Circuits imprimés Arduino

Arduino est un système composé d'un circuit imprimé et d'un logiciel permettant de créer des petits ordinateurs capable d'effectuer des tâches diverses (robotique, domotique ...). Ce projet à l'avantage d'être en grande partie open-source, ce qui permet d'adapter le circuit imprimé si nécessaire (seul certains composants ne sont pas en open-source). Cette stratégie permet d'avoir une carte à bas coûts (environ 25€) qui dispose d'une large communauté

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convertisseur analogique numérique flash

convertisseur analogique numérique flash

Convertisseur parallèle (dit Flash)

 

Les convertisseurs parallèles (flash en anglais) sont les plus rapides. Le principe est de produire 2^N-1 tensions analogiques au moyen de 2N diviseurs de tensions qui alimentent 2N -1 comparateurs parallèles. Un bloc logique combinatoire relié à ces comparateurs donnera le résultat codé sur N bits en parallèle. Les convertisseurs Flash ont des temps de conversion inférieurs à la microseconde mais une précision assez faible (de l'ordre de la dizaine de bits). Ces convertisseurs sont souvent très chers et nécessitent une grande puissance. Par exemple, un convertisseur analogique analogique-numérique Maxim MAX104 de 8 bits utilisant un convertisseur parallèle de l’ordre de la nanoseconde nécessite 255 comparateurs et coûte environ 900 € en 2012.

 

La diode LED : cours et principe de fonctionnement

Principe de fonctionnement

Le mot LED est l'acronyme de Light Emitting Diode (Diode Electroluminescente en français). Le symbole de la LED ressemble à celui de la diode mais on y a ajouté deux flèches sortantes pour représenter le rayonnement lumineux émis.

Symbole de la LED.

Electroluminescence

La physique des semi-conducteurs nous enseigne que les électrons dans les solides cristallins se situent à des niveaux d'énergie spécifiques. Ces niveaux très proches les uns des autres, sont regroupés en "bandes d'energie".

Un électron de la bande de valence peut passer dans la bande de conduction à condition d'acquérir une énergie supplémentaire au moins égale à Delta E.
C'est l'effet photoelectrique.

Un électron de la bande de conduction peut passer dans une bande de valence. Dans ce cas il libère une énergie au moins égale à Delta E.
Cette énergie peut être :

• Dissipée sous forme de chaleur (phonons),
• émise sous forme de lumière (photons).

C'est l'effet électroluminescence (visible ou non).

Jonction P.N.

Ce phénomène d'électroluminescence sera obtenu à la condition de créer une forte quantité d'électrons dans la bande de conduction. On l'obtient par injection de porteurs en polarisant dans le sens direct, une jonction PN à semi-conducteur.
Le même résultat aurait pu être obtenu en irradiant le cristal avec une source lumineuse d'énergie importante (photoluminescence) ou par bombardement électronique (cathodoluminescence).

Selon la fabrication, la lumière peut être émise soit latéralement, soit perpendiculairement à travers la mince couche N ou P.

Caractéristiques optiques

Longueur d'onde du pic d'émission

Cette valeur nous indique la longueur d'onde (lambda p), en nano-mètre, à laquelle est émis la plus importante partie du rayonnement (wavelength). La valeur est donnée pour une intensité de courant (I_F).

Spectre ou largeur spectrale à mi-intensité

Le spectre d'émission d'une diode LED est relativement étroit.
Exemple : pour une longueur d'onde à intensité maximale égale à 520 nm,
la longueur d'onde à intensité moitié pourra être comprise de 505 nm à 535 nm (soit une largeur spectrale de 30 nanomètres).

Il existe actuellement plusieurs types de LED donnant chacun des spectres différents. Cela est obtenu par la variété des semi-conducteurs utilisés pour fabriquer les jonctions PN.
Exemples dans le tableau suivant pour l'obtention de certaines longueurs d'onde :

Matériaux	Rayonnement	Longueur d'onde
InAs	infra-rouge	315 nm ou 3,15 µm
InP	infra-rouge	910 nm
GaAsP4	rouge	660 nm
GaAsP82	jaune	590 nm
GaP	vert	560 nm

Correspondance couleurs, longueurs d'onde et énergie des photons

Couleur	Longueur d'onde (nm)	Energie des photons (eV)
UltraViolet	< 390	> 3,18
Violet	390-455	2,72-3,18
Bleu	455-490	2,53-2,72
Cyan	490-515	2,41-2,53
Vert	515-570	2,18-2,41
Jaune	570-600	2,06-2,18
Orange	600-625	1,98-2,06
Rouge	625-720	1,72-1,98
InfraRouge	> 720	< 1,72

Diagramme de rayonnement

Le flux lumineux n'est pas homogène tout autour de la LED. La répartition spatiale de la puissance émise dépend de la forme de la diode LED :

• forme de la partie émissivee (point, trait...),
• avec lentille de concentration ou sans,
• diffusante ou non.

Cette répartition est définie par le diagramme de rayonnement qui représente la répartition angulaire de l'intensité relative émise.
Exemple :

Angle d'émission à mi-intensité

Les fabricants précisent souvent l'angle pour lequel l'intensité lumineuse a été réduite de moitié.
Sur le diagramme ci-dessus, le point rouge indique un angle de 10 degrés et le point vert un angle de 50° pour une intensité relative émise de 50%.

Intensité lumineuse

L'intensité lumineuse (mesurée en candelas) est la quantité de lumière émise dans une certaine direction à 1 mètre de distance. Dans les caractéristiques optiques des leds nous l'exprimons aussi en micro-candela (mcd) et se note I_V.

Caractéristiques électriques

Point de fonctionnement et tension direct

Une LED se comporte électriquement comme une diode. Pour émettre elle doit être polarisée en direct.

La caractéristique I_F(V_F) montre que la tension de conduction de la diode LED (forward voltage) est environ 1,5 Volts à 2 V.

Le courant I_F vaut environ E-2V/R.
En pratique, le constructeur préconise 10 à 20 mA.
Le courant traversant la LED détermine l'intensité lumineuse émise.
Remarque : certaines diodes ont des tensions de construction de l'ordre de 3 Volts et plus.

Tension inverse (V_R)

Dans certains cas, on peut avoir besoin de polariser en inverse la LED.
La diode est alors éteinte : elle n'émet plus d'intensité lumineuse.
Mais attention, la diode LED ne peut pas supporter des tensions inverses trop importantes comme une diode de redressement par exemple. Les valeurs courantes se situent telles que V_R max = ± 3V à 5V (reverse voltage) ; au dela de ces valeurs il y a endomagement ou destruction du composant. En cas de besoin nous plaçons une diode normale en série avec la LED.

Courant direct en continu (I_F)

Le courant direct (mA) est donné en règle générale pour une température ambiante (TA) de 25°C. C'est le courant permanent que peut suporter la diode. Comme un semi-conducteur chauffe (avec agravement si TA > 25°C), il est recommandé de réduire l'intensité du courant (forward current).

Courant direct de crête (I_FM)

C'est l'intensité d'une impulsion de courant direct maximum qui peut être appliquée à la LED pendant une durée déterminée. Entre deux impulsions de cette intensité, le composant doit avoir le temps de refroidir. Il faudra donc choisir un rapport entre durée d'impulsion et durée de pause assez grand.

Puissance et température de fonctionnement

La température de jonction doit rester inférieure à 125°C. Mais souvent les diodes LED sont montées dans des boitiers plastiques. Dans ce cas, la température de fonctionnement ne doit pas dépasser 100°C. La puissance que peut dissiper une diode LED commune (ou utilisée en tant que témoin lumineux) est de l'ordre de 20 à 100 mw.
Les puissances des diodes LEDs destinées aux applications d'éclairage de locaux ou des lieux publiques sont de l'ordre du Watt voir beaucoup plus quand il s'agit de module LED.

Influence de la tension directe

Toutes les LEDs présentent des variations de tension directe en fonction des changements de température de jonction. Le coefficient de température dépend du type de jonction. Les LEDs InGaAlP (jaune, orange et rouge) ont un coefficient compris entre -3,0 mV/K à -5,2 mV/K, et la LED InGaN (bleu, vert et blanc) ont un coefficient compris entre -3,6 mV/K et -5,2 mV/K.

Influence du courant I_F sur l'intensité lumineuse

L'œil est sensible à l'intensité lumineuse moyenne émise. L'intensité lumineuse donnée par le fabricant est obtenue dans des conditions de fonctionnement qu'il doit spécifier. Généralement il utilise un courant continu (à TA = 25°C).

D'autres valeurs de courant se traduisent par d'autres intensités lumineuses. En exploitant d'autres caractéristiques I_v (I_F) on s'aperçoit alors que l'intensité lumineuse augmente plus vite que le courant, c'est-à-dire que le rendement augmente pour un courant I_F, élevé mais bref, appelé .

Il est alors extrêmement intéressant d'alimenter la LED en courant pulsé au lieu du courant continu. La valeur crête du courant permet alors d'obtenir des intensités lumineuses importantes. De ce fait­ nous pouvons :

• augmenter l'intensité lumineuse émise à consommation électrique moyenne égale,
• diminuer la consommation électrique tout en obtenant une intensité lumineuse égale,
• réduire l'échauffement de la jonction.

Influence de l'intensité lumineuse sur la température

L'intensité lumineuse diminue à mesure que la température augmente. Il s'agit d'un résultat de l'évolution des gains d'efficacité dans le semi-conducteur, et non le résultat de la variation de la tension direct en fonction de la température. Ce changement de température est non linéaire.

Décalage des coordonnées de chromaticité

Les caractéristiques de couleur des LED sont dépendantes du courant direct. Une attention particulière doit être accordée lors de l'utilisation des pilotes ou driver utilisés avec des LEDs RVB. Les gradateurs d'éclairage ne devraient pas modifier le rendu des couleurs. La solution préférée, est une gradation par PWM pour que chaque LED, de la composante RVB, soit pilotée avec le courant direct adapté.

Caractéristiques physiques

Composants traversants

Les fabriquants proposent maintenant des leds de formes variées ; la plus commune de toutes étant la ronde. Elle se décline en plusieurs diamètre : 1,35 mm, 3 mm, 5 mm... 10mm. Nous trouvons également des led rectangulaires, triangulaires, carrées et en barre. Il faut bien repérer les connexions anode et cathode et respecter les consignes de mise en oeuvre lors de l'implantation de la led sur le circuit imprimé ou du soudage avec des fils.

Composants CMS

Sous cette forme les boitiers sont moins encombrants et nous pouvons en souder plus sur une surface données. Ils conviennent pour la réalisation d'affichage, de feux de signalisation, modules électroniques miniatures ou une matrice de leds.

Réseau de LEDs

Les diodes électroluminescences discrètes peuvent être organisées en réseaux linéaires ou plan.
Dans le premier cas, elles peuvent remplacer un affichage analogique classique (galvanomètre).
Dans le second cas, elles serviront à toutes sortes d'affichages, y compris graphiques et leur commandes sera généralement multiplexée.

Commande d'un réseau linéaire avec signal analogique

Après l'affichage par galvanomètre, puis l'affichage numérique, on trouve maintenant de plus en plus, un affichage mixte, où les valeurs analogiques sont quantifiées et affichées en échelle par tout ou rien.
C'est l'affichage analogique linéaire "bar-graph".

Formes

Les formes peuvent être variées :

• en ligne horizontale,
• verticale,
• multiple,
• circulaire simple,
• multiple.

Exemples de reseau lineaire à LEDs :

Schéma interne d'un réseau de leds :

sur cette configuration, on remarque bien la disponibilité de chacune des connexions des leds.

Illustration d'un réseau circulaire à LEDs :

L'affichage peut respecter toutes les lois mathématiques (logarithmiques par exemple) et être commandé à partir d'informations codées de toutes sortes.

Réalisation d’un préamplificateur pour micro

Lors des séances de travaux pratiques il peut être intéressant d’illustrer le fonctionnement d’une transmission sans fil ou d’un dispositif électronique avec un véritable signal audio. Aprés avoir décrit il y a quelques temps sur ce site un montage adaptateur pour un baladeur MP3, je vous propose dans cet article la description d’un petit module pré-amplificateur pour microphone électret de taille réduite et qui fonctionne sur 2 piles AAA.

Le schéma proposé est représenté sur la figure ci-dessous dans lequel on utilise un amplificateur opérationnel double travaillant sous une faible tension d’alimentation (3V). Dans ces conditions on dispose d’une tension de polarisation à 1,5V (pont diviseur R6-R7) sur les 2 bornes + avec un découplage efficace par la capacité C10. On retrouve une polarisation classique pour le micro électret suivi d’un premier amplificateur dont le gain est variable par l’intermédiaire du potentiomètre P. Le second amplificateur opérationnel propose une amplification fixe de 20dB ainsi qu’un filtrage dont la bande passante peut être fixée par les jumpers J1 & J2 :

• Pour la fréquence de coupure basse :  fcb~30Hz (J1 ON)    fcb~300Hz (J1 OFF)
• Pour la fréquence de coupure haute :  fch~10kHz (J2 OFF)    fch~3,3kHz (J2 ON)

L’utilisation d’un seul jumper permet donc de choisir entre une qualité téléphonique (300-3400Hz) et une qualité standard (30Hz-10kHz).

Le condensateur C7 permet de supprimer la composante continue en sortie du montage et  ce montage peut facilement se connecter sur les entrées Mod Ext Input des différents générateurs de signaux (AFG3022B, SM300, etc…). Bien que cela ne figure pas sur le schéma, on rajoute un petit interrupteur à glissière et un témoin d’alimentation à LED pour compléter la réalisation.

L’ensemble du montage peut prendre place dans une petite boite plastique comme le montre la photo ci-dessous. Les composants & piles sont volontairement accessibles pour faciliter les mesures, le remplacement & les réglages (Jumper & potentiomètres).

Circuit multiplieur | Multiplieur de tensions

  circuit multiplieur

Les AOP sont supposés idéaux, en régime linéaire (V+ = V-).

Tout d'abord, voici le schéma bloc du principe de fonctionnement (cliquez pour agrandir):

 

En simplifiant les expressions des tensions, on voit que les deux tensions d'entrée V1 et V2 passent chacune par un amplificateur logarithmique, ce qui nous donne deux tensions en logarithme népérien à l'entrée d'un sommateur inverseur. La sortie de ce dernier est une somme de logarithme, autrement dit le logarithme du produit des tensions d'entrée. Le tout est envoyé dans un amplificateur exponentiel, qui nous donne l'opposé du produit : -V1.V2 en sortie. Il suffit pour finir de passer par un amplificateur inverseur de gain -1 pour obtenir le produit : Vs=V1.V2

Une réalisation électronique basique est la suivante (sachant qu'il existe aujourd'hui de nombreux circuits intégrés qui réalisent bien mieux la multiplication):

Tout les AOP fonctionnent en mode linéaire, il ne s'agit que de l'assemblage suivant un ordre précis des montages de base. Ce type de montage arrive facilement à ses propres limites physiques, la sortie des AOP ne pouvant pas dépasser excéder la plage +15V/-15V. L'opération 2 V * 3 V = 6 V est possible, mais pas 10 V * 8 V !

• Circuit multiplieur | Multiplieur de tensions

montage electronique d'une commande de portail commandée par gsm

Avec ce montage, nous ouvrons le portail électrique de la maison en utilisant un téléphone portable type GSM au lieu de la traditionnelle télécommande. Utilisable sur n’importe quelle installation, il permet de faire au moins jeu égal avec les différents modèles de télécommandes qui nous remplissent les poches.
La commande d’activation du relais ne consomme aucune unité téléphonique. La sécurité de fonctionnement est excellente grâce au système de reconnaissance par l’identification de la personne appelant. Bien entendu, il est tout à fait possible d’extrapoler pour n’importe quelle commande comme celle de la porte du garage commun en copropriété ou l’ouverture de la porte d’un hall, d’un local protégé dont l’accès est réservé à certaines personnes, etc.


Dans ELM numéro 7, page 30 et suivantes, nous vous proposions une télécommande pilotée par portable GSM. A la fin de l’article, nous vous annoncions la version professionnelle dans une nouvelle application.
La version du montage que nous vous présentons dans ces pages, permet une sécurité de fonctionnement absolue.
En effet, pour permettre l’activation de l’organe de sortie (relais), ce système vérifie que la personne qui appelle est effectivement habilitée à ouvrir le portail. Seules les personnes qui connaissent le numéro à appeler et qui ont enregistré leur propre numéro d’appel peuvent activer le système.
Mais procédons par ordre et voyons à quoi sert et comment fonctionne notre système.
L’idée qui est à la base de ce système et de ses applications est très simple. Désormais, nous possédons pratiquement tous un téléphone portable que nous utilisons dans sa fonction normale, c’est-à-dire pour téléphoner !
Mais, pourquoi ne pas l’utiliser utilement pour de nombreuses autres applications. Surtout si cette utilisation détournée ne coûte rien sur le forfait, pas même la plus petite unité !
Dans l’application dont il est question dans ces lignes, grâce à notre téléphone portable, nous pouvons ouvrir le portail électrique de la maison ou, de façon plus générale, nous pouvons activer un quelconque dispositif électrique ou électronique.
Le montage utilise un module GSM avec un abonnement prépayé et un système de gestion à microcontrôleur pilotant également le relais de sortie. L’abonnement peut être le moins cher des moins cher et encore moins si possible !
En effet, le circuit GSM de commande ne passe jamais en émission.
Donc, il ne consommera jamais la moindre unité !
Les contacts du relais de la carte GSM, sont câblés en parallèle sur les contacts du relais du récepteur radio utilisé dans la centrale d’ouverture du portail. Cette centrale pilote les moteurs et les divers temporisateurs.
De ce fait, la greffe de notre système sur celui d’origine n’entraîne aucune modification. Le système d’origine continuera donc à fonctionner avec les télécommandes traditionnelles également.
L’ouverture du portail avec le téléphone portable s’obtient simplement en effectuant un appel au numéro du GSM de commande placé dans la centrale.
Avant tout, il est nécessaire de faire “apprendre” au système notre propre numéro de manière à éviter qu’une personne étrangère (ayant connaissance du numéro d’appel du système de contrôle) puisse ouvrir le portail.
Pour enregistrer notre propre numéro de téléphone dans la carte de pilotage, il suffit de placer la carte de pilotage GSM en mode “auto-apprentissage”.
Pour cela, il faut mettre le petit cavalier J1 sur A et effectuer un appel. Le numéro de la personne qui appelle est ainsi mémorisé dans la carte SIM du module GSM. Bien entendu, il faut ensuite retirer le cavalier et, pour ne pas le perdre, l’enfiler sur une des broches seulement.
Durant la phase de fonctionnement normal, le numéro qui appelle est comparé avec les numéros présents dans la mémoire et le portail n’est ouvert que si ce numéro est reconnu et donc s’il a été préalablement mémorisé.
L’appel n’aura jamais de réponse (de cette façon, il n’y a pas de consommation d’unités, ni sur le portable émetteur, ni sur le pilote GSM), mais le dispositif active normalement la centrale.
Un système de ce genre offre le maximum de sécurité et permet d’éliminer les différentes télécommandes dont nous ne savons plus quoi faire.
Le prix d’un tel système peut paraître élevé pour une application individuelle. Mais, au contraire, dans une application collective nous pouvons réaliser une économie considérable.
Prenons l’exemple d’un ensemble de 50 à 100 appartements, pour les seules télécommandes, il faut prévoir une dépense de 20000 à 30000 francs et au moins entre 3000 et 5000 francs par an pour remplacer les télécommandes perdues ou détériorées.
Notre système coûte décidément beaucoup moins cher et a un coût annuel équivalent au coût de la carte prépayée ou d’un abonnement à faible prix.
Le seul point négatif pourrait être celui de la couverture par le réseau GSM dans la zone d’utilisation car, évidemment, s’il n’y a pas de couverture par le réseau GSM, le système ne peut pas fonctionner. Il suffit de jeter un coup d’oeil sur les cartes des différents fournisseurs de services GSM, pour s’apercevoir que ces zones d’ombre sont extrêmement rares à l’heure actuelle.
Le système mémorise les numéros de téléphone dans la zone “phone book” (répertoire) de la carte SIM utilisée.
Normalement les cartes SIM ont une capacité de 100 numéros et par fois même de 130 numéros, ce qui est plus que suffisant dans la majorité des cas.
La sortie du système est constituée d’un relais avec des contacts capables de couper un courant de 10 ampères et qui peut fonctionner en mode astable ou bistable.



Le schéma électrique
L’utilisation et le fonctionnement du système étant éclaircis, analysons immédiatement le schéma électrique.
Le coeur du dispositif est constitué par le module GSM Falcom A2 désigné par U2 sur le schéma.
Pour ceux qui ne connaissent pas ce produit, rappelons qu’il s’agit d’un Modem GSM complet, homologué, en mesure d’opérer aussi bien en phonie, qu’en mode data/fax.
Le dispositif est caractérisé par des dimensions particulièrement réduites et peut être intégré à l’intérieur de n’importe quel appareillage.
La carte SIM, de type miniature, est insérée à l’endroit prévu dans le module. Pour les connexions avec les circuits externes, les connecteurs principaux sont au nombre de deux : un de 40 broches situé sous le module et un de 15 broches situé sur la partie frontale.
Pour cette application, nous n’utilisons que quelques lignes de contrôle, toutes situées sur le connecteur à 15 broches.
Pour indication, nous nous sommes connectés aux broches 10, 11 et 12 qui sont les broches reliées au positif de l’alimentation (5 volts). Aux broches 13, 14 et 15, toutes les trois reliées à la masse. Les autres connexions se font au niveau de la broche 3 (SOFT ON), de la broche 2 (RX DATA) et de la broche 1 (TX DATA).
A la mise sous tension, le module GSM ne passe pas en fonction tant qu’il ne reçoit pas au moins durant 3 secondes un niveau haut sur sa broche 3 (SOFT ON). En pratique, il faudrait un petit bouton poussoir comme celui utilisé pour la fonction ON des téléphones portables relié entre la broche 3 et la ligne positive. Dans notre cas, cette fonction est assurée par le microcontrôleur U3, plus précisément par la sortie correspondant à la broche 3. A la mise sous tension, cette ligne présente un niveau haut durant environ 5 secondes pour ensuite revenir à zéro volt.
Toujours à la mise en service, le microcontrôleur procède à la remise à zéro de la sortie (broche 2) qui pilote le transistor T1 et le relais.
Se sont là les fonctions les plus banales du microcontrôleur.
En fait, comme nous le voyons sur le schéma électrique, la ligne série de sortie du module Falcom A2 (broches 1 et 2) est connectée par l’intermédiaire de l’adaptateur de niveau U4 aux broches 4 et 5 du microcontrôleur.
Par l’intermédiaire de ces lignes sont effectuées toutes les opérations sur les signaux qui arrivent : la mémorisation et l’effacement des numéros dans le “phone book” (répertoire), la comparaison entre l’identification de l’appelant et les numéros mémorisés, etc.
Comme nous le voyons dans le tableau de la figure 6, les signaux disponibles sur le connecteur 15 points du module A2 présentent un niveau EIA (±12 volts), par contre, les signaux du microcontrôleur sont au niveau TTL (5 volts).
Il est donc nécessaire d’avoir recours à un MAX232 pour adapter les niveaux.
Pour obtenir une tension continue de ±12 volts nécessaires au fonctionnement des étages de conversions, il utilise des circuits élévateurs de tension de type capacitif qui sont constitués par les condensateurs C4 à C7. Ce sont les uniques composants externes nécessaires au fonctionnement correct du MAX232.
L’organigramme de fonctionnement du programme principal met en évidence les fonctions du microcontrôleur U3.
Lorsqu’un appel arrive, sur la ligne série est présente l’écriture “ring”, le numéro de l’appelant et éventuellement le nom de cette personne si celui-ci a été mémorisé dans la carte SIM du module Falcom A2.
Avant toute chose, le microcontrôleur lit le numéro de téléphone, pour ensuite interrompre la connexion par une instruction appropriée. En réalité la communication n’est pas interrompue car personne n’a répondu à l’appel, simplement l’appel est rejeté et le module Falcom A2 est remis à zéro.
A ce point, on peut vérifier trois possibilités en fonction de l’état du réseau RC connecté à la broche 7. Le microcontrôleur vérifie en permanence l’état de cette broche et se comporte de façon différente en fonction de son état déterminé par la position du petit cavalier :
- “A” fermé : effectue la mémorisation du numéro dans la carte SIM.
- “A” ouvert et “B” fermé : effectue l’effacement du numéro dans la carte SIM.
- Absence des cavaliers en “A” et en “B” : fonctionnement normal.
Dans la première hypothèse (“A” fermé), la broche 7 “voit” un réseau composé de C8 et des deux résistances R4 et R5 en parallèle (le cavalier A est fermé), il se prédispose alors à la mémorisation dans la carte SIM du numéro présent sur la ligne série du GSM. Naturellement, avant d’effectuer la mémorisation, le microcontrôleur vérifie que le numéro ne soit pas déjà en mémoire dans le répertoire de la carte SIM. La phase d’écriture terminée, le programme se prépare pour recevoir l’appel suivant.
Dans le second cas (B fermé), la broche 7 du microcontrôleur “voit” seulement le condensateur C8, il se place donc en mode d’effacement du numéro en cours. En fait dans ce cas, le numéro lu sur la ligne série est effacé du répertoire (s’il est présent) de la carte SIM.
La troisième hypothèse (pas de cavalier ni en “A” ni en “B”) concerne le fonctionnement normal. Dans ce cas, la broche 7 “voit” un réseau RC composé de R5 et C8 et, en cas d’appel, il vérifie que le numéro présent sur la ligne série soit effectivement mémorisé dans la carte SIM.
Dans le cas contraire, le dispositif n’effectue aucune opération sur la ligne de sortie et se replace de manière à recevoir un autre appel. Dans le cas où le numéro d’appel est mémorisé, la sortie est activée et le relais colle.
Le type d’activation dépend de la position du curseur du trimmer R1. Dans le cas où le curseur est complètement tourné vers C9, nous avons un fonctionnement du type astable et le relais reste activé durant environ 1 seconde.
Tournant le curseur dans l’autre sens, le temps augmente jusqu’à environ 20 secondes. Avec le curseur complètement tourné vers la position opposée, le fonctionnement devient bistable, avec un appel le relais est activé et reste dans cette position, jusqu’au prochain appel qui le désactivera et ainsi de suite. Dans ce mode il est possible d’utiliser ce circuit pour des applications différentes.
Evidemment, pour une utilisation en ouverture de portail, il est nécessaire de tourner R1 vers C9 afin d’obtenir une brève impulsion à chaque appel.

Figure 1 : Schéma électrique de la commande de portail pilotée par GSM.

Figure 2 : Schéma d’implantation des composants.

Figure 3 : Dessin du circuit imprimé à l’échelle 1.



Liste des composants
R1 = 4,7 kΩ trimmer
R2 = 10 kΩ
R3 = 5,6 kΩ
R4 = 2,2 kΩ
R5 = 4,7 kΩ
C1 = 470 μF 25 V électrolytique
C2 = 100 nF multicouche
C3 = 470 μF 25 V électrolytique
C4 = 1 μF 63 V électrolytique
C5 = 1 μF 63 V électrolytique
C6 = 1 μF 63 V électrolytique
C7 = 1 μF 63 V électrolytique
C8 = 100 nF pol. passo 5
C9 = 100 nF pol. passo 5
D1 = Diode 1N4007
D2 = Diode 1N4007
T1 = Transistor BC547B
J1 “A” = Cavalier
J1 “B” = Cavalier
U1 = Régulateur 7805
U2 = Module GSM Falcom A2
U3 = μcontrôleur PIC12C672 (MF279)
U4 = Intégré MAX232
RL1 = Relais 12 V 1 RT

Divers :
1 Support 2 x 4 broches
1 Support 2 x 8 broches
1 Bornier 2 pôles
2 Borniers 3 pôles
1 Connecteur 15 pôles
1 Connecteur d’antenne
1 Adaptateur d’antenne FME
1 Antenne GSM
1 Boîtier étanche
1 Circuit imprimé réf. S279


Montage et installation
La description théorique étant terminée, voyons à présent l’aspect pratique.
Pour le montage de notre télécontrôle, nous avons prévu l’emploi d’un circuit imprimé sur lequel seront montés tous les composants, y compris le module GSM.
Le système GSM étant fourni tout monté et réglé, la seule chose que vous ayez à faire est de le mettre en place dans un coffret étanche (genre boîte Legrand) d’où sortiront uniquement les câbles pour l’alimentation, celui relié à la centrale et le câble d’antenne avec son antenne qui peut être un modèle plat ou stylo.
La réalisation du circuit imprimé se fera de façon traditionnelle, par photocopie sur calque ou sur transparent du dessin du cuivre représenté à l’échelle 1/1 dans les pages suivantes.
Après insolation au rayon ultra-violet, gravure au perchlorure de fer et perçage des trous aux différents diamètres.
Mais procédons avec ordre et méthode.
La majeure partie de l’espace du circuit imprimé est occupée par le module GSM, fixé par l’intermédiaire de trois vis.
Par l’intermédiaire du connecteur à 15 broches, seront effectuées les liaisons dans les trous numérotés 1, 2, 3, 10, 11, 12, 13, 14 et 15. Faites très attention de ne pas intervertir les fils et évitez les courts-circuits entre les broches contiguës.
Le montage des autres composants ne présente aucune difficulté. Pour le montage des circuits intégrés U3 et U4, utilisez des supports en vérifiant bien le sens exact de montage.
Le régulateur U1 ne nécessite pas de dissipateur de chaleur car, au repos, le montage ne consomme qu’un peu plus de 40 milliampères et le régulateur ne dissipe donc que 300 milliwatts.
Durant un appel, la consommation augmente d’environ 5 fois, mais seulement pour quelques secondes et pour cela la puissance supérieure dissipée par le régulateur est négligeable.
Prêtez une attention particulière à l’orientation des composants polarisés et vérifiez, avant de souder, toutes les valeurs des composants.
Pour relier l’alimentation et la centrale, utilisez des borniers à vis au pas de 5 millimètres.
Pour pouvoir fonctionner correctement et entrer en ligne, le module GSM doit être équipé d’une carte SIM valide. Le type d’abonnement a peu d’importance, cela peut être un abonnement gratuit à l’aide d’une carte prépayée.
Notre système ne consomme aucune unité car il ne répond à aucun appel.
Avant d’insérer la carte SIM dans son logement dans le module Falcom A2, il faut désactiver la demande du code PIN. Cette opération peut être effectuée avec n’importe quel téléphone portable (en montant la carte SIM destinée au Falcom à la place de celle déjà en place dans le portable).
Après avoir inséré la carte SIM dans son logement sur le module Falcom A2, mettez le tout dans le boîtier, comme indiqué plus haut, et placer ce boîtier à l’intérieur du coffret étanche dans lequel se trouve la centrale de commande et le récepteur du portail. Alimentez le circuit en prélevant les 12 volts nécessaires dans l’installation existante et reliez en parallèle les contacts du relais du montage avec ceux du relais du récepteur de la centrale. De cette façon, le système initial (télécommandes) est toujours opérationnel.
Reliez également une antenne adaptée au module GSM. Dans ce cas, il est possible de recourir à une antenne stylo à monter à l’extérieur du coffret.
En premier lieu, programmez dans votre téléphone portable, dans une mémoire à accès direct, le numéro correspondant au numéro d’appel du portail.
Ensuite positionnez le système pour un mode de fonctionnement normal (le cavalier J1, ni sur “A”, ni sur “B”) avec une sortie astable (curseur du trimmer complètement tourné vers C9).
Essayez de procéder à un appel. Si tout fonctionne comme prévu, le système ne doit donner aucun signe de vie car la mémoire de la carte SIM est complètement vide.
Répétez l’appel après avoir installé le cavalier J1 sur “A”. Dans ce cas également la sortie restera inerte, mais le numéro de votre téléphone portable sera mémorisé dans la carte SIM.
A présent, ôtez le cavalier J1 de “A” et effectuez un troisième appel. Comme par enchantement le portail s’ouvrira.
Le circuit a en fait trouvé votre numéro dans la carte SIM. Il a reconnu l’appel comme valide et a donc activé le relais de sortie.
Pour autoriser d’autres personnes à utiliser l’ouverture du portail, il suffit de répéter autant de fois que nécessaire la procédure précédente avec le cavalier J1 sur “A”.
Pour retirer son droit d’utilisation à un usager, il faut insérer le cavalier J1 sur “B” et effectuer un appel avec son téléphone et automatiquement, le numéro concerné sera effacé de la mémoire de la carte SIM.
Si, pour une raison quelconque, le téléphone n’est plus disponible, il faut retirer la carte SIM du module Falcom A2 pour l’insérer dans un téléphone portable en état de fonctionnement et effacer le numéro concerné directement par l’intermédiaire du clavier. Concluons avec une dernière possibilité.
Si un utilisateur de poste fixe n’a pas demandé à France Télécom la suppression de l’affichage du numéro*, son numéro pourra être mémorisé dans la carte SIM du Falcom A2. Voilà qui ouvre des applications intéressantes !
Par exemple : mémorisez le numéro de votre téléphone d’appartement dans la SIM du Falcom A2 de façon à pouvoir ouvrir le portail en cas de nécessité en effectuant un appel avec le téléphone fixe de la maison.

Figure 4 : Organigramme du programme implémenté dans le microcontrôleur PIC12C672 (U3).

Figure 5a : Sous-programme de vérification de l’identification de l’appelant.

Figure 5b : Sous-programme de gestion du relais.

Figure 6 : Ce tableau illustre les fonctions qui sont dévolues aux lignes d’entrées/sorties du connecteur frontal 15 broches.


La commande de portail pilotée par GSM décrite dans cet article utilise un module GSM Falcom A2 dont les dimensions sont particulièrement réduites.
Malgré cela, le module comprend également le logement pour la carte SIM.
Le module A2 fonctionne avec une tension d’alimentation de 5 volts (la consommation au repos est de 35 mA seulement) et il est en mesure de se connecter aussi bien en phonie qu’en mode data/fax.
Le module dispose de deux connecteurs pour les liaisons aux circuits externes, un de 15 broches et l’autre de 40 broches. Dans notre application, nous avons utilisé les lignes disponibles sur le connecteur frontal à 15 broches exclusivement.

la programmation des PIC en langage C sous MPLAB.

Programmer les PIC en C

        Introduction

Cette page porte sur la programmation des PIC en langage C sous MPLAB.

   Vous trouverez une suite de didacticiels, qui vous permettront en partant presque de 0 de développer des applications pour les PIC en langage C. Chaque didacticiel est la suite logique du précédent. Pour cet apprentissage, vous aurez besoin de :
                  -Logiciels gratuits disponibles sur Internet. Ces logiciels vous seront présentés au fur et à mesure des besoins.
                  -Programmateur de composants. Celui-ci est disponible sur le site.

        Avantages du C

   Pour de la programmation de base, le C est intéressant. Il permet rapidement, sans gros effort, de développer des programmes fonctionnels. Il permet aussi de s'affranchir de connaissances complexes sur l'architecture des PIC. Il a l'avantage de gérer facilement les boucles, les choix, ainsi que l'affichage.

        Inconvénients du C

   Le C n'est pas le langage naturel du microcontrôleur. Il permet de programmer plus intuitivement. Les logiciels de programmation en C transforment alors les lignes en C en lignes assembleurs directement compréhensibles par le microcontrôleur. Pour programmer efficacement, il est souvent nécessaire d'aller voir le code assembleur, il est donc conseillé d'avoir des bases solides en assembleur pour développer des programmes conséquents. Je vous conseille alors les didacticiels pour l'assembleur faits par .

        Les Cours

   Pour tous les cours, nous n'utiliserons qu'un seul type de PIC: le 16F84A. Ses possibilités sont intéressantes, il peut être effacé et reprogrammé plusieurs fois, son prix est faible (autour de 4 €). Tout ceci en fait un des PIC les plus utilisés par les amateurs.

Installation des programmes et première simulation (204Ko) version 1.3    Ce tutorial vous permettra d'installer MPLAB version 6.3, de déclarer le compilateur C, d'écrire un premier programme en C afin de faire votre première simulation en C.

Architecture d'un programme et manipulation des Entres/Sorties (120Ko) version 2.1    Vous découvrirez ici comment est architecturé un programme en C. Vous manipulerez les entrées et sorties du microcontrôleur (broches du composants) et programmerez un composant.

Alternatives et itérations (139Ko) version 1.4    Grâce à ce fascicule vous comprendrez la notion de variable, apprendrez à créer des boucles, faire des choix.

Maîtriser le temps avec les PIC (184Ko) version 1.1    A l'aide de ce manuel vous apprendrez à gérer le temps avec les PIC.

Les fonctions, les interruptions(132Ko) version 1    Vous découvrirez la notion de fonction, d'interruption, et la façon de les gérer.

Les variables, les constantes, les calculs mathématiques (131Ko)    Comment faire réaliser des calculs mathématiques à un PIC ? Vous verrez, rien de plus simple.

montage électronique simple led - Commande simple de LED

 Animation LED - Montage a LED

Commande simple de DEL (Diode ElectroLuminescente):

 

Les deux schémas ci dessous permettent de commander une diode électroluminescente (DEL en français, LED en anglais).



Schéma avec transistor bipolaire NPN



Schéma avec transistor bipolaire PNP

Pourquoi utiliser un transistor au lieu de commander directement la DEL : déjà pour le courant consommé par la DEL. L’organe de commande ne pouvant pas toujours générer le courant nécessaire.

Ensuite la tension V peut être différente de la tension de sortie de l’organe de pilotage.
Quelle est la différence entre les 2 schémas :

Les 2 commandes sont inversées : un état bas sur la base du transistor bipolaire NPN fera que la DEL sera éteinte. Le même état bas sur la base du transistor PNP fera que la DEL sera allumée. Inversement, un état haut sur la base du NPN allumera la DEL, et le même état sur le PNP l’éteindra.

Comment dimensionner les composants du premier schéma :




On part du fait que le transistor bipolaire est passant et fonctionne en régime saturé : la tension entre le collecteur et l’émetteur est VSAT (donné par le constructeur du composant).

La tension VDEL est la tension de chute à l’état passant de la DEL : elle est aussi donnée par le fabricant du composant.
D’où l’équation suivante :




VR2 = R2 x IDEL d’après la loi d’Ohm





Exemple : nous voulons avoir un courant de 2mA dans une DEL de 2V de chute de tension. Le transistor bipolaire utilisé possède un VSAT de 0.2V. La tension d’alimentation V est de 5 Volts.

On en déduit R2 = 1400 Ohm.

Remarque importante : toutes les grandeurs que nous venons de voir varient en fonction de la température et en fonction de la dispersion des composants.

Pour information, R1 sert à limiter le courant dans la base du transistor NPN. Il faut néanmoins veiller à ce que le courant de base soit suffisant pour saturer le transistor.

Puissance dissipée :
Dans le transistor : P ~= VSAT x I = 0.2 x 2mA = 0.4mW
Dans la DEL : P = VDEL x IDEL = 4mW
Dans la résistance : P = R x IDEL² = 5.6mW
On voit ainsi que pour dissiper 4mW utile dans la DEL nous avons usé 5.6+0.4+4 = 10mW.

Google considère que ça parle de :

• Commande simple de LED
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• Animation LED - Montage a LED

Montage d'un Diviseur De Tension - Montage Électronique

Réaliser le diviseur de tension

A qui est adressé ce cours?

Ce cours est adressé à tous les débutants en électronique et à tout ceux qui souhaite réaliser eux-même un premier montage électronique même sans avoir de connaissance particulière. Toute personne de 7 à 77ans qui souhaite mettre au point un montage électrique facile, peux suivre les différents tutorial dans le but de mettre au pont un diviseur de tension.

Chacune des étapes et des petites choses à savoir sont expliqué dans ces petits cours. Certes, pour ceux qui s'y connaissent un peu en électronique cela peut paraitre un peu trop simple, mais c'est suffisament expliqué pour que personnes ne soit perdu.

Montage qui va être réalisé

Le montage qui va être réalisé est un diviseur de tension. Dès à présent je vous invite à consulter le cours d'électronique qui présente les bases de l'électronique et dans lequel il y a un petit cours sur le pont diviseur de tension.

Il convient de savoir que le montage utilise seulement deux résistances et se présente sous la forme suivante:

Intérêt de ce montage

En fonction de la valeur des résistances qui sont utilisées, la tension "Va" peut changer de valeur. Quoi qu'il en soit elle est toujours inférieur ou égale à la tension d'entrée qui est Vcc.

Ce type de montage peut vous être utile le jours où vous devrez utiliser une source d'alimentation de 5V alors que vous n'avez qu'une pile de 9V sous la main.

En consultant le cours qui présente les bases de l'électronique, vous pouvez découvrir la formule qui permet de déterminer la valeur de la tension de sortie de ce montage. A l'aide de cette formule, il est possible de calculer que la tension est divisé par deux lorsque les deux résistances sont de même valeur (faites le calcul avec deux résistance de 10k, vous verrez)

Matériel à utiliser

 

Ce premier petit cours va vous expliquer tout le materiel nécessaire pour mettre au point le montage du diviseur de tension. Cela permet de commencer en douceur et de mettre tout le monde sur le même pied d'égalité. En effet, certains n'ont pas du matériel basique, il est par conséquent nécessaire de faire un petit briefing sur ce qu'il faut avoir (ou ce qu'il faut acheter).
Il est possible de classer en deux catégories tous les objets nécessaire:

• L'équipement de l'électronicien (pince coupante, multimètre, ...)
• Les composants nécessaire pour le montage (pile 9V, résistance, ...)

Je vais donc classer tous les objets à l'aide de ces catégories, dans les paragraphes qui suivent.

Liste du matériel utile à un électronicien

Plaque d'essai

La plaque d'essai n'ai pas toujours connu des électroniciens débutant, pourtant c'est un outil indispensable une fois que l'ont veux faire des petits montages. Grâce à une plaque à essai il est possible de faire un montage sans être obligé de créer un circuit imprimé.

Dans notre cas, la plaque d'essai va permettre de placer les composants dans le but de respecter le schéma de montages.

Pince coupante

La pince coupante est extrèmement importante dans le monde de l'électronique. A chaque fois qu'il faut couper une patte de composant qui dépasse ou pour couper un fil, on est ravi de pouvoir compter sur cet outil.

Pour réaliser un diviseur de tension, on aura besoin d'une pince pour couper un fil et éventuellement couper les pattes des résistances (vous verrez ça tout à l'heure).

Pince à dénuder

Dans la série des pinces, il y a aussi la pince dénuder qui trouve son utilité à chaque fois qu'il faut utiliser un fil. En général les fils permettent de relier deux points, mais ils sont gainer et cette pince permet de dénuder une partie du fil assez facilement.

Vous verrez plus tard, que pour faire les choses bien je vous recommanderais d'utiliser un fil. Il faudrat le dénuder, par conséquent cette outil sera utile.

Multimètre

Pour finir, je recommande à tout électronicien qui se respecte d'avoir un multimètre. C'est primordiale pour tester une piste, connaitre un niveau de tension, savoir la valeur exact d'une résistance, ...

Pour ce montage, le multimètre va vous servire à vérifier le niveau de tension en entrer et en sortie du pont diviseur.

Liste des composants pour ce montage d'un Diviseur De Tension

Pile 9 volts

En général, un montage électronique existe parce qu'il y a une source de tension. La pile neuf volts trouve alors sont utilité s'il faut réaliser un petit montage facile.

Pour notre montage, je recommande d'utiliser une pile 9V, mais il est aussi possible d'utiliser une autre pile. Le seul problème c'est qu'il vous faudra trouver une bonne connectique si vous souhaitez faire quelque chose de propre.

Connecteur pile 9V

Je vous recommande d'utiliser un connecteur de pile 9v de ce type pour réaliser ce montage. C'est assez utile parce que les fils peuvent être branché sur la plaque à essai facilement.

Vous remarquerez aisément qu'il faudra peut-être dénuer les fils (d'où l'utilité de la pince à dénuder).

2 résistances

Le coeur de ce montage réside dans les résistances. Il convient d'avoir au moins deux résistances pour pouvoir réaliser ce montage. A titre d'exemple, j'utilise deux résistances de 10k ohms.

Vous pouvez réaliser ce montage avec des résistances d'autres valeurs. A vous d'adapter en fonction de vos envie (ou des résistances que vous avez sous la main).

Un fil

Pour finir, je recommande d'utiliser un morceau de fil dans le but de faire une connexion. Ce n'est néanmoins pas obligatoire, mais en l'utilisant votre montage sera plus esthétique et vous prendrez directement de bonne habitude.

Dans cet exemple ce fil est noir, mais vous pouvez utiliser un morceau de fil d'une autre couleur si vous le souhaitez.

Faire attention sur le choix du fil

Faites attention lorsque vous achetez du fil. Il ne faut pas se procurer n'importe quoi.
Il y a en règle général deux types de fil: le monobrin et le multibrin. Pour notre application je vous suggère le fil monobrin.
Vous verrez la différence en le dénudant:

• Fil multibrin: a l'intérieur il y a plein de petit fil qui forme un gros fil. Le problème c'est que c'est dur à enfoncer sur la plaque d'essai.
• Fil monobrin: a l'inverse du multibrin, il n'y a qu'un seul fil à l'intérieur. C'est par conséquent beaucoup plus facile à mettre en place sur la plaque à test.

Pensez aussi à vérifier le diamètre des fils que vous achetez (surtout lors d'une commande sur internet, pour éviter les mauvaises surprise).

Réaliser le diviseur de tension

Ce cours permet de réaliser une bonne fois pour toute le montage du pont diviseur. Il explique étape par étape les branchements nécessaire pour mettre au point ce montage, les débutants pourront ainsi comprendre la méthodologie à effectuer lors de la création d'un montage.

Rappel du montage

Pour bien se souvenir, je vous donne une seconde fois le schéma de montage nécessaire pour créer ce montage électronique:

Placer les composants

Il a été expliqué dans un cours précédent que les sources de tensions doivent être connecté aux rangés vertical situé sur la gauche de votre plaque à test. Selon le type de plaque à essai que vous avez acheté, cela peut bien évidemment changé (normalement il y a une anotation particulière symbolisé par "+" et "-" ou alors par "Vcc" et "GND").

Je vous suggère de commencer à placer les résistances sur la plaque de manière à essayer de respecter le schéma de cablage. Il faut savoir, que les sources de tension sont généralement placé une fois que tout le montage est opérationnel, si une mauvaise manipulation as été effectué, ça évite de faire des bétisses.

Voici ci-dessous les étapes que je vous recommande suivre pour réussir à mettre en place ce montage:

1. Placer la première résistance: Pour économiser un fil, vous pouvez brancher une patte de la première résistance, directement sur la rangé vertical à gauche. La seconde patte doit alors être branché sur une autre rangé: connectez-là à n'importe quel autre rangé horizontale.
2. Placer la deuxième résistance: La première patte doit être connecté sur la même rangé que la deuxième patte de la première résistance (ou alors il faut un fil pour relier ces deux pattes). Une fois que c'est fait je vous suggère de branché la patte restante sur une rangé libre.
3. Faire la liaison avec la masse:
   1. Prendre un petit fil monobrin et le dénuder sur environ 5 à 7mm.
   2. Insérer un bout de ce fil sur la rangé vertical symbolisé par un "-" (cela symbolise la masse commune).
   3. Insérer la deuxième partie du fil sur la deuxième patte de la deuxième résistance.
4. Ajouter la source de tension:
   1. Dénuder les fils du connecteur de la pile 9V sur environ 5 à 7mm.
   2. Connecter la pile 9V sur son connecteur
   3. Insérer le fil rouge du connecteur sur la rangé verticale de la plaque à essai symbolisé par un "+".
   4. Insérer le fil noir du connecteur sur la rangé verticale de la plaque à test symbolisé par un "-".

Si vous avez réussi à branché convenablement le montage, je vous félicité. Quoi qu'il en soit, voici une petite photo du montage ressemblant à ce que vous devez avoir:

Correspondance avec le schéma

Je tiens à rappeler que ce montage est exactement le même que le schéma donné au début du cours. Pour ceux qui ont du mal à voir la correspondance, j'ai fais une petite explication à l'aide de la photo précédente. J'ai mis en valeur les différents fils dans une image animé:

• Partie en rouge: Fil qui correspond à la source de tension. Pour faire la correspondance avec le schéma, il est possible de dire que le fil rouge c'est "Vcc".
• Partie en vert: C'est la sortie du schéma. C'est à partir de cet endroit qu'il y a Va. Autrement dit, la nouvelle tension qui est crée est disponible à cet endroit.
• Partie en bleu: Toute cette partie c'est ce qui correspond à la masse.