qui demandent la fermeture d’un circuit électrique durant un instant, il faut choisir le mode de fonctionnement monostable (curseur du trimmer R11, tourné vers la gauche), par contre, dans le cas contraire, il convient d’utiliser le mode bistable, en tournant le curseur de R11, vers l’extérieur du circuit imprimé (droite).
Rappelez-vous, qu’avec R11, vous pouvez aussi choisir le temps d’activation du relais, en fonctionnement monostable (à impulsions).
Les temps vont d’un minimum de 0,5 seconde à environ 20 secondes (curseur très près de l’extrémité reliée à C12).
Il est évident que pour trouver le temps d’activation adéquat pour votre application, vous devrez faire quelques essais, en approchant un transpondeur valide et en attendant le décollage du relais RL1.
Toutefois, la mise au point ne devrait pas être difficile, car on ne peut aller au-delà de 20 secondes.
Si vous activez le circuit avec un transpondeur valide et que le relais ne se désactive pas au terme de 20 à 25 secondes, cela veut dire que vous êtes déjà entré dans le mode de fonctionnement bistable, pour vous en assurer, approchez de nouveau le transpondeur (badge ou porte-clefs) et vérifiez que le relais RL1 passe bien au repos.
Pour conclure, nous pouvons dire que si vous voulez utiliser l’appareil, pour commander des serrures électriques ou des systèmes d’activation et de désactivation d’alarmes, il faut choisir le mode de fonctionnement monostable (à impulsions) et utiliser seulement les contacts du relais connecté entre le point central (contact C) et le point normalement ouvert (NO).
Pour le contrôle de système demandant un niveau constant, par exemple la présence d’une tension d’alimentation, vous pouvez utiliser le contact NO ou NF, en fonction du besoin et choisir ensuite le mode de fonctionnement bistable.

L’initialisation
Le circuit terminé, avant de procéder à l’auto-apprentissage du premier code, il faut procéder à l’effacement total de la mémoire EEPROM, qui pourrait contenir des données résiduelles pouvant fausser le fonctionnement du système.
Pour cela, procédez comme suit : Fermez le cavalier en position A (position d’effacement), tournez le curseur du trimmer R11 entièrement vers l’extrémité connectée au condensateur C12 (tout à droite, mode bistable), puis mettez la carte sous tension.
Passé 10 secondes, il est pratiquement certain que l’EEPROM a été vidée, même si aucune signalisation nous l’indique.
Vous pouvez couper l’alimentation, enlever le cavalier A et rallumer le système, qui, à présent, est prêt pour un fonctionnement normal.


 source : https://goo.gl/7ik8l4