Une titreuse programmable
Voici un circuit universel permettant de superposer une phrase ou un sigle à n’importe quel signal vidéo. Il suffit de le programmer, en chargeant dans sa mémoire la phrase ou le sigle à visualiser, puis de l’insérer entre la source vidéo et l’écran ou le magnétoscope, pour obtenir des images “titrées” en sortie. Les radioamateurs pourront utiliser cette réalisation pour superposer leur indicatif à une mire. L’utilisation d’un circuit STV5730, spécialement conçu pour les applications OSD, rend le montage extrêmement simple et compact.
Si vous êtes passionné de vidéo, radioamateur ou professionnel des installations TV en circuit fermé, une titreuse électronique pourra vous rendre de nombreux services.
Une titreuse électronique c’est un appareil capable d’insérer des textes sur n’importe quel signal vidéo comme une mire, les images filmées par une caméra et visualisées sur un écran, ou bien encore sur celles enregistrées sur la bande magnétique d’une caméra vidéo portable.
De nombreux lecteurs, qui trouvent leur plaisir dans le domaine de la “vidéo” ou qui disposent d’un indicatif radioamateur, ont souhaité nous voir publier un tel projet.
En effet, dans le commerce, un appareil de ce genre coûte cher. Mais, l’attente des professionnels, comme celle des amateurs, est enfin terminée car nous allons vous guider dans les pages qui suivent pour vous montrer comment réaliser vous-même et à faible coût, une excellente titreuse électronique, capable de superposer un certain nombre de caractères à une image.
Le dispositif est très simple et de petites dimensions, et ce, grâce à l’utilisation d’un circuit intégré SGS Thomson qui réalise, à lui seul, la fonction voulue et ne nécessite que l’assistance d’un microcontrôleur pour gérer les commandes.
Ce circuit intégré n’est autre qu’un STV5730, utilisé depuis très longtemps dans beaucoup de téléviseurs pour réaliser le On Screen Display (OSD), ainsi que dans quelques appareils de commutation pour caméras de télévision, dont les modules à deux, trois ou quatre entrées et une sortie.
La titreuse a de nombreuses applications, non seulement en ce qui concerne la superposition d’inscription dans les vidéos amateurs, mais également et sur tout, dans le domaine de la vidéo surveillance. En effet, dans les installations de TV en circuit fermé, là où les caméras sont nombreuses et où les agents de sécurité doivent savoir à chaque instant, et d’un seul coup d’oeil jeté sur l’écran, d’où proviennent les images, l’insertion d’une inscription permet une identification immédiate.
Imaginons, par exemple, que l’on doive contrôler ce qui se passe dans quatre pièces d’une entreprise, en utilisant un écran est un séquenceur commutant l’image. En reliant une titreuse (judicieusement programmée), à la sortie de chaque caméra, on peut voir en surimpression le nom de la pièce observée.
Evidemment (vous l’aurez bien sûr compris en lisant les exemples…), le circuit a été conçu pour travailler avec un signal vidéo composite standard (1 Vpp/75 ohms).
Physiquement, le montage ressemble à un module de mémoire SIMM, avec un connecteur de 30 broches, du même type que ceux utilisés dans les vieilles cartes mères des ordinateurs basés sur les 80286, 80386 ou 80486 d’Intel (voir figure 4).
Le module est monté sur un circuit adapté qui est ensuite utilisé en phase de programmation pour charger, dans la mémoire du microcontrôleur, la phrase à superposer aux images (voir figure 7, 10 et 14).
Le module peut rester sur la carte connecteurs en permanence. Sur cette carte, on trouve : le support SIMM, un connecteur DB9, à relier à la sortie série du PC), deux prises RCA, l’une pour l’entrée du signal vidéo, l’autre pour la sortie ansi qu’une prise alimentation.
Bien qu’il soit capable de générer des caractères sur la vidéo, notre dispositif n’est pas vraiment ce que les experts appellent “Gen-Lock”. En effet, il ne peut pas générer d’inscriptions à volonté, mais seulement celles qui ont été préalablement programmées dans la mémoire de son microcontrôleur.
Pour ceux qui ont besoin d’un affichage dont la teneur doit pouvoir être modifiée en permanence, nous vous proposerons prochainement un montage spécifique, adapté à toutes les utilisations, contrôlable par PC, avec lequel vous pourrez insérer en temps réel n’importe quelle inscription, sous-titre, signal horaire, etc., sur un film ou sur de simples images fixes, mais également sur un écran vide. Bref, un instrument indispensable pour les montages et la préparation de films professionnels.
Le STV5730
En attendant un prochain numéro d’ELM pour nous attarder plus longuement sur le “Gen-Lock”, voyons plutôt maintenantle montage de ce mois-ci : le circuit en lui-même est assez simple, ou en tous les cas, énormément simplifié par rapport à ce qu’il aurait été s’il avait fallu utiliser des dispositifs traditionnels pour obtenir les synchronismes, générer les textes, les mélanger, etc.
Dans notre montage, c’est le circuit intégré U1 (voir figures 1 et 2), c’est-à-dire le STV5730, qui fait tout. Le microcontrôleur U2 (un PIC12CE674), gère les commandes et les fonctions, et permet d’acquérir, lors de la programmation, les phrases envoyées par le PC le long de la ligne sérielle.
A ce propos, observons que la titreuse fonctionne effectivement avec un PC, mais uniquement pour la programmation.
Une fois les données envoyées, le STV5730 superpose les caractères que le PIC a emmagasinés dans son EEPROM, où ils restent jusqu’à ce qu’on les efface.
Mais tachons d’y voir plus clair, et commençons par examiner le coeur du circuit, c’est-à-dire le microcontrôleur SGS Thomson (figure 1 et 2). Comme nous l’avons déjà dit, il s’agit d’un générateur de caractères qui, afin de travailler avec des signaux de type vidéo composite, incorpore tous les étages nécessaires.
Parmi ceux-ci, on peut distinguer un élément qui reconnaît et sépare les synchronismes, un générateur de synchronismes vidéo composite (PAL, 50/15625 Hz), un mélangeur, un PLL, une logique de contrôle, une mémoire RAM dans laquelle sont emmagasinées les données qui arrivent du microcontrôleur, une ROM contenant les données des caractères, un amplificateur de sortie capable d’élever le niveau du signal vidéo de +0 dB à +6 dB, et un décodeur d’onde porteuse image.
Le circuit intégré peut essentiellement fonctionner sur deux modes différents : le premier (Mixed Mode), se mélange à un système vidéo préexistant et y superpose du texte, tandis que le second (Full Page Mode), peut générer lui-même les caractères, sans avoir besoin d’une image en fond.
Les deux modes en détail
Le “Mixed Mode”
En “Mixed Mode”, lorsque le STV5730 reçoit un signal vidéo composite, il en extrait les synchronismes verticaux et horizontaux, puis il produit les caractères qui lui sont demandés par le dispositif de contrôle et en mélange la partie de brillance et de chrominance avec la vidéo composite d’entrée. Evidemment, pour obtenir la bonne visualisation, il mélange les inscriptions aux synchronismes relevés, qui sont ensuite reformés et à nouveau superposés à la sortie, de laquelle il est possible de prélever une nouvelle vidéo composite contenant les images en entrée avec les inscriptions superposées.
Il faut signaler que les caractères peuvent être en noir et blanc, ou bien transparents (c’est-à-dire qu’ils ne couvrent pas complètement la partie de l’image à laquelle ils se superposent).
On peut aussi obtenir des inscriptions en couleur, mais il faut alors également utiliser les sorties RGB, alors qu’avec notre circuit, nous nous limitons à prélever le signal de l’output CVBS (composite).
En d’autres termes, pour obtenir la superposition de caractères colorés, on part du signal vidéo composite, mais il faut sortir avec les trois signaux RGB, plus le synchronisme composite.
Ces 4 lignes sont ensuite envoyées aux lignes de la prise péritel correspondantes et de celle-ci, aux décodeurs de couleur PAL/SECAM. Par exemple, les différents TDA3560, TDA3562, etc., disposent des entrées RGB et C-SYNC pour recevoir également les signaux RGB, puis les envoyer à leurs sorties respectives et de là, au support du tube image. Il existe aussi une alternative : on peut en effet avoir des caractères en couleur, mais sans signal vidéo à l’entrée. Dans ce mode, c’est le microcontrôleur qui génère les synchronismes ainsi que tout ce qui est nécessaire.
Le “Full Page”
Quant au second mode (c’est-à-dire le “Full Page”), il correspond à la production totale d’un écran : en fait, il s’agit du mode permettant au circuit intégré de générer des caractères sur l’écran tout entier et de construire le signal composite en entier en partant de zéro. Il n’a donc aucun besoin de signal vidéo à l’entrée.
Les synchronismes ne sont (bien évidemment) pas prélevés sur l’entrée CVBS, mais ils sont produits à l’intérieur de la logique spéciale. En outre, les images couleur sont disponibles tant sur la sortie vidéo composite que sur la sortie RGB.
A l’intérieur de ce mode, on peut distinguer deux sous-modes, appelés “Normal Full Page” et “Vidéo Full Page”, par le constructeur. Dans le premier, le dispositif fonctionne effectivement comme un générateur d’inscriptions (le fond apparaît uniformément coloré), tandis que dans le second, c’est une image vidéo qui sert de fond. En tous les cas, le texte peut être composé d’une page de 11 lignes de 28 caractères chacune (au maximum, 308 caractères) et chaque caractère est formé d’une matrice de 12 points pour 18 lignes.
Le set disponible comprend 128 caractères écrits en ROM, tous adressables par l’intermédiaire d’un code spécial contenu dans une commande que nous analyserons plus tard.
Parmi les différentes fonctions possibles, on peut choisir la position que l’on veut donner à chacune des lettres, parmi 58 places à l’horizontale et 63 à la verticale, ainsi que la visualisation d’une seule ligne à la fois.
On peut choisir la couleur des caractères (lorsque c’est prévu) parmi 8 combinaisons, et cela est également valable pour le fond de page éventuel (lorsqu’il n’y a pas de signal vidéo composite à l’entrée).
On peut aussi choisir la couleur du bord des inscriptions, chose très utile lorsque le fond et les caractères ont une même tonalité. Le choix peut toujours se faire parmi 8 couleurs.
Pour finir, le STV5730 permet de visualiser de façon continue ou saccadée, tant les caractères que le fond : le temps d’apparition peut être établi entre 0,5 et 1 seconde, tandis que le “duty-cycle” peut être réglé à 25, 50 et 75 %.
Bien, ceci étant dit, et avec l’aide du schéma d’implantation du circuit intégré, nous espérons que vous aurez compris le fonctionnement du STV5730.
Nous passons donc à présent à l’analyse du schéma électrique complet de notre titreuse.
Le circuit intégré STV5730
Pour obtenir la superposition d’inscriptions sur des images, nous avons utilisé un circuit SGS Thomson, conçu pour la réalisation de systèmes On Screen Display (OSD).
Il s’agit d’un générateur de caractères qui travaille sur des signaux de type vidéo composite et qui, pour cela, incorpore tous les étages nécessaires.
Parmi ceux-ci, on distingue un élément qui reconnaît et sépare les synchronismes, un générateur de synchronismes vidéo composite (PAL, 50/15 625 Hz ou NTSC, 60/15750 Hz), un mélangeur, un PLL, une logique de contrôle, une mémoire RAM dans laquelle sont emmagasinées les données qui arrivent du microcontrôleur, une ROM contenant les données des caractères, un amplificateur de sortie capable d’élever le niveau du signal vidéo de +0 dB à +6 dB, et un décodeur d’onde porteuse image.
Le circuit intégré peut essentiellement fonctionner sur deux modes différents : le premier (Mixed Mode), s’ajoute à un système vidéo préexistant et y superpose du texte, tandis que le second (Full Page Mode), peut générer lui-même les caractères, sans avoir besoin d’une image en fond.
Figure 1 : Schéma synoptique du circuit intégré STV5730 de SGS Thomson
Figure 2 : Brochage du circuit intégré STV5730.
Le schéma électrique
Le microcontrôleur U2 veille à la réception des informations concernant l’inscription à visualiser, informations qu’il reçoit du PC. Il garde les caractères en mémoire (dont la capacité limite la dimension de l’inscription à 28 caractères…) et les passe au STV5730 même s’il est déconnecté du PC.
En ce qui concerne les composants externes, U1 se sert du quartz Q1 pour faire fonctionner son propre oscillateur (celui du PIC, au contraire, se sert de Q2) et de deux étages “buffer”, un pour l’entrée et l’autre pour la sortie. T1, en particulier, ainsi que les composants qui y sont liés, forment un circuit de couplage pour la vidéo composite appliqué à l’entrée (contact 2 du circuit) tandis que T2 et tout ce qui l’entoure sert pour coupler la broche 27 du microcontrôleur avec la sortie (contact 29 du circuit) du module.
On a prévu un régulateur intégré qui, chaque fois que la titreuse est alimentée avec plus de 5 volts, stabilise la tension éventuellement présente entre le contact 24 (Val) et le 23 (masse) à exactement 5 volts.
Le cavalier J1 est donc laissé ouvert si la tension d’alimentation dépasse les 5 volts, et reste fermé dans le cas contraire.
Un dernier détail concernant l’interface sérielle : le PIC12CE674 reçoit les données qui arrivent du PC par l’intermédiaire de la broche 4 (ligne GP3), tandis que la résistance R6 sert essentiellement à limiter le courant dans la diode de protection qui intervient lorsqu’un niveau négatif est atteint.
En effet, vous pouvez remarquer qu’il n’y a aucun convertisseur RS232/TTL, et que donc, les signaux d’environ 12V qui arrivent de la ligne sérielle rejoignent directement la broche 4.
Quoi qu’il en soit, nous avons vu, à la suite de nombreux essais effectués avec les dispositifs PIC, qu’une résistance suffit à limiter l’excès de potentiel positif (12 volts contre les 5 ou 6 volts typiques du TTL) ainsi que pour bloquer la composante négative (–12 volts).
Figure 3 : Connexions du module titreuse.
Figure 4 : Le circuit de l’OSD a la forme d’une mémoire SIMM à 30 broches.
Pour les connexions, on peut utiliser soit le connecteur spécial (assez coûteux), soit du connecteur en bande au pas de 2,54 mm, en utilisant les trous prévus sur le côté sortie.
Figure 5: Schéma électrique de la titreuse programmable.
Figure 6 : Schéma d’implantation des composants de la titreuse programmable.
Figure 7 : Vue du prototype du module titreuse.
Liste des composants du module titreuse
R1 = 10 kΩ
R2 = 68 Ω
R3 = 22 kΩ
R4 = 100 Ω
R5 = 390 Ω
R6 = 100 kΩ
R7 = 4,7 kΩ
R8 = 100 Ω
R9 = 180 Ω
R10 = 68 Ω
R11 = 22 kΩ
C1 = 22 μF électrolytique
C2 = 2,2 μF électrolytique
C3 = 33 pF céramique
C4 = 33 pF céramique
C5 = 100 nF polyester 63 V pas de 5 mm
C6 = 22000 pF céramique
C7 = 220 pF céramique
Q1 = Quartz 17,73447 MHz
Q2 = Quartz 20 MHz
T1 = Transistor NPN BC547B
T2 = Transistor NPN BC547B
U1 = Intégré STV5730 SMD
U2 = μcontrôleur PIC12CE674 P04 préprogrammé (MF328)
U3 = Régulateur 78l05
Divers :
1 Support 2 x 4 broches
1 Support pour cavalier et son cavalier
1 Circuit imprimé réf. S328
Figure 8 : Schéma des connexions du module titreuse dans le cas où la carte connecteurs n’est pas utilisée.
Figure 9 : Schéma d’implantation des composants de la carte connecteurs du module titreuse.
Figure 10 : Vue du prototype de la carte connecteurs du module titreuse.
Liste des composants de la carte connecteurs
D1 = Diode 1N4007
Divers :
2 Prises RCA pour ci
1 Prise alimentation pour ci
1 Connecteur DB9 femelle pour ci
1 Connecteur pour SIMM
1 Circuit imprimé réf. S330
Le protocole de commutation
Maintenant que nous avons vu le matériel, nous pouvons passer au logiciel du microcontrôleur et analyser le protocole à observer pour l’utilisation du module OSD proposé dans ces pages. Il s’agit, bien évidemment, du dialogue entre le PC et le microcontrôleur PIC12CE674, qui est l’élément auquel est confiée la gestion de toute la titreuse. C’est également lui qui, une fois déconnecté du PC, donne les commandes nécessaires au STV5730.
Il faut préciser avant tout que le module accepte des commandes sérielles par l’intermédiaire de l’interface ayant pour canal de réception le contact 18 (broche 4 de l’U2). La ligne de TXD n’est pas prévue, étant donné que le dispositif doit seulement acquérir les données et n’a pas à donner de réponse.
Les paramètres de la communication sont 19200,n,8,1, c’est-à-dire une vitesse de 19 200 bits/seconde, aucune parité, 8 bits de données et 1 de stop.
Toutes les commandes qui arrivent du PC doivent commencer par un caractère que nous appelons “en-tête de contrôle”, suivi d’un code qui identifie la fonction demandée.
Viennent ensuite les paramètres spécifiques, c’est-à-dire ceux qui définissent exactement la fonction elle même.
L’en-tête est une sorte de code qui confirme la validité du message qui arrive et sert essentiellement à éviter que le microcontrôleur n’envoie la routine d’acquisition même à la suite de commutations accidentelles présentes sur la ligne sérielle. Ainsi, si les chaînes de caractères ne commencent pas avec un en-tête bien déterminé – deux astérisques dans notre cas (**) –, l’ordinateur les ignore.
Voici un exemple du format d’un message typique :
**Fpppppppp…
où ** est l’en-tête de contrôle, F est la fonction (de 1 à 5), tandis que p est le paramètre correspondant ou bien les paramètres qui définissent la fonction demandée.
Les explications qui suivent éclairciront définitivement la logique de fonctionnement du protocole.
Figure 11: Pour visualiser le caractère voulu, il suffit de faire référence au tableau ci-dessus en tenant compte du fait que la ligne représente la partie la plus significative du byte à transmettre, tandis que la colonne en représente la partie la moins significative. Il suffit donc, pour visualiser la lettre A, d’envoyer le caractère hexadécimal 0C.
Les fonctions
Comme nous l’avons déjà dit, le dispositif prévoit 5 fonctions possibles, que nous allons à présent analyser en détail.
La fonction 1
Commençons par la première, qui est celle par laquelle on demande au module d’initialiser le circuit vidéo (le STV5730) et de nettoyer l’écran (blanking).
La syntaxe est la suivante :
**,FONCTION
L’en-tête étant toujours **.
Ici, il faut remarquer que la virgule n’existe pas, c’est-à-dire que ce n’est pas un des caractères qui voyagent le long de la ligne sérielle. Nous ne l’avons introduite que pour séparer les différents composants des commandes et pour rendre plus claire la représentation graphique. Ceci vaudra également pour toutes les autres descriptions de fonctions à venir.
Voici un exemple de la fonction 1 :
**01
Comme vous le voyez, elle n’a pas besoin de paramètres supplémentaires, parce que cela n’aurait pas de sens.
Remarquez également qu’il n’y a pas de virgule. Poursuivons et voyons à présent la deuxième fonction, avec laquelle il est possible de configurer le registre de contrôle du processeur vidéo: un tel registre occupe une fonction essentielle pour l’activation correcte du module.
Il faut donc observer que la valeur de configuration est mémorisée dans l’EEPROM interne du microcontrôleur et est réutilisée par ce dernier à chaque réactivation (extinction et rallumage) du module, de façon à donner une configuration automatique au démarrage.
De cette façon, le dispositif fonctionne en mode “stand-alone”, c’est-à-dire sans devoir être connecté de façon permanente à un PC.
La fonction 2
A l’aide de la fonction numéro 2, il est possible de configurer le registre de contrôle du processeur vidéo. Un tel registre développe une fonction essentielle pour l’activation correcte du module.
La valeur est mémorisée par l’ordinateur qui la réutilise à la réactivation suivante du module, de façon à le configurer de manière correcte. La commande nécessite deux bytes pour indiquer une donnée à 16 bits (un byte est composé de 8 bits…) ce qui correspond, justement, à la longueur du registre de contrôle.
La syntaxe est la suivante :
**,FONCTION,HIBYTE,LOBYTE
En plus de l’en-tête habituel, on trouve les deux paramètres HIBYTE et LOBYTE, qui représentent respectivement le byte supérieur et le byte inférieur qui définissent l’emplacement du registre.
Voici un exemple typique :
**02 13 C5
Bien sûr, 02 est le nombre qui permet de distinguer la fonction, tandis que les bytes de commencement et de fin sont 13 et C5 (nombres exprimés en forme hexadécimale). 13 C4 ou bien 13 C5 sont des valeurs typiques du registre, selon que l’on veuille synchroniser le module avec un signal vidéo externe (13 C4) ou générer un signal indépendant, s’occupant lui-même des synchronismes correspondants.
La première situation correspond au “Mixed Mode” et la seconde, au “Full Page Mode”.
Dans le cas qui nous occupe, en utilisant une entrée et une sortie vidéocomposites, on opte pour le mélange du signal CVBS, on utilise donc les valeurs 13 C4, étant donné que l’on veut superposer des inscriptions aux images d’une caméra.
Toutefois, rien ne nous empêche d’introduire le second mode par l’ordinateur (paramètres 13 C5) pour faire générer seulement du texte.
La fonction 3
Passons à la fonction 3 : grâce à elle, il est possible d’écrire un message sur l’écran, en définissant également tant la position X que la position Y de départ, c’est-à-dire, les coordonnées d’où l’inscription doit commencer.
La commande doit contenir les données X et Y, sans compter les attributs des caractères du message.
La chaîne qui suit doit se terminer par “FF” et ne doit pas dépasser la longueur de 28 caractères, longueur maximale que permettent les dimensions de la mémoire de notre microcontrôleur.
La syntaxe est la suivante :
**,FONCTION,X,Y,ATTRIBUTS,CAR,CAR, CAR,…,CAR,CAR,FF
Voici un exemple de ce que pourrait être une commande de la fonction 3 :
** 03 00 00 0E 0E 14 0C 1A FF
Et maintenant, la signification de ces différentes parties :
**03, est le numéro de la fonction (qui commence toujours avec le même entête), 00, est la coordonnée horizontale (les valeurs admises vont de 0 à 27), 00, correspond à la coordonnée verticale (les valeurs admises sont comprises entre 0 et 10).
Le circuit intégré STV5730 prévoit une structure de 28 colonnes x 11 lignes, chaque valeur indique la ligne et la colonne de départ : l’écran est en effet idéalement divisé en 308 carrés.
Après l’identification de la commande et les coordonnées de positionnement, vient l’attribut, c’est-à-dire la façon dont va être visualisé le caractère : on peut trouver ce paramètre dans le tableau qui se trouve dans le datasheet fourni par SGS Thomson, et que nous vous invitons à consulter pour avoir de plus amples détails (vous pouvez directement le télécharger du site www.st.com).
Toutefois, sachez que nous avons choisi :
0E, qui correspond à l’obtention de caractères blancs et fixes (c’est-à-dire qu’ils ne clignotent pas).
Pour ceux qui utiliseront le tableau du constructeur, nous précisons que notre représentation se sert de caractères hexadécimaux.
Toutefois, lorsqu’il s’agit de l’attribut, on considère toujours la valeur réelle : par exemple, l’attribut du blanc, selon le tableau du data-sheet, est 111 (7) tandis que 0 définit le caractère non clignotant (le 1 correspondrait alors au clignotement).
En d’autres termes, la valeur hexadécimale indiquée dans l’espace de l’attribut correspondrait à la décimale de la somme des bits binaires contenant l’information la plus significative de la chaîne d’attribut.
Celle-ci est formée de 2 bytes et nous, nous en considérons la partie contenant les 7, 8, 9, 10 et 11 qui correspondent respectivement à l’état du clignotement (1 = fixe, 0 = clignotant) les combinaisons de RGB (voir tableau) et la présence ou l’absence du fond coloré (0 = aucun, 1 = fond). En regardant le tableau, on s’aperçoit que le bloc de 5 bits des inscriptions blanches, sans fond et sans clignotement, correspond à 01110: ce nombre binaire correspond à 14 en format décimal, et est justement représenté par 0E, lorsqu’il est exprimé en format hexadécimal.
Si nous avions souhaité, par exemple, une inscription clignotante, l’attribut aurait alors été 1E : en fait, le caractère clignotant correspond au bit le plus significatif, 1, et donc, la combinaison binaire 11110 équivaut à 30 en format décimal. C’est clair ?
Venons-en maintenant aux caractères, qui sont représentés dans notre exemple par des valeurs hexadécimales :
0E, 14, 0C, 1A, correspondant respectivement aux lettres C, I, A et O, c’est-à-dire au mot CIAO.
Remarquez qu’il ne s’agit pas des valeurs ASCII correspondant au 67 décimal, mais de celles du tableau en ROM: en effet, le C vaut 0E pour notre microcontrôleur, c’est-à-dire à 43 hexadécimal.
La lettre I est exprimée avec 14 hex, la lettre G correspond à 12 hex, etc.
Le tableau des caractères prévoit bien évidemment les lettres de l’alphabet international, les chiffres, la ponctuation (virgule, point, point virgule, parenthèses) et les symboles mathématiques les plus courants (fraction, +, –, *), mais également les symboles les plus couramment utilisés dans les menus des appareils audiovisuels : flèches verticales et horizontales, doubles flèches, horloge, parabole, Enter, etc.
La chaîne de la fonction 3 se termine par FF, qui est justement la valeur qui indique la fin des paramètres. Elle sert essentiellement à indiquer au STV5730 que l’inscription à visualiser est terminée.
La fonction 4
Occupons-nous maintenant de la fonction 4, avec laquelle on peut envoyer une donnée à 16 bits directement à n’importe quel registre du contrôleur vidéo.
Une telle possibilité permet de reprogrammer certains paramètres fondamentaux du STV5730, et, donc, de modifier les états par défaut générés et chargés par le microcontrôleur à l’allumage du circuit.
Il est clair que les états ne sont valables que pour un court instant. Toutefois, la fonction est utile car elle permet de visualiser l’inscription avant, sans avoir à programmer le module.
Cette fonction est donc semblable à la 2, de laquelle elle se distingue surtout du fait qu’elle ne modifie pas le registre de contrôle, et également parce que les modifications apportées ne sont pas mémorisées par le microcontrôleur.
C’est pour cette raison que, si le circuit est momentanément privé d’alimentation ou réinitialisé (à l’aide de la commande 1), les variations sont perdues.
Dans ce cas précis, le système à distance (PC) doit les renvoyer.
La syntaxe est la suivante :
**,FONCTION,HIBYTE,LOBYTE
Vous voyez que la forme est la même que celle de la commande 2.
Voici un exemple de chaîne :
**04 13 C5
Pour les paramètres aussi, il en va de même que précédemment : 13 C4 ou 13 C5 selon que l’on veuille enclencher ou pas le texte à un signal vidéo appliqué à l’entrée CVBS du microcontrôleur.
La fonction 5
Passons, pour finir, à la fonction 5 qui, disons-le tout de suite, n’est autre qu’une variante de la 3. La différence essentielle entre les deux est que le message envoyé est mémorisé dans le microcontrôleur, et donc, qu’il réapparaîtra à l’écran même après que le circuit ait été éteint et rallumé, c’est-à-dire après lui avoir envoyé une commande de reset et d’initialisation (fonction 1).
Donc, avec la commande 3, on peut tout de suite envoyer un texte sur la vidéo, mais celui-ci n’est pas sauvegardé car il va directement dans la mémoire (volatile) du circuit ST.
Avec la fonction 5, nous écrivons dans la mémoire du PIC ce que nous voyons à l’écran. Mais il existe quelques limitations qu’il est préférable de connaître.
Tout d’abord, la position X et la position Y doivent toujours être 0 et la longueur du message ne doit pas dépasser 10 caractères (les caractères de contrôle étant exclus, ainsi que l’attribut et le FF terminal).
La raison en est tout simplement la dimension de l’EEPROM disponible dans l’ordinateur, qui contient seulement les 10 caractères et ne dispose pas de l’espace nécessaire pour l’insertion des données relatives aux coordonnées de départ.
En résumé, la fonction 5 est utile dans des systèmes dans lesquels le module est programmé pour être monté dans un moniteur ou le long de la ligne coaxiale sortant d’une caméra, pour marquer un signal vidéo d’une inscription, en lui donnant par exemple le nom de la pièce d’où il provient.
Par contre, la fonction 3 est plus indiquée pour réaliser des essais, c’est-à-dire pour titrer au fur à mesure des images, et dans ce cas, il faut alors maintenir le circuit relié au PC.
La syntaxe relative à la commande 5 est la suivante :
**,FONCTION,X,Y,ATTRIBUTS,CAR,CAR, CAR,…CAR,CAR,FF
Comme vous le voyez, c’est la même fonction que la 2. Seules les valeurs des paramètres changent.
Voici un exemple typique de chaîne pour la commande en question :
**05 00 00 0E 0E 0C 18 10 1D 0C 0B 01 FF
En décomposant la chaîne, on peut en identifier les différentes parties : **05 est le numéro de la fonction précédé de l’en-tête, 00 et 00 sont, comme nous l’avons déjà vu, les indications concernant la ligne et le caractère de départ (0, dans les deux cas, autrement la commande n’est pas effectuée…) tandis que le premier 0E est l’attribut qui indique que le texte sera blanc et fixe.
Viennent ensuite les valeurs hexadécimales qui correspondent aux caractères du message, c’est-à-dire C (0E), A (0C), M (18), E (10), R (1D), A (0C), espace (0B) et 1 (01).
Donc, le texte superposé, blanc et non clignotant, est “CAMERA 1”. Le bloc FF est toujours le même caractère final. Voilà, nous pouvons à présent considérer la description du circuit terminée: il ne nous reste donc plus qu’à nous occuper du montage.
Programme de démonstration en QBasic
Figure 13 : Les attributs des caractères. Pour visualiser le caractère dans la couleur voulue, et avec d’éventuels attributs de transparence et de clignotement, référez-vous au tableau ci-dessus.
Figure 14 : Vue des deux éléments de la titreuse programmable. En haut, la titreuse proprement dite. En bas, la carte connecteurs.
Figure 15a : Dessin du circuit imprimé du module titreuse à l’échelle 1 côté pistes.
Figure 15b : Dessin du circuit imprimé du module titreuse à l’échelle 1 côté composants.
Figure 16 : Dessin du circuit imprimé à l’échelle 1 de la carte connecteurs du module titreuse.
La réalisation de l’OSD
Lorsque vous serez en possession du circuit imprimé, commencez par y insérer tout d’abord les résistances et le support pour le microcontrôleur que vous devrez orienter comme indiqué sur le dessin. (Si vous avez réalisé vous-même le circuit imprimé, il est préférable que vous montiez un support “tulipe”, car il permet une soudure des deux côtés du circuit imprimé. Cette précaution est inutile avec le circuit imprimé commercial qui est à trous métallisés).
Poursuivez avec les condensateurs et les transistors, que vous devez également insérer selon une façon précise. Le circuit intégré STV5730 est un CMS. Soudez-le avec attention.
Si vous avez réalisé vous-même le circuit imprimé, n’oubliez pas les vias en dessous.
Une fois les soudures terminées, vous pouvez insérer le microcontrôleur dans son support en faisant bien attention à son orientation.
Fermez le cavalier J1, si vous pensez alimenter le module directement sous 5 volts, ou bien laissez-le ouvert si vous devez insérer le circuit dans un moniteur ou dans une caméra ne disposant pas d’une tension stabilisée de 5 volts.
S’il est monté correctement, le module est immédiatement prêt à être utilisé car il ne nécessite aucun réglage préliminaire.
Pour la programmation, nous avons préparé un petit circuit (avec un support spécial à 30 broches single-in-line), quipermet de réaliser toutes les connexions, y compris celles d’alimentation (5 Vcc), celles d’entrée et de sortie vidéo, sans oublier celles qui vont vers le PC.
Il est toutefois possible (voir schémas correspondants) de souder directement sur le circuit (en utilisant tout simplement un connecteur strip) les câbles entrées/sorties ainsi que ceux de connexion au port série du PC.
Allumez l’ordinateur et, en utilisant l’éditeur sous MS-DOS, écrivez le programme de démonstration exactement comme il est présenté en figure 12.
Sauvegardez-le ensuite à l’aide de l’extension .BAS, sortez de l’éditeur et lancez QBasic, puis ouvrez le fichier que vous avez écrit, sauvegardez-le et envoyez-le (alt+F5).
Le programme écrit “CAMERA 1” en noir et blanc, fixe, qui devra apparaître sur l’écran du téléviseur ou de l’ordinateur que vous utilisez, en surimpression sur les images filmées par la caméra ou envoyées par le magnétoscope.
Si l’inscription permanente est prévue en mémoire, le message ne disparaîtra pas, même si vous déconnectez le PC et si vous éteignez et rallumez le circuit.
Sur la base de cet exemple, vous pourrez personnaliser la phrase, en éditant le programme et en remplaçant le texte “CAMERA 1” par celui de votre choix.
Toutefois, veillez à respecter deux règles très simples : ne jamais dépasser 10 caractères (la commande est celle d’écriture permanente en EEPROM) et insérer dans les parenthèses associées à CHR$(&H…) les valeurs hexadécimales correspondantes, comme indiqué dans le tableau du STV5730.
Un altimètre de 0 à 1 999 mètres - Tue, 03 May 2011
Grâce à l’utilisation de capteurs de pression modernes, il est possible de concevoir des instruments avec lesquels on peut mesurer la hauteur d’un immeuble, d’un pylône ou d’une montagne et ce, jusqu’à une altitude maximale de 1 999 mètres. Dans cet article, nous allons décrire la façon de réaliser cet appareil de mesure : un altimètre simple et économique.
Voici déjà quelque temps, une entreprise japonaise spécialisée dans les capteurs de pression, nous a envoyé divers échantillons pour réaliser des altimètres et des baromètres simples.
A l’intérieur de ces capteurs se trouve un pont piézoélectrique, qui, suivant la variation de la pression, entraîne la modification de la tension disponible en sortie.
Lorsqu’un tel capteur est placé au niveau de la mer, il en sort une tension d’environ 4 volts. Lorsqu’il est placé à une altitude de 2 000 mètres, cette tension tombe à environ 3 volts.
Pour mettre au point notre altimètre, nous avons dû résoudre divers problèmes, car les seules données techniques en notre possession étaient les suivantes :
Sachant que mm/H signifie millimètres de mercure et qu’au niveau de la mer une colonne de mercure se positionne sur 760 mm alors qu’à 2 000 mètres elle se positionne sur 607 mm, nous avons vérifié la valeur des tensions qui sortaient de ce capteur à diverses hauteurs.
Comme vous pouvez le noter, de 0 mètre à 1 999 mètres, la variation est de seulement :
4,0830 – 3,1654 = 0,9176 volt !
En pratique, pour chaque mètre de variation en hauteur, nous constatons une variation de tension de seulement:
0,9176 : 1 999 = 0,000459 volt
Ce qui correspond à 0,459 millivolt.
Pour mesurer ces tensions très faibles, il suffit d’un millivoltmètre précis de type inverseur, sur l’afficheur duquel, le chiffre qui apparaît, augmente de manière proportionnelle à la tension décroissante qui est présente sur son entrée.
Ainsi, si nous calibrons le millivoltmètre de manière à faire apparaître le chiffre 000 avec une pression de 760 mm/H, en montant en altitude, nous obtiendrons les tensions suivantes :
à 100 mètres :
(4,083 – 4,0371) : 0,000459 = 100 millivolts,
à 200 mètres :
(4,083 – 3,9912) : 0,000459 = 200 millivolts,
à 500 mètres :
(4,083 – 3,8535) : 0,000459 = 500 millivolts,
à 1 000 mètres :
(4,083 – 3,6240) : 0,000459 = 1 000 millivolts,
et à 1 999 mètres :
(4,083 – 3,1654) : 0,000459 = 1 999 millivolts.
Si le nombre 46 apparaît sur l’afficheur, nous nous trouvons donc à une altitude de 46 mètres. Si c’est le nombre 108 qui apparaît, nous nous trouvons à une altitude de 108 mètres et si c’est le nombre 560 qui apparaît, nous nous trouvons à une altitude de 560 mètres.
De la précision de l’appareil
Avant de poursuivre, nous devons apporter quelques détails concernant la calibration de l’appareil car sa précision en dépend.
Si nous nous trouvons dans une localité située à 200 mètres au-dessus du niveau de la mer et que nous étalonnons le millivoltmètre pour faire apparaître le nombre 000, il est bien entendu, que si nous montons en altitude jusqu’à ce qu’apparaisse le nombre 050, par rapport au niveau de la mer, nous nous trouvons en réalité à une altitude de :
50 + 200 mètres = 250 mètres
Il faut également préciser que la pression atmosphérique varie en fonction des conditions météorologiques. Ainsi, si au niveau de la mer, en présence d’une moyenne pression, la colonne de mercure est positionnée sur 760 mm/H, en présence d’une haute pression, la colonne de mercure peut monter à 770 mm/H et en présence d’une basse pression, elle peut descendre à 750 mm/H.
Evidemment, ces variations peuvent modifier de quelques millivolts la tension en sortie, donc affecter légèrement la précision de l’altimètre.
Comme de telles variations ne sont ni soudaines, ni rapides, nous pouvons régler le potentiomètre de mise à zéro de façon à lire 000 sur le millivoltmètre, en ayant conscience que si la pression atmosphérique change, il est possible de constater une erreur de quelques mètres.
Ces problèmes de précision sont le lot de n’importe quel altimètre, même des plus sophistiqués ou des plus chers.
Notre appareil peut soutenir la comparaison sans rougir !
Quelques exemples d’utilisation d’un altimètre
Après avoir effectué une mise à zéro de l’altimètre au rez-de-chaussée d’un immeuble, nous pouvons savoir de combien de mètres nous nous élevons en montant les escaliers.
Le passionné de deltaplane, de parapente, ou de parachute ascensionnel, pourra lire à quelle hauteur il se trouve par rapport au sol.
Les spéléologues pourront vérifier à quelle profondeur ils sont descendus sous terre car, sur l’afficheur, ils verront apparaître le signe “–” devant le nombre.
Ainsi, si le nombre –010 apparaît, ils se trouvent à une profondeur de 10 mètres, si le nombre –085 apparaît, ils sont descendus à 85 mètres.
Ayez toujours à l’esprit que la précision de cette sonde se situe aux alentours des ±2,5 %. Ainsi, si vous lisez 14 mètres, en pratique, cela pourrait être 14,7-14,8 ou bien 13,5-13,6 mètres.
Si vous lisez 110 mètres, cela pourrait être 107 ou même 112 mètres, une différence que l’on peut facilement accepter.
Après cette entrée en matière, nous pouvons passer à la description du schéma électrique complet de cet altimètre reproduit à la figure 2.
Figure 1 : Pour cet altimètre, nous avons utilisé un capteur de pression de la société Fujkura, référencé XFPM115P. En regardant le repère-détrompeur présent sur son corps, sur la gauche nous avons les broches 1, 2 et 3 et sur la droite les broches 4, 5 et 6.
Le schéma électrique
Tous les étudiants d’un lycée technique à qui nous avions fourni un circuit imprimé, le schéma électrique et une notice de montage de cet altimètre pour vérifier s’ils rencontraient des difficultés dans la réalisation, nous ont signalé que nous avions commis une erreur banale.
En fait, nous avions précisé dans le texte que le capteur devait être alimenté avec une tension de 5 volts stabilisés, alors que nous l’avons relié directement au positif des 9 volts de la pile.
En fait, pour stabiliser une tension, il n’est pas indispensable de relier le circuit intégré stabilisateur au positif de l’alimentation (voir figure 3), mais il est également possible de le relier au négatif (voir figure 4).
Dans ce montage, nous utilisons comme circuit intégré stabilisateur négatif la moitié d’un double amplificateur opérationnel LM358 (IC1/B).
Comme vous le noterez, la broche 6 de masse du capteur n’est pas reliée au négatif de la pile de 9 volts, mais bien à la broche de sortie 1 de IC1/B.
Le motif pour lequel nous avons utilisé cet amplificateur opérationnel, au lieu d’un simple circuit stabilisateur négatif comme le μA7905, est très simple.
Si on utilisait un circuit intégré μA7905, celui-ci absorberait un courant élevé et, de ce fait, nous nous retrouverions sans aucune tension stabilisée lorsque la pile commencerait à se décharger.
Comme il sort une tension stabilisée négative de 2,9 volts de la broche 32 du circuit intégré IC2 qui pilote l’afficheur LCD, même lorsque la pile est à moitié déchargée, nous utilisons ces 2,9 volts comme tension de référence.
Note :
Cette tension négative de 2,9 volts, est mesurée en reliant la pointe négative d’un multimètre sur les broches 31, 32 et 35 d’IC2 et la pointe positive aux + 9 volts de la pile d’alimentation car, si nous faisions la mesure par rapport à la masse, nous lirions 6,1 volts.
L’amplificateur opérationnel IC1/B est utilisé dans ce circuit comme amplificateur inverseur avec un gain de 1,73.
Sachant que la formule pour calculer le gain de cet amplificateur est la suivante :
gain = (R14 : R15) + 1
Ayant utilisé pour R14 une résistance de précision de 22000 ohms et pour la R15 une résistance de précision de 30100 ohms, nous obtenons un gain de:
(22000 : 30 100) + 1 = 1,73
Ainsi, de la broche de sortie 1, nous prélevons une tension stabilisée négative de :
2,9 x 1,73 = 5,01 volts
Nous appliquons cette tension sur la broche 6 du capteur. Si nous mesurons avec un multimètre la tension présente entre les broches 4 et 6, nous lirons 5,01 volts.
Le problème de cette tension stabilisée étant résolu, nous pouvons poursuivre notre description, en disant que de la broche 5 du capteur sort une tension de 4,083 volts au niveau de la mer, avec une pression atmosphérique moyenne, tension qui descend à 3,165 volts à 1 999 mètres.
Cette tension, est appliquée à travers la résistance R5, sur la broche non-inverseur 5 de l’amplificateur opérationnel référencé IC1/A, que nous utilisons pour la mise à zéro du millivoltmètre.
En fait, pour faire apparaître le nombre 000 sur l’afficheur du millivoltmètre lorsqu’une tension de 4,083 volts est présente sur la broche 5 de IC1/A, nous devons appliquer, sur la broche inverseur 6, une tension positive qui permettra de porter la broche d’entrée 30 de IC2 sur la moitié de la valeur de la tension présente sur la broche 32.
Lorsque la tension sur la sortie du capteur diminue avec l’augmentation de l’altitude, le nombre qui apparaît sur l’afficheur augmente, parce que la broche d’entrée 30 de IC2 est inverseuse.
Le trimmer multitours R9, implanté directement sur le circuit imprimé, permet de procéder à une mise à zéro sur l’altitude de la localité dans laquelle nous nous trouvons. Par contre, le petit potentiomètre R5, dont l’axe se trouve à l’extérieur du coffret, permet de rattraper la variation des valeurs de la pression atmosphérique, qui peuvent aller, d’un jour à l’autre, de 750 à 770 mm/H.
Le transistor TR1, que nous trouvons dans ce montage, ne s’occupe que d’une seule fonction, celle de faire apparaître sur l’afficheur, l’inscription “LO-BATT”, lorsque la pile de 9 volts est déchargée et qu’elle doit être remplacée.
Figure 2 : Schéma électrique de l’altimètre. Pour obtenir les 5 volts nécessaires pour alimenter le capteur de pression, il faut prélever une tension stabilisée négative de 2,9 volts de la broche 32 du circuit intégré IC2, pour ensuite l’amplifier avec un coefficient de 1,73 à l’aide de l’amplificateur opérationnel IC1/B.
Liste des composants de l’altimètre
R1 = 3,9 kΩ
R2 = 200000 Ω 1 %
R3 = 200000 Ω 1 %
R4 = 499000 Ω 1 %
R5 = 100 kΩ pot. Cermet
R6 = 499000 Ω 1 %
R7 = 1 MΩ 1 %
R8 = 15000 Ω 1 %
R9 = 10 kΩ trimmer 10 multitour
R10 = 6810 Ω 1 %
R11 = 200000 Ω 1 %
R12 = 200000 Ω 1 %
R13 = 1 MΩ
R14 = 22000 Ω 1 %
R15 = 30100 Ω 1 %
R16 = 47 kΩ
R17 = 27 kΩ
R18 = 47 kΩ
R19 = 100 kΩ
R20 = 470 kΩ
R21 = 100 kΩ trimmer 10 multitour
R22 = 200000 Ω 1 %
R23 = 100 kΩ
C1 = 680 pF céramique
C2 = 100 nF polyester
C3 = 1 nF polyester
C4 = 22 μF électrolytique
C5 = 100 nF polyester
C6 = 100 pF céramique
C7 = 220 nF polyester
C8 = 47 nF polyester
C9 = 1 nF polyester
C10 = 100 nF polyester
TR1 = Transistor NPN BC547
IC1 = Intégré LM358
IC2 = Intégré ICL7106
LCD = Afficheur LCD S5018/P
CAPTEUR = Capteur de pression XFPM-115KP
S1 = Inter. à glissière
Figure 3 : Pour obtenir une tension stabilisée de 5 volts, vous pouvez connecter au positif d’une pile, un circuit intégré 78L05. Dans ce cas, la masse sera représentée par la broche négative de la pile.
Figure 4 : Pour obtenir une tension stabilisée de 5 volts, vous pouvez connecter au négatif d’une pile, un circuit intégré 79L05. Dans ce cas, la masse sera représentée par la broche positive de la pile.
Figure 5 : Voici comment se présente votre instrument lorsque vous l’aurez installé dans son boîtier. L’axe qui sort en bas à gauche est celui du potentiomètre R5, qui sert pour le réglage du zéro.
Figure 6: Photo du circuit imprimé vu du côté de l’afficheur LCD. Notez, en haut à gauche, le capteur de pression déjà en place sur les deux connecteurs femelles à 3 broches.
Figure 7 : Photo du circuit imprimé vu du côté des composants. De chaque côté du circuit intégré IC2, vous pouvez voir les deux trimmers multitours R9 et R21.
A propos du code des couleurs
Comme nous l’avons déjà dit, nous avons fait monter des prototypes à de jeunes étudiants et nous avons constaté que nombreux étaient ceux qui avaient des difficultés à déchiffrer les valeurs ohmiques des résistances.
Comme un rappel ne fait jamais de mal, dans la figure 8, nous avons reporté le code des couleurs, qui vous aidera à déterminer l’exacte valeur de toutes les résistances, y compris des résistances de précision. Vous pouvez le découper et l’afficher dans votre laboratoire.
Une résistance de 30 100 ohms à 1 % de tolérance, présente, si elles sont lues dans le bon ordre, les cinq couleurs suivantes :
orange - noir - marron - rouge et marron
En convertissant les quatre premières couleurs en chiffre, on obtient :
3 0 1 x 100 = 30 100 ohms
La dernière couleur de droite indique la tolérance :
marron = 1 donc tolérance de 1 %
Si vous essayez de déchiffrer la valeur de cette résistance en la retournant, la séquence des couleurs sera :
marron - rouge - marron - noir - orange
En convertissant les quatre premières couleurs, puis la couleur de tolérance, on obtiendrait :
1210 ohms avec une tolérance de 3 %
Comme dans ce montage, aucune résistance de 1 210 ohms n’est utilisée, il est facile d’en déduire que vous l’avez lue à l’envers.
En cas de doute, vous pouvez toujours établir si la résistance est de 30 100 ohms ou de 1 210 ohms, en la mesurant à l’aide d’un multimètre commuté en ohmmètre.
CODE DES COULEURS DES RÉSISTANCES
Figure 8: Comme dans ce montage plusieurs résistances de précision sont utilisées, nous vous donnons le code des couleurs.
Il vous permettra de déchiffrer leur valeur ohmique exacte. Vous pouvez le découper
pour l’afficher dans votre laboratoire.
La réalisation pratique
Cette petite mise au point terminée, vous pouvez à présent prendre le circuit imprimé et commencer le montage, en insérant les deux supports pour les circuits intégrés IC1 et IC2 en respectant leur sens d’implantation comme indiqué sur la figure 9.
Lorsque vous souderez leurs broches sur les pistes du circuit imprimé, évitez de déposer un excès d’étain, car vous courrez le risque de mettre en court-circuit deux pistes adjacentes.
Après cette opération, vous pouvez placer toutes les résistances. Afin de permettre un repérage immédiat des résistances de précision, sur le schéma pratique de câblage de la figure 9, nous avons repéré ces dernières à l’aide de trois traits jaunes.
Evidemment, ces traits ne permettent pas l’identification réelle de la valeur de ces résistances, que vous pouvez retrouver dans le tableau de la figure 8.
Avant de monter les deux trimmers multitours R9 et R21, il convient d’insérer, du côté opposé du circuit imprimé, les deux connecteurs femelles à 3 broches (barrette sécable), qui font office de support pour le capteur de pression (voir figure 10).
Après avoir soudé les pattes de ces connecteurs, vous pouvez insérer les deux trimmers multitours. A ce propos, pour ceux qui auraient des difficultés à déchiffrer toutes les inscriptions reportées sur leur corps, qui indiquent le modèle, la date de fabrication, etc., ce qu’il faut repérer c’est, en fait, uniquement le chiffre qui permet d’indiquer la valeur en ohms :
R9 = 103 = 10 000 ohms
R21 = 104 = 100 000 ohms
Vous pouvez revoir avec intérêt la leçon sur les résistances publiée dans ELM numéro 2, page 81 et suivantes.
Cette opération terminée, vous pouvez mettre en place les deux condensateurs céramiques, puis tous les polyesters et le condensateur électrolytique C4, en respectant la polarité +/– de ses deux pattes.
A proximité du trimmer R9, positionnez le transistor TR1, en orientant la partie plate de son boîtier vers la gauche.
Pour compléter le montage, il faut mettre en place l’afficheur LCD sur le côté opposé du circuit imprimé, ainsi que le potentiomètre professionnel R5, après en avoir raccourci l’axe (voir figure 10).
Aucun support n’étant disponible pour l’afficheur, en remplacement, nous avons réalisé deux connecteurs femelles de 20 broches avec de la barrette sécable.
Au lieu de souder ces deux connecteurs directement sur le circuit imprimé, nous vous conseillons de les insérer directement sur l’afficheur, après quoi, vous pouvez insérer le bloc ainsi constitué sur le circuit imprimé, en orientant le repère de positionnement vers la gauche (voir figure 10).
La soudure s’en trouvera nettement facilitée.
Ce repère de positionnement, est toujours constitué par une goutte en verre ou par une encoche en forme de “<” visible sur le contour interne de son corps (voir figure 14).
Pour ceux qui voudraient insérer en premier les connecteurs femelles sur le circuit imprimé, puis installer l’afficheur ensuite, nous leur conseillons de ne jamais appuyer avec les doigts sur la partie centrale du verre de l’afficheur, car il pourrait se briser.
Le montage terminé, avant de fixer cette carte à l’intérieur du coffret, vous devez insérer les deux circuits intégrés IC1 et IC2 dans leur support respectif en orientant leur repère-détrompeur en forme de U convenablement (voir figure 9).
Sur le côté opposé du circuit imprimé, installez dans son support le capteur de pression, en orientant son repèredétrompeur (DÉT.) vers le bas (voir figure 10).
Après avoir placé le circuit intégré IC2 dans son support, contrôlez que toutes les broches soient bien rentrées dans les lyres, car il arrive parfois que l’une d’elles sorte en se repliant vers l’intérieur ou vers l’extérieur.
Procurez-vous un coffret en plastique, pouvant contenir le circuit et la pile, avec une face en aluminium.
La face avant du coffret prévu pour l’altimètre est déjà percée et sérigraphié.
Sur cette face avant, fixez l’interrupteur à glissière S1 à l’aide de deux vis et de deux écrous, puis, placez-la sur le coffret avec quatre vis. Ces vis vous serviront également pour tenir écarté le circuit imprimé de la face avant à l’aide d’écrous (voir figure 13). Pour compléter le montage, il faut seulement relier au circuit imprimé, les deux fils qui partent des cosses de S1 et les fils rouge et noir de la prise de la pile 9 volts.
Figure 9 : Schéma d’implantation de l’altimètre vu du côté des composants. Les deux points tests TP1 situés sur le côté supérieur du circuit imprimé, vous serviront pour régler cet appareil, à l’aide d’un multimètre (lire le paragraphe “réglages de l’altimètre”).
Figure 10: Sur le côté opposé du circuit imprimé sont insérés les connecteurs femelles pour le capteur et pour l’afficheur LCD (voir repère de positionnement) ainsi que le potentiomètre R5 de réglage du zéro. Avant d’insérer le potentiomètre, il faut raccourcir son axe à 10 mm.
Figure 11 : Le montage du circuit terminé, vous devez le fixer à l’intérieur du boîtier plastique, en le bloquant sur la face avant en aluminium (voir figures 12 et 13).
Figure 12: La face avant est fixée sur le coffret au moyen de quatre vis en métal, que vous utiliserez aussi comme entretoises pour bloquer le circuit imprimé. Sur cette face avant, vous fixerez aussi le petit interrupteur à glissière S1 de mise en service.
Figure 13: Après avoir fixé la face avant sur le boîtier, vérifiez à quelle distance vous devez positionner les quatre écrous pour que les filetages dépassent suffisamment pour permettre la fixation du circuit imprimé tout en laissant dépasser légèrement le petit tube central du capteur de pression (voir figure 5).
Figure 14 : Lorsque vous installerez l’afficheur LCD sur le circuit imprimé, vous devez orienter la petite goutte en verre qui fait office de repère de positionnement, vers la gauche (voir figure 10).
Figure 15 : Brochages du circuit intégré LM358 vu de dessus et du transistor BC547 vu de dessous.
Réglage de l’altimètre
Le montage de l’altimètre étant terminé, vous pouvez le régler, avec ou sans multimètre.
Important : le réglage est effectué en tenant le circuit à quelques centimètres de hauteur du sol.
Si vous habitez au deuxième étage d’un immeuble, situé à 4 mètres de hauteur, vous ne devez pas le régler pour faire apparaître 000, mais de manière à faire apparaître 004 mètres et si vous réglez l’appareil sur une table de 1 mètre de hauteur, vous devez tenir compte également de cette hauteur ; ainsi, vous devez régler l’appareil de façon à faire apparaître sur l’afficheur 4 + 1 = 5 mètres.
Si vous ne voulez pas utiliser le multimètre, vous devez tourner l’axe du potentiomètre R5 à mi-course, puis le trimmer multitours R9 de 10 000 ohms jusqu’à l’apparition sur l’afficheur du chiffre 000.
Comme nous l’avons déjà indiqué, vous ne devez faire apparaître ce chiffre que si vous vous trouvez au niveau du sol.
Pour régler le trimmer multitours R21 de 100000 ohms, vous devez vous placer à une hauteur d’au moins 30 ou 40 mètres, car plus haut vous serez, plus faible sera la tolérance de lecture.
Admettons que vous soyez montés en haut d’un immeuble d’une hauteur de 32 mètres, vous devez tourner le curseur de ce trimmer jusqu’à ce qu’apparaisse le chiffre 32.
Si vous voulez effectuer les réglages en utilisant un multimètre, vous devez relier ses pointes aux deux points TP1, situés sur le circuit imprimé, après quoi, il faut tourner le curseur du trimmer R21 de 100 000 ohms, jusqu’au moment où vous lirez une tension de 0,46 volt.
Cette tension obtenue, tournez l’axe du potentiomètre R5 à mi-course, puis le curseur du trimmer R9 de 100 000 ohms, jusqu’au moment où vous lirez 000 sur l’afficheur.
Nous répétons, que vous ne devez faire apparaître ce chiffre que si vous êtes au raz du sol.
Si, durant la phase de réglages, le chiffre –000 apparaît, vous pouvez considérer ce chiffre comme valide, car l’erreur maximum que vous obtiendrez, se situe autours des 0,5 mètre.
Partons du principe que l’altimètre est correctement réglé.
Le lendemain, vous allumez l’appareil et vous voyez apparaître sur l’afficheur 002 ou bien –002, cela ne signifie pas qu’il se soit déréglé mais seulement que la pression atmosphérique a changé. Dans ce cas, pour faire apparaître de nouveau le chiffre 000, vous devez seulement tourner l’axe du potentiomètre R5 de mise à zéro.
Il en est de même, si vous avez fait vos réglages à 720 mètres et que l’afficheur, le lendemain, indique 722 ou 718 mètres. Avec le potentiomètre R5, ramenez le réglage à 720.
Conclusion
Cet altimètre n’a rien à envier aux altimètres commerciaux. Sa marge d’erreur de ±2,5 % est tout à fait acceptable.
En disposant d’une carte d’état major, vous pourrez vérifier l’exactitude des courbes de niveau mais également la précision de votre appareil.
Un beeper par courant porteur - Mon, 02 May 2011
Aviser son fils ou sa fille que l’heure du dîner est déjà largement dépassée, alors que sa chambre est située à l’étage et que la musique est à fond, est le calvaire de plus d’une mère ! Comme on ne peut tout de même pas envisager la mise en oeuvre d’une sirène, nous avons trouvé une solution pratique, discrète et mobile. En appuyant sur le bouton d’un petit boîtier situé proche d’une prise secteur dans une pièce quelconque de votre habitation, vous pouvez faire sonner un buzzer situé dans une autre pièce sans devoir tirer des câbles. En effet, ce système utilise les fils de l’installation électrique du secteur 220 volts pour sa liaison entre l’émetteur et le récepteur.
Au premier coup d’oeil, vous pourriez penser que l’utilité d’un tel système n’est pas patente, mais comme nous allons vous l’expliquer, il trouvera son application en de nombreuses circonstances.
Outre appeler un enfant pour dîner, vous pourrez utiliser ce beeper pour relier une personne âgée ou un malade à la personne qui en a la charge.
Comme, dans nombre d’habitations, les différentes pièces sont disposées sur différents niveaux, l’installation de ce beeper peut simplifier les communications entre celui qui se trouve au rez-de-chaussée et celui qui se trouve au premier ou au deuxième étage.
Celui qui travaille dans un garage ou dans un grenier pourra être appelé à tout instant pour lui indiquer qu’il faut rejoindre la personne qui l’appelle.
Si vous définissez un code, il pourra prendre une signification donnée. Une sonnerie brève et une longue pourront signifier “à la soupe !”, deux brèves pourront signifier “téléphone”, etc.
En pratique, ce circuit est un simple beeper portatif, que vous pouvez emporter avec vous d’une pièce à l’autre, sans devoir utiliser d’autres fils que ceux de l’installation électrique du secteur 220 volts.
L’unique limitation de cet appareil, est de ne pas pouvoir franchir votre compteur électrique. Ainsi, si vous insérez la prise de l’émetteur ou du récepteur dans une prise 220 volts alimentée par un autre compteur, il ne fonctionnera pas.
Si, par contre, l’installation de votre appartement est desservie par un unique compteur, ce beeper fonctionnera de la cave jusqu’au grenier.
Considérant que le coût de ce projet est à la portée de toutes les bourses, nous pensons que vous serez nombreux à le réaliser et à l’utiliser.
Figure 1: Photo de l’étage transmetteur déjà installé dans son coffret plastique. Pour éviter qu’en tirant sur le cordon secteur les fils ne puissent s’arracher des deux picots soudés sur le circuit imprimé, nous vous conseillons de faire un noeud (voir figure 6).
Si vous êtes passionné de vidéo, radioamateur ou professionnel des installations TV en circuit fermé, une titreuse électronique pourra vous rendre de nombreux services.
Une titreuse électronique c’est un appareil capable d’insérer des textes sur n’importe quel signal vidéo comme une mire, les images filmées par une caméra et visualisées sur un écran, ou bien encore sur celles enregistrées sur la bande magnétique d’une caméra vidéo portable.
De nombreux lecteurs, qui trouvent leur plaisir dans le domaine de la “vidéo” ou qui disposent d’un indicatif radioamateur, ont souhaité nous voir publier un tel projet.
En effet, dans le commerce, un appareil de ce genre coûte cher. Mais, l’attente des professionnels, comme celle des amateurs, est enfin terminée car nous allons vous guider dans les pages qui suivent pour vous montrer comment réaliser vous-même et à faible coût, une excellente titreuse électronique, capable de superposer un certain nombre de caractères à une image.
Le dispositif est très simple et de petites dimensions, et ce, grâce à l’utilisation d’un circuit intégré SGS Thomson qui réalise, à lui seul, la fonction voulue et ne nécessite que l’assistance d’un microcontrôleur pour gérer les commandes.
Ce circuit intégré n’est autre qu’un STV5730, utilisé depuis très longtemps dans beaucoup de téléviseurs pour réaliser le On Screen Display (OSD), ainsi que dans quelques appareils de commutation pour caméras de télévision, dont les modules à deux, trois ou quatre entrées et une sortie.
La titreuse a de nombreuses applications, non seulement en ce qui concerne la superposition d’inscription dans les vidéos amateurs, mais également et sur tout, dans le domaine de la vidéo surveillance. En effet, dans les installations de TV en circuit fermé, là où les caméras sont nombreuses et où les agents de sécurité doivent savoir à chaque instant, et d’un seul coup d’oeil jeté sur l’écran, d’où proviennent les images, l’insertion d’une inscription permet une identification immédiate.
Imaginons, par exemple, que l’on doive contrôler ce qui se passe dans quatre pièces d’une entreprise, en utilisant un écran est un séquenceur commutant l’image. En reliant une titreuse (judicieusement programmée), à la sortie de chaque caméra, on peut voir en surimpression le nom de la pièce observée.
Evidemment (vous l’aurez bien sûr compris en lisant les exemples…), le circuit a été conçu pour travailler avec un signal vidéo composite standard (1 Vpp/75 ohms).
Physiquement, le montage ressemble à un module de mémoire SIMM, avec un connecteur de 30 broches, du même type que ceux utilisés dans les vieilles cartes mères des ordinateurs basés sur les 80286, 80386 ou 80486 d’Intel (voir figure 4).
Le module est monté sur un circuit adapté qui est ensuite utilisé en phase de programmation pour charger, dans la mémoire du microcontrôleur, la phrase à superposer aux images (voir figure 7, 10 et 14).
Le module peut rester sur la carte connecteurs en permanence. Sur cette carte, on trouve : le support SIMM, un connecteur DB9, à relier à la sortie série du PC), deux prises RCA, l’une pour l’entrée du signal vidéo, l’autre pour la sortie ansi qu’une prise alimentation.
Bien qu’il soit capable de générer des caractères sur la vidéo, notre dispositif n’est pas vraiment ce que les experts appellent “Gen-Lock”. En effet, il ne peut pas générer d’inscriptions à volonté, mais seulement celles qui ont été préalablement programmées dans la mémoire de son microcontrôleur.
Pour ceux qui ont besoin d’un affichage dont la teneur doit pouvoir être modifiée en permanence, nous vous proposerons prochainement un montage spécifique, adapté à toutes les utilisations, contrôlable par PC, avec lequel vous pourrez insérer en temps réel n’importe quelle inscription, sous-titre, signal horaire, etc., sur un film ou sur de simples images fixes, mais également sur un écran vide. Bref, un instrument indispensable pour les montages et la préparation de films professionnels.
Le STV5730
En attendant un prochain numéro d’ELM pour nous attarder plus longuement sur le “Gen-Lock”, voyons plutôt maintenantle montage de ce mois-ci : le circuit en lui-même est assez simple, ou en tous les cas, énormément simplifié par rapport à ce qu’il aurait été s’il avait fallu utiliser des dispositifs traditionnels pour obtenir les synchronismes, générer les textes, les mélanger, etc.
Dans notre montage, c’est le circuit intégré U1 (voir figures 1 et 2), c’est-à-dire le STV5730, qui fait tout. Le microcontrôleur U2 (un PIC12CE674), gère les commandes et les fonctions, et permet d’acquérir, lors de la programmation, les phrases envoyées par le PC le long de la ligne sérielle.
A ce propos, observons que la titreuse fonctionne effectivement avec un PC, mais uniquement pour la programmation.
Une fois les données envoyées, le STV5730 superpose les caractères que le PIC a emmagasinés dans son EEPROM, où ils restent jusqu’à ce qu’on les efface.
Mais tachons d’y voir plus clair, et commençons par examiner le coeur du circuit, c’est-à-dire le microcontrôleur SGS Thomson (figure 1 et 2). Comme nous l’avons déjà dit, il s’agit d’un générateur de caractères qui, afin de travailler avec des signaux de type vidéo composite, incorpore tous les étages nécessaires.
Parmi ceux-ci, on peut distinguer un élément qui reconnaît et sépare les synchronismes, un générateur de synchronismes vidéo composite (PAL, 50/15625 Hz), un mélangeur, un PLL, une logique de contrôle, une mémoire RAM dans laquelle sont emmagasinées les données qui arrivent du microcontrôleur, une ROM contenant les données des caractères, un amplificateur de sortie capable d’élever le niveau du signal vidéo de +0 dB à +6 dB, et un décodeur d’onde porteuse image.
Le circuit intégré peut essentiellement fonctionner sur deux modes différents : le premier (Mixed Mode), se mélange à un système vidéo préexistant et y superpose du texte, tandis que le second (Full Page Mode), peut générer lui-même les caractères, sans avoir besoin d’une image en fond.
Les deux modes en détail
Le “Mixed Mode”
En “Mixed Mode”, lorsque le STV5730 reçoit un signal vidéo composite, il en extrait les synchronismes verticaux et horizontaux, puis il produit les caractères qui lui sont demandés par le dispositif de contrôle et en mélange la partie de brillance et de chrominance avec la vidéo composite d’entrée. Evidemment, pour obtenir la bonne visualisation, il mélange les inscriptions aux synchronismes relevés, qui sont ensuite reformés et à nouveau superposés à la sortie, de laquelle il est possible de prélever une nouvelle vidéo composite contenant les images en entrée avec les inscriptions superposées.
Il faut signaler que les caractères peuvent être en noir et blanc, ou bien transparents (c’est-à-dire qu’ils ne couvrent pas complètement la partie de l’image à laquelle ils se superposent).
On peut aussi obtenir des inscriptions en couleur, mais il faut alors également utiliser les sorties RGB, alors qu’avec notre circuit, nous nous limitons à prélever le signal de l’output CVBS (composite).
En d’autres termes, pour obtenir la superposition de caractères colorés, on part du signal vidéo composite, mais il faut sortir avec les trois signaux RGB, plus le synchronisme composite.
Ces 4 lignes sont ensuite envoyées aux lignes de la prise péritel correspondantes et de celle-ci, aux décodeurs de couleur PAL/SECAM. Par exemple, les différents TDA3560, TDA3562, etc., disposent des entrées RGB et C-SYNC pour recevoir également les signaux RGB, puis les envoyer à leurs sorties respectives et de là, au support du tube image. Il existe aussi une alternative : on peut en effet avoir des caractères en couleur, mais sans signal vidéo à l’entrée. Dans ce mode, c’est le microcontrôleur qui génère les synchronismes ainsi que tout ce qui est nécessaire.
Le “Full Page”
Quant au second mode (c’est-à-dire le “Full Page”), il correspond à la production totale d’un écran : en fait, il s’agit du mode permettant au circuit intégré de générer des caractères sur l’écran tout entier et de construire le signal composite en entier en partant de zéro. Il n’a donc aucun besoin de signal vidéo à l’entrée.
Les synchronismes ne sont (bien évidemment) pas prélevés sur l’entrée CVBS, mais ils sont produits à l’intérieur de la logique spéciale. En outre, les images couleur sont disponibles tant sur la sortie vidéo composite que sur la sortie RGB.
A l’intérieur de ce mode, on peut distinguer deux sous-modes, appelés “Normal Full Page” et “Vidéo Full Page”, par le constructeur. Dans le premier, le dispositif fonctionne effectivement comme un générateur d’inscriptions (le fond apparaît uniformément coloré), tandis que dans le second, c’est une image vidéo qui sert de fond. En tous les cas, le texte peut être composé d’une page de 11 lignes de 28 caractères chacune (au maximum, 308 caractères) et chaque caractère est formé d’une matrice de 12 points pour 18 lignes.
Le set disponible comprend 128 caractères écrits en ROM, tous adressables par l’intermédiaire d’un code spécial contenu dans une commande que nous analyserons plus tard.
Parmi les différentes fonctions possibles, on peut choisir la position que l’on veut donner à chacune des lettres, parmi 58 places à l’horizontale et 63 à la verticale, ainsi que la visualisation d’une seule ligne à la fois.
On peut choisir la couleur des caractères (lorsque c’est prévu) parmi 8 combinaisons, et cela est également valable pour le fond de page éventuel (lorsqu’il n’y a pas de signal vidéo composite à l’entrée).
On peut aussi choisir la couleur du bord des inscriptions, chose très utile lorsque le fond et les caractères ont une même tonalité. Le choix peut toujours se faire parmi 8 couleurs.
Pour finir, le STV5730 permet de visualiser de façon continue ou saccadée, tant les caractères que le fond : le temps d’apparition peut être établi entre 0,5 et 1 seconde, tandis que le “duty-cycle” peut être réglé à 25, 50 et 75 %.
Bien, ceci étant dit, et avec l’aide du schéma d’implantation du circuit intégré, nous espérons que vous aurez compris le fonctionnement du STV5730.
Nous passons donc à présent à l’analyse du schéma électrique complet de notre titreuse.
Le circuit intégré STV5730
Pour obtenir la superposition d’inscriptions sur des images, nous avons utilisé un circuit SGS Thomson, conçu pour la réalisation de systèmes On Screen Display (OSD).
Il s’agit d’un générateur de caractères qui travaille sur des signaux de type vidéo composite et qui, pour cela, incorpore tous les étages nécessaires.
Parmi ceux-ci, on distingue un élément qui reconnaît et sépare les synchronismes, un générateur de synchronismes vidéo composite (PAL, 50/15 625 Hz ou NTSC, 60/15750 Hz), un mélangeur, un PLL, une logique de contrôle, une mémoire RAM dans laquelle sont emmagasinées les données qui arrivent du microcontrôleur, une ROM contenant les données des caractères, un amplificateur de sortie capable d’élever le niveau du signal vidéo de +0 dB à +6 dB, et un décodeur d’onde porteuse image.
Le circuit intégré peut essentiellement fonctionner sur deux modes différents : le premier (Mixed Mode), s’ajoute à un système vidéo préexistant et y superpose du texte, tandis que le second (Full Page Mode), peut générer lui-même les caractères, sans avoir besoin d’une image en fond.
Figure 1 : Schéma synoptique du circuit intégré STV5730 de SGS Thomson
Figure 2 : Brochage du circuit intégré STV5730.Le schéma électrique
Le microcontrôleur U2 veille à la réception des informations concernant l’inscription à visualiser, informations qu’il reçoit du PC. Il garde les caractères en mémoire (dont la capacité limite la dimension de l’inscription à 28 caractères…) et les passe au STV5730 même s’il est déconnecté du PC.
En ce qui concerne les composants externes, U1 se sert du quartz Q1 pour faire fonctionner son propre oscillateur (celui du PIC, au contraire, se sert de Q2) et de deux étages “buffer”, un pour l’entrée et l’autre pour la sortie. T1, en particulier, ainsi que les composants qui y sont liés, forment un circuit de couplage pour la vidéo composite appliqué à l’entrée (contact 2 du circuit) tandis que T2 et tout ce qui l’entoure sert pour coupler la broche 27 du microcontrôleur avec la sortie (contact 29 du circuit) du module.
On a prévu un régulateur intégré qui, chaque fois que la titreuse est alimentée avec plus de 5 volts, stabilise la tension éventuellement présente entre le contact 24 (Val) et le 23 (masse) à exactement 5 volts.
Le cavalier J1 est donc laissé ouvert si la tension d’alimentation dépasse les 5 volts, et reste fermé dans le cas contraire.
Un dernier détail concernant l’interface sérielle : le PIC12CE674 reçoit les données qui arrivent du PC par l’intermédiaire de la broche 4 (ligne GP3), tandis que la résistance R6 sert essentiellement à limiter le courant dans la diode de protection qui intervient lorsqu’un niveau négatif est atteint.
En effet, vous pouvez remarquer qu’il n’y a aucun convertisseur RS232/TTL, et que donc, les signaux d’environ 12V qui arrivent de la ligne sérielle rejoignent directement la broche 4.
Quoi qu’il en soit, nous avons vu, à la suite de nombreux essais effectués avec les dispositifs PIC, qu’une résistance suffit à limiter l’excès de potentiel positif (12 volts contre les 5 ou 6 volts typiques du TTL) ainsi que pour bloquer la composante négative (–12 volts).
Figure 3 : Connexions du module titreuse.1 = Ground 18 = RS232 Data IN 2 = Video IN 23 = Ground 5 = Composit Sync 24 = +Val (6÷12 Vcc) 13 = RGB - Red 25 = +Vout (5 V 50 mA) 14 = RGB - Green 26 = Ground 15 = RGB - Blue 29 = Video OUT 16 = RGB - Fast Blanking 30 = Ground
Figure 4 : Le circuit de l’OSD a la forme d’une mémoire SIMM à 30 broches.Pour les connexions, on peut utiliser soit le connecteur spécial (assez coûteux), soit du connecteur en bande au pas de 2,54 mm, en utilisant les trous prévus sur le côté sortie.
Figure 5: Schéma électrique de la titreuse programmable.
Figure 6 : Schéma d’implantation des composants de la titreuse programmable.
Figure 7 : Vue du prototype du module titreuse.Liste des composants du module titreuse
R1 = 10 kΩ
R2 = 68 Ω
R3 = 22 kΩ
R4 = 100 Ω
R5 = 390 Ω
R6 = 100 kΩ
R7 = 4,7 kΩ
R8 = 100 Ω
R9 = 180 Ω
R10 = 68 Ω
R11 = 22 kΩ
C1 = 22 μF électrolytique
C2 = 2,2 μF électrolytique
C3 = 33 pF céramique
C4 = 33 pF céramique
C5 = 100 nF polyester 63 V pas de 5 mm
C6 = 22000 pF céramique
C7 = 220 pF céramique
Q1 = Quartz 17,73447 MHz
Q2 = Quartz 20 MHz
T1 = Transistor NPN BC547B
T2 = Transistor NPN BC547B
U1 = Intégré STV5730 SMD
U2 = μcontrôleur PIC12CE674 P04 préprogrammé (MF328)
U3 = Régulateur 78l05
Divers :
1 Support 2 x 4 broches
1 Support pour cavalier et son cavalier
1 Circuit imprimé réf. S328
Figure 8 : Schéma des connexions du module titreuse dans le cas où la carte connecteurs n’est pas utilisée.
Figure 9 : Schéma d’implantation des composants de la carte connecteurs du module titreuse.
Figure 10 : Vue du prototype de la carte connecteurs du module titreuse.Liste des composants de la carte connecteurs
D1 = Diode 1N4007
Divers :
2 Prises RCA pour ci
1 Prise alimentation pour ci
1 Connecteur DB9 femelle pour ci
1 Connecteur pour SIMM
1 Circuit imprimé réf. S330
Le protocole de commutation
Maintenant que nous avons vu le matériel, nous pouvons passer au logiciel du microcontrôleur et analyser le protocole à observer pour l’utilisation du module OSD proposé dans ces pages. Il s’agit, bien évidemment, du dialogue entre le PC et le microcontrôleur PIC12CE674, qui est l’élément auquel est confiée la gestion de toute la titreuse. C’est également lui qui, une fois déconnecté du PC, donne les commandes nécessaires au STV5730.
Il faut préciser avant tout que le module accepte des commandes sérielles par l’intermédiaire de l’interface ayant pour canal de réception le contact 18 (broche 4 de l’U2). La ligne de TXD n’est pas prévue, étant donné que le dispositif doit seulement acquérir les données et n’a pas à donner de réponse.
Les paramètres de la communication sont 19200,n,8,1, c’est-à-dire une vitesse de 19 200 bits/seconde, aucune parité, 8 bits de données et 1 de stop.
Toutes les commandes qui arrivent du PC doivent commencer par un caractère que nous appelons “en-tête de contrôle”, suivi d’un code qui identifie la fonction demandée.
Viennent ensuite les paramètres spécifiques, c’est-à-dire ceux qui définissent exactement la fonction elle même.
L’en-tête est une sorte de code qui confirme la validité du message qui arrive et sert essentiellement à éviter que le microcontrôleur n’envoie la routine d’acquisition même à la suite de commutations accidentelles présentes sur la ligne sérielle. Ainsi, si les chaînes de caractères ne commencent pas avec un en-tête bien déterminé – deux astérisques dans notre cas (**) –, l’ordinateur les ignore.
Voici un exemple du format d’un message typique :
**Fpppppppp…
où ** est l’en-tête de contrôle, F est la fonction (de 1 à 5), tandis que p est le paramètre correspondant ou bien les paramètres qui définissent la fonction demandée.
Les explications qui suivent éclairciront définitivement la logique de fonctionnement du protocole.
Figure 11: Pour visualiser le caractère voulu, il suffit de faire référence au tableau ci-dessus en tenant compte du fait que la ligne représente la partie la plus significative du byte à transmettre, tandis que la colonne en représente la partie la moins significative. Il suffit donc, pour visualiser la lettre A, d’envoyer le caractère hexadécimal 0C.Les fonctions
Comme nous l’avons déjà dit, le dispositif prévoit 5 fonctions possibles, que nous allons à présent analyser en détail.
La fonction 1
Commençons par la première, qui est celle par laquelle on demande au module d’initialiser le circuit vidéo (le STV5730) et de nettoyer l’écran (blanking).
La syntaxe est la suivante :
**,FONCTION
L’en-tête étant toujours **.
Ici, il faut remarquer que la virgule n’existe pas, c’est-à-dire que ce n’est pas un des caractères qui voyagent le long de la ligne sérielle. Nous ne l’avons introduite que pour séparer les différents composants des commandes et pour rendre plus claire la représentation graphique. Ceci vaudra également pour toutes les autres descriptions de fonctions à venir.
Voici un exemple de la fonction 1 :
**01
Comme vous le voyez, elle n’a pas besoin de paramètres supplémentaires, parce que cela n’aurait pas de sens.
Remarquez également qu’il n’y a pas de virgule. Poursuivons et voyons à présent la deuxième fonction, avec laquelle il est possible de configurer le registre de contrôle du processeur vidéo: un tel registre occupe une fonction essentielle pour l’activation correcte du module.
Il faut donc observer que la valeur de configuration est mémorisée dans l’EEPROM interne du microcontrôleur et est réutilisée par ce dernier à chaque réactivation (extinction et rallumage) du module, de façon à donner une configuration automatique au démarrage.
De cette façon, le dispositif fonctionne en mode “stand-alone”, c’est-à-dire sans devoir être connecté de façon permanente à un PC.
La fonction 2
A l’aide de la fonction numéro 2, il est possible de configurer le registre de contrôle du processeur vidéo. Un tel registre développe une fonction essentielle pour l’activation correcte du module.
La valeur est mémorisée par l’ordinateur qui la réutilise à la réactivation suivante du module, de façon à le configurer de manière correcte. La commande nécessite deux bytes pour indiquer une donnée à 16 bits (un byte est composé de 8 bits…) ce qui correspond, justement, à la longueur du registre de contrôle.
La syntaxe est la suivante :
**,FONCTION,HIBYTE,LOBYTE
En plus de l’en-tête habituel, on trouve les deux paramètres HIBYTE et LOBYTE, qui représentent respectivement le byte supérieur et le byte inférieur qui définissent l’emplacement du registre.
Voici un exemple typique :
**02 13 C5
Bien sûr, 02 est le nombre qui permet de distinguer la fonction, tandis que les bytes de commencement et de fin sont 13 et C5 (nombres exprimés en forme hexadécimale). 13 C4 ou bien 13 C5 sont des valeurs typiques du registre, selon que l’on veuille synchroniser le module avec un signal vidéo externe (13 C4) ou générer un signal indépendant, s’occupant lui-même des synchronismes correspondants.
La première situation correspond au “Mixed Mode” et la seconde, au “Full Page Mode”.
Dans le cas qui nous occupe, en utilisant une entrée et une sortie vidéocomposites, on opte pour le mélange du signal CVBS, on utilise donc les valeurs 13 C4, étant donné que l’on veut superposer des inscriptions aux images d’une caméra.
Toutefois, rien ne nous empêche d’introduire le second mode par l’ordinateur (paramètres 13 C5) pour faire générer seulement du texte.
La fonction 3
Passons à la fonction 3 : grâce à elle, il est possible d’écrire un message sur l’écran, en définissant également tant la position X que la position Y de départ, c’est-à-dire, les coordonnées d’où l’inscription doit commencer.
La commande doit contenir les données X et Y, sans compter les attributs des caractères du message.
La chaîne qui suit doit se terminer par “FF” et ne doit pas dépasser la longueur de 28 caractères, longueur maximale que permettent les dimensions de la mémoire de notre microcontrôleur.
La syntaxe est la suivante :
**,FONCTION,X,Y,ATTRIBUTS,CAR,CAR, CAR,…,CAR,CAR,FF
Voici un exemple de ce que pourrait être une commande de la fonction 3 :
** 03 00 00 0E 0E 14 0C 1A FF
Et maintenant, la signification de ces différentes parties :
**03, est le numéro de la fonction (qui commence toujours avec le même entête), 00, est la coordonnée horizontale (les valeurs admises vont de 0 à 27), 00, correspond à la coordonnée verticale (les valeurs admises sont comprises entre 0 et 10).
Le circuit intégré STV5730 prévoit une structure de 28 colonnes x 11 lignes, chaque valeur indique la ligne et la colonne de départ : l’écran est en effet idéalement divisé en 308 carrés.
Après l’identification de la commande et les coordonnées de positionnement, vient l’attribut, c’est-à-dire la façon dont va être visualisé le caractère : on peut trouver ce paramètre dans le tableau qui se trouve dans le datasheet fourni par SGS Thomson, et que nous vous invitons à consulter pour avoir de plus amples détails (vous pouvez directement le télécharger du site www.st.com).
Toutefois, sachez que nous avons choisi :
0E, qui correspond à l’obtention de caractères blancs et fixes (c’est-à-dire qu’ils ne clignotent pas).
Pour ceux qui utiliseront le tableau du constructeur, nous précisons que notre représentation se sert de caractères hexadécimaux.
Toutefois, lorsqu’il s’agit de l’attribut, on considère toujours la valeur réelle : par exemple, l’attribut du blanc, selon le tableau du data-sheet, est 111 (7) tandis que 0 définit le caractère non clignotant (le 1 correspondrait alors au clignotement).
En d’autres termes, la valeur hexadécimale indiquée dans l’espace de l’attribut correspondrait à la décimale de la somme des bits binaires contenant l’information la plus significative de la chaîne d’attribut.
Celle-ci est formée de 2 bytes et nous, nous en considérons la partie contenant les 7, 8, 9, 10 et 11 qui correspondent respectivement à l’état du clignotement (1 = fixe, 0 = clignotant) les combinaisons de RGB (voir tableau) et la présence ou l’absence du fond coloré (0 = aucun, 1 = fond). En regardant le tableau, on s’aperçoit que le bloc de 5 bits des inscriptions blanches, sans fond et sans clignotement, correspond à 01110: ce nombre binaire correspond à 14 en format décimal, et est justement représenté par 0E, lorsqu’il est exprimé en format hexadécimal.
Si nous avions souhaité, par exemple, une inscription clignotante, l’attribut aurait alors été 1E : en fait, le caractère clignotant correspond au bit le plus significatif, 1, et donc, la combinaison binaire 11110 équivaut à 30 en format décimal. C’est clair ?
Venons-en maintenant aux caractères, qui sont représentés dans notre exemple par des valeurs hexadécimales :
0E, 14, 0C, 1A, correspondant respectivement aux lettres C, I, A et O, c’est-à-dire au mot CIAO.
Remarquez qu’il ne s’agit pas des valeurs ASCII correspondant au 67 décimal, mais de celles du tableau en ROM: en effet, le C vaut 0E pour notre microcontrôleur, c’est-à-dire à 43 hexadécimal.
La lettre I est exprimée avec 14 hex, la lettre G correspond à 12 hex, etc.
Le tableau des caractères prévoit bien évidemment les lettres de l’alphabet international, les chiffres, la ponctuation (virgule, point, point virgule, parenthèses) et les symboles mathématiques les plus courants (fraction, +, –, *), mais également les symboles les plus couramment utilisés dans les menus des appareils audiovisuels : flèches verticales et horizontales, doubles flèches, horloge, parabole, Enter, etc.
La chaîne de la fonction 3 se termine par FF, qui est justement la valeur qui indique la fin des paramètres. Elle sert essentiellement à indiquer au STV5730 que l’inscription à visualiser est terminée.
La fonction 4
Occupons-nous maintenant de la fonction 4, avec laquelle on peut envoyer une donnée à 16 bits directement à n’importe quel registre du contrôleur vidéo.
Une telle possibilité permet de reprogrammer certains paramètres fondamentaux du STV5730, et, donc, de modifier les états par défaut générés et chargés par le microcontrôleur à l’allumage du circuit.
Il est clair que les états ne sont valables que pour un court instant. Toutefois, la fonction est utile car elle permet de visualiser l’inscription avant, sans avoir à programmer le module.
Cette fonction est donc semblable à la 2, de laquelle elle se distingue surtout du fait qu’elle ne modifie pas le registre de contrôle, et également parce que les modifications apportées ne sont pas mémorisées par le microcontrôleur.
C’est pour cette raison que, si le circuit est momentanément privé d’alimentation ou réinitialisé (à l’aide de la commande 1), les variations sont perdues.
Dans ce cas précis, le système à distance (PC) doit les renvoyer.
La syntaxe est la suivante :
**,FONCTION,HIBYTE,LOBYTE
Vous voyez que la forme est la même que celle de la commande 2.
Voici un exemple de chaîne :
**04 13 C5
Pour les paramètres aussi, il en va de même que précédemment : 13 C4 ou 13 C5 selon que l’on veuille enclencher ou pas le texte à un signal vidéo appliqué à l’entrée CVBS du microcontrôleur.
La fonction 5
Passons, pour finir, à la fonction 5 qui, disons-le tout de suite, n’est autre qu’une variante de la 3. La différence essentielle entre les deux est que le message envoyé est mémorisé dans le microcontrôleur, et donc, qu’il réapparaîtra à l’écran même après que le circuit ait été éteint et rallumé, c’est-à-dire après lui avoir envoyé une commande de reset et d’initialisation (fonction 1).
Donc, avec la commande 3, on peut tout de suite envoyer un texte sur la vidéo, mais celui-ci n’est pas sauvegardé car il va directement dans la mémoire (volatile) du circuit ST.
Avec la fonction 5, nous écrivons dans la mémoire du PIC ce que nous voyons à l’écran. Mais il existe quelques limitations qu’il est préférable de connaître.
Tout d’abord, la position X et la position Y doivent toujours être 0 et la longueur du message ne doit pas dépasser 10 caractères (les caractères de contrôle étant exclus, ainsi que l’attribut et le FF terminal).
La raison en est tout simplement la dimension de l’EEPROM disponible dans l’ordinateur, qui contient seulement les 10 caractères et ne dispose pas de l’espace nécessaire pour l’insertion des données relatives aux coordonnées de départ.
En résumé, la fonction 5 est utile dans des systèmes dans lesquels le module est programmé pour être monté dans un moniteur ou le long de la ligne coaxiale sortant d’une caméra, pour marquer un signal vidéo d’une inscription, en lui donnant par exemple le nom de la pièce d’où il provient.
Par contre, la fonction 3 est plus indiquée pour réaliser des essais, c’est-à-dire pour titrer au fur à mesure des images, et dans ce cas, il faut alors maintenir le circuit relié au PC.
La syntaxe relative à la commande 5 est la suivante :
**,FONCTION,X,Y,ATTRIBUTS,CAR,CAR, CAR,…CAR,CAR,FF
Comme vous le voyez, c’est la même fonction que la 2. Seules les valeurs des paramètres changent.
Voici un exemple typique de chaîne pour la commande en question :
**05 00 00 0E 0E 0C 18 10 1D 0C 0B 01 FF
En décomposant la chaîne, on peut en identifier les différentes parties : **05 est le numéro de la fonction précédé de l’en-tête, 00 et 00 sont, comme nous l’avons déjà vu, les indications concernant la ligne et le caractère de départ (0, dans les deux cas, autrement la commande n’est pas effectuée…) tandis que le premier 0E est l’attribut qui indique que le texte sera blanc et fixe.
Viennent ensuite les valeurs hexadécimales qui correspondent aux caractères du message, c’est-à-dire C (0E), A (0C), M (18), E (10), R (1D), A (0C), espace (0B) et 1 (01).
Donc, le texte superposé, blanc et non clignotant, est “CAMERA 1”. Le bloc FF est toujours le même caractère final. Voilà, nous pouvons à présent considérer la description du circuit terminée: il ne nous reste donc plus qu’à nous occuper du montage.
Programme de démonstration en QBasic
OPEN “COM1:19200,N,8,1,rs,cd0,ds0,cs0” FOR RANDOM AS #1 ‘INITIALISE L’AFFICHEUR PRINT #1, “**” + CHR$(1); DELAY (.2) ‘MODIFIE LE CONTROL REGISTER POUR TRAVAILLER EN MODE GEN LOCK PRINT #1, “**” + CHR$(2) + CHR$(&H13) + CHR$(&HC4); DELAY (.1) ‘ECRIT CAMERA 1 COMME MESSAGE PERMANENT PRINT #1, “**” + CHR$(5) + CHR$(0) + CHR$(0) + CHR$(&H0E) + CHR$(&H0E) + CHR$(&H0C) + CHR$(&H18) + CHR$(&H10) + CHR$(&H1D) + CHR$(&H0C)+ CHR$(&H0B)+ CHR$(&H01)+ CHR$(255); DELAY (.1) END SUB DELAY (temp !) T ! = TIMER + temp! DO WHILE T! > TIMER LOOP END SUBFigure 12.
Figure 13 : Les attributs des caractères. Pour visualiser le caractère dans la couleur voulue, et avec d’éventuels attributs de transparence et de clignotement, référez-vous au tableau ci-dessus.
Figure 14 : Vue des deux éléments de la titreuse programmable. En haut, la titreuse proprement dite. En bas, la carte connecteurs.
Figure 15a : Dessin du circuit imprimé du module titreuse à l’échelle 1 côté pistes.
Figure 15b : Dessin du circuit imprimé du module titreuse à l’échelle 1 côté composants.
Figure 16 : Dessin du circuit imprimé à l’échelle 1 de la carte connecteurs du module titreuse.La réalisation de l’OSD
Lorsque vous serez en possession du circuit imprimé, commencez par y insérer tout d’abord les résistances et le support pour le microcontrôleur que vous devrez orienter comme indiqué sur le dessin. (Si vous avez réalisé vous-même le circuit imprimé, il est préférable que vous montiez un support “tulipe”, car il permet une soudure des deux côtés du circuit imprimé. Cette précaution est inutile avec le circuit imprimé commercial qui est à trous métallisés).
Poursuivez avec les condensateurs et les transistors, que vous devez également insérer selon une façon précise. Le circuit intégré STV5730 est un CMS. Soudez-le avec attention.
Si vous avez réalisé vous-même le circuit imprimé, n’oubliez pas les vias en dessous.
Une fois les soudures terminées, vous pouvez insérer le microcontrôleur dans son support en faisant bien attention à son orientation.
Fermez le cavalier J1, si vous pensez alimenter le module directement sous 5 volts, ou bien laissez-le ouvert si vous devez insérer le circuit dans un moniteur ou dans une caméra ne disposant pas d’une tension stabilisée de 5 volts.
S’il est monté correctement, le module est immédiatement prêt à être utilisé car il ne nécessite aucun réglage préliminaire.
Pour la programmation, nous avons préparé un petit circuit (avec un support spécial à 30 broches single-in-line), quipermet de réaliser toutes les connexions, y compris celles d’alimentation (5 Vcc), celles d’entrée et de sortie vidéo, sans oublier celles qui vont vers le PC.
Il est toutefois possible (voir schémas correspondants) de souder directement sur le circuit (en utilisant tout simplement un connecteur strip) les câbles entrées/sorties ainsi que ceux de connexion au port série du PC.
Allumez l’ordinateur et, en utilisant l’éditeur sous MS-DOS, écrivez le programme de démonstration exactement comme il est présenté en figure 12.
Sauvegardez-le ensuite à l’aide de l’extension .BAS, sortez de l’éditeur et lancez QBasic, puis ouvrez le fichier que vous avez écrit, sauvegardez-le et envoyez-le (alt+F5).
Le programme écrit “CAMERA 1” en noir et blanc, fixe, qui devra apparaître sur l’écran du téléviseur ou de l’ordinateur que vous utilisez, en surimpression sur les images filmées par la caméra ou envoyées par le magnétoscope.
Si l’inscription permanente est prévue en mémoire, le message ne disparaîtra pas, même si vous déconnectez le PC et si vous éteignez et rallumez le circuit.
Sur la base de cet exemple, vous pourrez personnaliser la phrase, en éditant le programme et en remplaçant le texte “CAMERA 1” par celui de votre choix.
Toutefois, veillez à respecter deux règles très simples : ne jamais dépasser 10 caractères (la commande est celle d’écriture permanente en EEPROM) et insérer dans les parenthèses associées à CHR$(&H…) les valeurs hexadécimales correspondantes, comme indiqué dans le tableau du STV5730.
Un altimètre de 0 à 1 999 mètres - Tue, 03 May 2011
Grâce à l’utilisation de capteurs de pression modernes, il est possible de concevoir des instruments avec lesquels on peut mesurer la hauteur d’un immeuble, d’un pylône ou d’une montagne et ce, jusqu’à une altitude maximale de 1 999 mètres. Dans cet article, nous allons décrire la façon de réaliser cet appareil de mesure : un altimètre simple et économique.
Voici déjà quelque temps, une entreprise japonaise spécialisée dans les capteurs de pression, nous a envoyé divers échantillons pour réaliser des altimètres et des baromètres simples.
A l’intérieur de ces capteurs se trouve un pont piézoélectrique, qui, suivant la variation de la pression, entraîne la modification de la tension disponible en sortie.
Lorsqu’un tel capteur est placé au niveau de la mer, il en sort une tension d’environ 4 volts. Lorsqu’il est placé à une altitude de 2 000 mètres, cette tension tombe à environ 3 volts.
Pour mettre au point notre altimètre, nous avons dû résoudre divers problèmes, car les seules données techniques en notre possession étaient les suivantes :
Tension d’alimentation ..................... 5 volts stabilisés Consommation ............................... 10 mA maximum Impédance de sortie ........................ 10 ohms Précision .................................. ±2,5 % Tension de sortie max. ..................... 4,7 volts Pression maximale .......................... 863 mm/H Pression minimale .......................... 112 mm/H
Sachant que mm/H signifie millimètres de mercure et qu’au niveau de la mer une colonne de mercure se positionne sur 760 mm alors qu’à 2 000 mètres elle se positionne sur 607 mm, nous avons vérifié la valeur des tensions qui sortaient de ce capteur à diverses hauteurs.
0 mètre 4,0830 volts 50 mètres 4,0600 volts 70 mètres 4,0509 volts 100 mètres 4,0371 volts 150 mètres 4,1415 volts 200 mètres 3,9912 volts 250 mètres 3,9882 volts 500 mètres 3,8535 volts 1000 mètres 3,6240 volts 1500 mètres 3,3945 volts 1999 mètres 3,1654 volts
Comme vous pouvez le noter, de 0 mètre à 1 999 mètres, la variation est de seulement :
En pratique, pour chaque mètre de variation en hauteur, nous constatons une variation de tension de seulement:
Ce qui correspond à 0,459 millivolt.
Pour mesurer ces tensions très faibles, il suffit d’un millivoltmètre précis de type inverseur, sur l’afficheur duquel, le chiffre qui apparaît, augmente de manière proportionnelle à la tension décroissante qui est présente sur son entrée.
Ainsi, si nous calibrons le millivoltmètre de manière à faire apparaître le chiffre 000 avec une pression de 760 mm/H, en montant en altitude, nous obtiendrons les tensions suivantes :
à 100 mètres :
à 200 mètres :
à 500 mètres :
à 1 000 mètres :
et à 1 999 mètres :
Si le nombre 46 apparaît sur l’afficheur, nous nous trouvons donc à une altitude de 46 mètres. Si c’est le nombre 108 qui apparaît, nous nous trouvons à une altitude de 108 mètres et si c’est le nombre 560 qui apparaît, nous nous trouvons à une altitude de 560 mètres.
De la précision de l’appareil
Avant de poursuivre, nous devons apporter quelques détails concernant la calibration de l’appareil car sa précision en dépend.
Si nous nous trouvons dans une localité située à 200 mètres au-dessus du niveau de la mer et que nous étalonnons le millivoltmètre pour faire apparaître le nombre 000, il est bien entendu, que si nous montons en altitude jusqu’à ce qu’apparaisse le nombre 050, par rapport au niveau de la mer, nous nous trouvons en réalité à une altitude de :
Il faut également préciser que la pression atmosphérique varie en fonction des conditions météorologiques. Ainsi, si au niveau de la mer, en présence d’une moyenne pression, la colonne de mercure est positionnée sur 760 mm/H, en présence d’une haute pression, la colonne de mercure peut monter à 770 mm/H et en présence d’une basse pression, elle peut descendre à 750 mm/H.
Evidemment, ces variations peuvent modifier de quelques millivolts la tension en sortie, donc affecter légèrement la précision de l’altimètre.
Comme de telles variations ne sont ni soudaines, ni rapides, nous pouvons régler le potentiomètre de mise à zéro de façon à lire 000 sur le millivoltmètre, en ayant conscience que si la pression atmosphérique change, il est possible de constater une erreur de quelques mètres.
Ces problèmes de précision sont le lot de n’importe quel altimètre, même des plus sophistiqués ou des plus chers.
Notre appareil peut soutenir la comparaison sans rougir !
Quelques exemples d’utilisation d’un altimètre
Après avoir effectué une mise à zéro de l’altimètre au rez-de-chaussée d’un immeuble, nous pouvons savoir de combien de mètres nous nous élevons en montant les escaliers.
Le passionné de deltaplane, de parapente, ou de parachute ascensionnel, pourra lire à quelle hauteur il se trouve par rapport au sol.
Les spéléologues pourront vérifier à quelle profondeur ils sont descendus sous terre car, sur l’afficheur, ils verront apparaître le signe “–” devant le nombre.
Ainsi, si le nombre –010 apparaît, ils se trouvent à une profondeur de 10 mètres, si le nombre –085 apparaît, ils sont descendus à 85 mètres.
Ayez toujours à l’esprit que la précision de cette sonde se situe aux alentours des ±2,5 %. Ainsi, si vous lisez 14 mètres, en pratique, cela pourrait être 14,7-14,8 ou bien 13,5-13,6 mètres.
Si vous lisez 110 mètres, cela pourrait être 107 ou même 112 mètres, une différence que l’on peut facilement accepter.
Après cette entrée en matière, nous pouvons passer à la description du schéma électrique complet de cet altimètre reproduit à la figure 2.
Figure 1 : Pour cet altimètre, nous avons utilisé un capteur de pression de la société Fujkura, référencé XFPM115P. En regardant le repère-détrompeur présent sur son corps, sur la gauche nous avons les broches 1, 2 et 3 et sur la droite les broches 4, 5 et 6.Le schéma électrique
Tous les étudiants d’un lycée technique à qui nous avions fourni un circuit imprimé, le schéma électrique et une notice de montage de cet altimètre pour vérifier s’ils rencontraient des difficultés dans la réalisation, nous ont signalé que nous avions commis une erreur banale.
En fait, nous avions précisé dans le texte que le capteur devait être alimenté avec une tension de 5 volts stabilisés, alors que nous l’avons relié directement au positif des 9 volts de la pile.
En fait, pour stabiliser une tension, il n’est pas indispensable de relier le circuit intégré stabilisateur au positif de l’alimentation (voir figure 3), mais il est également possible de le relier au négatif (voir figure 4).
Dans ce montage, nous utilisons comme circuit intégré stabilisateur négatif la moitié d’un double amplificateur opérationnel LM358 (IC1/B).
Comme vous le noterez, la broche 6 de masse du capteur n’est pas reliée au négatif de la pile de 9 volts, mais bien à la broche de sortie 1 de IC1/B.
Le motif pour lequel nous avons utilisé cet amplificateur opérationnel, au lieu d’un simple circuit stabilisateur négatif comme le μA7905, est très simple.
Si on utilisait un circuit intégré μA7905, celui-ci absorberait un courant élevé et, de ce fait, nous nous retrouverions sans aucune tension stabilisée lorsque la pile commencerait à se décharger.
Comme il sort une tension stabilisée négative de 2,9 volts de la broche 32 du circuit intégré IC2 qui pilote l’afficheur LCD, même lorsque la pile est à moitié déchargée, nous utilisons ces 2,9 volts comme tension de référence.
Note :
Cette tension négative de 2,9 volts, est mesurée en reliant la pointe négative d’un multimètre sur les broches 31, 32 et 35 d’IC2 et la pointe positive aux + 9 volts de la pile d’alimentation car, si nous faisions la mesure par rapport à la masse, nous lirions 6,1 volts.
L’amplificateur opérationnel IC1/B est utilisé dans ce circuit comme amplificateur inverseur avec un gain de 1,73.
Sachant que la formule pour calculer le gain de cet amplificateur est la suivante :
Ayant utilisé pour R14 une résistance de précision de 22000 ohms et pour la R15 une résistance de précision de 30100 ohms, nous obtenons un gain de:
Ainsi, de la broche de sortie 1, nous prélevons une tension stabilisée négative de :
Nous appliquons cette tension sur la broche 6 du capteur. Si nous mesurons avec un multimètre la tension présente entre les broches 4 et 6, nous lirons 5,01 volts.
Le problème de cette tension stabilisée étant résolu, nous pouvons poursuivre notre description, en disant que de la broche 5 du capteur sort une tension de 4,083 volts au niveau de la mer, avec une pression atmosphérique moyenne, tension qui descend à 3,165 volts à 1 999 mètres.
Cette tension, est appliquée à travers la résistance R5, sur la broche non-inverseur 5 de l’amplificateur opérationnel référencé IC1/A, que nous utilisons pour la mise à zéro du millivoltmètre.
En fait, pour faire apparaître le nombre 000 sur l’afficheur du millivoltmètre lorsqu’une tension de 4,083 volts est présente sur la broche 5 de IC1/A, nous devons appliquer, sur la broche inverseur 6, une tension positive qui permettra de porter la broche d’entrée 30 de IC2 sur la moitié de la valeur de la tension présente sur la broche 32.
Lorsque la tension sur la sortie du capteur diminue avec l’augmentation de l’altitude, le nombre qui apparaît sur l’afficheur augmente, parce que la broche d’entrée 30 de IC2 est inverseuse.
Le trimmer multitours R9, implanté directement sur le circuit imprimé, permet de procéder à une mise à zéro sur l’altitude de la localité dans laquelle nous nous trouvons. Par contre, le petit potentiomètre R5, dont l’axe se trouve à l’extérieur du coffret, permet de rattraper la variation des valeurs de la pression atmosphérique, qui peuvent aller, d’un jour à l’autre, de 750 à 770 mm/H.
Le transistor TR1, que nous trouvons dans ce montage, ne s’occupe que d’une seule fonction, celle de faire apparaître sur l’afficheur, l’inscription “LO-BATT”, lorsque la pile de 9 volts est déchargée et qu’elle doit être remplacée.
Figure 2 : Schéma électrique de l’altimètre. Pour obtenir les 5 volts nécessaires pour alimenter le capteur de pression, il faut prélever une tension stabilisée négative de 2,9 volts de la broche 32 du circuit intégré IC2, pour ensuite l’amplifier avec un coefficient de 1,73 à l’aide de l’amplificateur opérationnel IC1/B.Liste des composants de l’altimètre
R1 = 3,9 kΩ
R2 = 200000 Ω 1 %
R3 = 200000 Ω 1 %
R4 = 499000 Ω 1 %
R5 = 100 kΩ pot. Cermet
R6 = 499000 Ω 1 %
R7 = 1 MΩ 1 %
R8 = 15000 Ω 1 %
R9 = 10 kΩ trimmer 10 multitour
R10 = 6810 Ω 1 %
R11 = 200000 Ω 1 %
R12 = 200000 Ω 1 %
R13 = 1 MΩ
R14 = 22000 Ω 1 %
R15 = 30100 Ω 1 %
R16 = 47 kΩ
R17 = 27 kΩ
R18 = 47 kΩ
R19 = 100 kΩ
R20 = 470 kΩ
R21 = 100 kΩ trimmer 10 multitour
R22 = 200000 Ω 1 %
R23 = 100 kΩ
C1 = 680 pF céramique
C2 = 100 nF polyester
C3 = 1 nF polyester
C4 = 22 μF électrolytique
C5 = 100 nF polyester
C6 = 100 pF céramique
C7 = 220 nF polyester
C8 = 47 nF polyester
C9 = 1 nF polyester
C10 = 100 nF polyester
TR1 = Transistor NPN BC547
IC1 = Intégré LM358
IC2 = Intégré ICL7106
LCD = Afficheur LCD S5018/P
CAPTEUR = Capteur de pression XFPM-115KP
S1 = Inter. à glissière
Figure 3 : Pour obtenir une tension stabilisée de 5 volts, vous pouvez connecter au positif d’une pile, un circuit intégré 78L05. Dans ce cas, la masse sera représentée par la broche négative de la pile.
Figure 4 : Pour obtenir une tension stabilisée de 5 volts, vous pouvez connecter au négatif d’une pile, un circuit intégré 79L05. Dans ce cas, la masse sera représentée par la broche positive de la pile.
Figure 5 : Voici comment se présente votre instrument lorsque vous l’aurez installé dans son boîtier. L’axe qui sort en bas à gauche est celui du potentiomètre R5, qui sert pour le réglage du zéro.
Figure 6: Photo du circuit imprimé vu du côté de l’afficheur LCD. Notez, en haut à gauche, le capteur de pression déjà en place sur les deux connecteurs femelles à 3 broches.
Figure 7 : Photo du circuit imprimé vu du côté des composants. De chaque côté du circuit intégré IC2, vous pouvez voir les deux trimmers multitours R9 et R21.A propos du code des couleurs
Comme nous l’avons déjà dit, nous avons fait monter des prototypes à de jeunes étudiants et nous avons constaté que nombreux étaient ceux qui avaient des difficultés à déchiffrer les valeurs ohmiques des résistances.
Comme un rappel ne fait jamais de mal, dans la figure 8, nous avons reporté le code des couleurs, qui vous aidera à déterminer l’exacte valeur de toutes les résistances, y compris des résistances de précision. Vous pouvez le découper et l’afficher dans votre laboratoire.
Une résistance de 30 100 ohms à 1 % de tolérance, présente, si elles sont lues dans le bon ordre, les cinq couleurs suivantes :
En convertissant les quatre premières couleurs en chiffre, on obtient :
La dernière couleur de droite indique la tolérance :
Si vous essayez de déchiffrer la valeur de cette résistance en la retournant, la séquence des couleurs sera :
En convertissant les quatre premières couleurs, puis la couleur de tolérance, on obtiendrait :
Comme dans ce montage, aucune résistance de 1 210 ohms n’est utilisée, il est facile d’en déduire que vous l’avez lue à l’envers.
En cas de doute, vous pouvez toujours établir si la résistance est de 30 100 ohms ou de 1 210 ohms, en la mesurant à l’aide d’un multimètre commuté en ohmmètre.
CODE DES COULEURS DES RÉSISTANCES
Figure 8: Comme dans ce montage plusieurs résistances de précision sont utilisées, nous vous donnons le code des couleurs.Il vous permettra de déchiffrer leur valeur ohmique exacte. Vous pouvez le découper
pour l’afficher dans votre laboratoire.
La réalisation pratique
Cette petite mise au point terminée, vous pouvez à présent prendre le circuit imprimé et commencer le montage, en insérant les deux supports pour les circuits intégrés IC1 et IC2 en respectant leur sens d’implantation comme indiqué sur la figure 9.
Lorsque vous souderez leurs broches sur les pistes du circuit imprimé, évitez de déposer un excès d’étain, car vous courrez le risque de mettre en court-circuit deux pistes adjacentes.
Après cette opération, vous pouvez placer toutes les résistances. Afin de permettre un repérage immédiat des résistances de précision, sur le schéma pratique de câblage de la figure 9, nous avons repéré ces dernières à l’aide de trois traits jaunes.
Evidemment, ces traits ne permettent pas l’identification réelle de la valeur de ces résistances, que vous pouvez retrouver dans le tableau de la figure 8.
Avant de monter les deux trimmers multitours R9 et R21, il convient d’insérer, du côté opposé du circuit imprimé, les deux connecteurs femelles à 3 broches (barrette sécable), qui font office de support pour le capteur de pression (voir figure 10).
Après avoir soudé les pattes de ces connecteurs, vous pouvez insérer les deux trimmers multitours. A ce propos, pour ceux qui auraient des difficultés à déchiffrer toutes les inscriptions reportées sur leur corps, qui indiquent le modèle, la date de fabrication, etc., ce qu’il faut repérer c’est, en fait, uniquement le chiffre qui permet d’indiquer la valeur en ohms :
Vous pouvez revoir avec intérêt la leçon sur les résistances publiée dans ELM numéro 2, page 81 et suivantes.
Cette opération terminée, vous pouvez mettre en place les deux condensateurs céramiques, puis tous les polyesters et le condensateur électrolytique C4, en respectant la polarité +/– de ses deux pattes.
A proximité du trimmer R9, positionnez le transistor TR1, en orientant la partie plate de son boîtier vers la gauche.
Pour compléter le montage, il faut mettre en place l’afficheur LCD sur le côté opposé du circuit imprimé, ainsi que le potentiomètre professionnel R5, après en avoir raccourci l’axe (voir figure 10).
Aucun support n’étant disponible pour l’afficheur, en remplacement, nous avons réalisé deux connecteurs femelles de 20 broches avec de la barrette sécable.
Au lieu de souder ces deux connecteurs directement sur le circuit imprimé, nous vous conseillons de les insérer directement sur l’afficheur, après quoi, vous pouvez insérer le bloc ainsi constitué sur le circuit imprimé, en orientant le repère de positionnement vers la gauche (voir figure 10).
La soudure s’en trouvera nettement facilitée.
Ce repère de positionnement, est toujours constitué par une goutte en verre ou par une encoche en forme de “<” visible sur le contour interne de son corps (voir figure 14).
Pour ceux qui voudraient insérer en premier les connecteurs femelles sur le circuit imprimé, puis installer l’afficheur ensuite, nous leur conseillons de ne jamais appuyer avec les doigts sur la partie centrale du verre de l’afficheur, car il pourrait se briser.
Le montage terminé, avant de fixer cette carte à l’intérieur du coffret, vous devez insérer les deux circuits intégrés IC1 et IC2 dans leur support respectif en orientant leur repère-détrompeur en forme de U convenablement (voir figure 9).
Sur le côté opposé du circuit imprimé, installez dans son support le capteur de pression, en orientant son repèredétrompeur (DÉT.) vers le bas (voir figure 10).
Après avoir placé le circuit intégré IC2 dans son support, contrôlez que toutes les broches soient bien rentrées dans les lyres, car il arrive parfois que l’une d’elles sorte en se repliant vers l’intérieur ou vers l’extérieur.
Procurez-vous un coffret en plastique, pouvant contenir le circuit et la pile, avec une face en aluminium.
La face avant du coffret prévu pour l’altimètre est déjà percée et sérigraphié.
Sur cette face avant, fixez l’interrupteur à glissière S1 à l’aide de deux vis et de deux écrous, puis, placez-la sur le coffret avec quatre vis. Ces vis vous serviront également pour tenir écarté le circuit imprimé de la face avant à l’aide d’écrous (voir figure 13). Pour compléter le montage, il faut seulement relier au circuit imprimé, les deux fils qui partent des cosses de S1 et les fils rouge et noir de la prise de la pile 9 volts.
Figure 9 : Schéma d’implantation de l’altimètre vu du côté des composants. Les deux points tests TP1 situés sur le côté supérieur du circuit imprimé, vous serviront pour régler cet appareil, à l’aide d’un multimètre (lire le paragraphe “réglages de l’altimètre”).
Figure 10: Sur le côté opposé du circuit imprimé sont insérés les connecteurs femelles pour le capteur et pour l’afficheur LCD (voir repère de positionnement) ainsi que le potentiomètre R5 de réglage du zéro. Avant d’insérer le potentiomètre, il faut raccourcir son axe à 10 mm.
Figure 11 : Le montage du circuit terminé, vous devez le fixer à l’intérieur du boîtier plastique, en le bloquant sur la face avant en aluminium (voir figures 12 et 13).
Figure 12: La face avant est fixée sur le coffret au moyen de quatre vis en métal, que vous utiliserez aussi comme entretoises pour bloquer le circuit imprimé. Sur cette face avant, vous fixerez aussi le petit interrupteur à glissière S1 de mise en service.
Figure 13: Après avoir fixé la face avant sur le boîtier, vérifiez à quelle distance vous devez positionner les quatre écrous pour que les filetages dépassent suffisamment pour permettre la fixation du circuit imprimé tout en laissant dépasser légèrement le petit tube central du capteur de pression (voir figure 5).
Figure 14 : Lorsque vous installerez l’afficheur LCD sur le circuit imprimé, vous devez orienter la petite goutte en verre qui fait office de repère de positionnement, vers la gauche (voir figure 10).
Figure 15 : Brochages du circuit intégré LM358 vu de dessus et du transistor BC547 vu de dessous.Réglage de l’altimètre
Le montage de l’altimètre étant terminé, vous pouvez le régler, avec ou sans multimètre.
Important : le réglage est effectué en tenant le circuit à quelques centimètres de hauteur du sol.
Si vous habitez au deuxième étage d’un immeuble, situé à 4 mètres de hauteur, vous ne devez pas le régler pour faire apparaître 000, mais de manière à faire apparaître 004 mètres et si vous réglez l’appareil sur une table de 1 mètre de hauteur, vous devez tenir compte également de cette hauteur ; ainsi, vous devez régler l’appareil de façon à faire apparaître sur l’afficheur 4 + 1 = 5 mètres.
Si vous ne voulez pas utiliser le multimètre, vous devez tourner l’axe du potentiomètre R5 à mi-course, puis le trimmer multitours R9 de 10 000 ohms jusqu’à l’apparition sur l’afficheur du chiffre 000.
Comme nous l’avons déjà indiqué, vous ne devez faire apparaître ce chiffre que si vous vous trouvez au niveau du sol.
Pour régler le trimmer multitours R21 de 100000 ohms, vous devez vous placer à une hauteur d’au moins 30 ou 40 mètres, car plus haut vous serez, plus faible sera la tolérance de lecture.
Admettons que vous soyez montés en haut d’un immeuble d’une hauteur de 32 mètres, vous devez tourner le curseur de ce trimmer jusqu’à ce qu’apparaisse le chiffre 32.
Si vous voulez effectuer les réglages en utilisant un multimètre, vous devez relier ses pointes aux deux points TP1, situés sur le circuit imprimé, après quoi, il faut tourner le curseur du trimmer R21 de 100 000 ohms, jusqu’au moment où vous lirez une tension de 0,46 volt.
Cette tension obtenue, tournez l’axe du potentiomètre R5 à mi-course, puis le curseur du trimmer R9 de 100 000 ohms, jusqu’au moment où vous lirez 000 sur l’afficheur.
Nous répétons, que vous ne devez faire apparaître ce chiffre que si vous êtes au raz du sol.
Si, durant la phase de réglages, le chiffre –000 apparaît, vous pouvez considérer ce chiffre comme valide, car l’erreur maximum que vous obtiendrez, se situe autours des 0,5 mètre.
Partons du principe que l’altimètre est correctement réglé.
Le lendemain, vous allumez l’appareil et vous voyez apparaître sur l’afficheur 002 ou bien –002, cela ne signifie pas qu’il se soit déréglé mais seulement que la pression atmosphérique a changé. Dans ce cas, pour faire apparaître de nouveau le chiffre 000, vous devez seulement tourner l’axe du potentiomètre R5 de mise à zéro.
Il en est de même, si vous avez fait vos réglages à 720 mètres et que l’afficheur, le lendemain, indique 722 ou 718 mètres. Avec le potentiomètre R5, ramenez le réglage à 720.
Conclusion
Cet altimètre n’a rien à envier aux altimètres commerciaux. Sa marge d’erreur de ±2,5 % est tout à fait acceptable.
En disposant d’une carte d’état major, vous pourrez vérifier l’exactitude des courbes de niveau mais également la précision de votre appareil.
Un beeper par courant porteur - Mon, 02 May 2011
Aviser son fils ou sa fille que l’heure du dîner est déjà largement dépassée, alors que sa chambre est située à l’étage et que la musique est à fond, est le calvaire de plus d’une mère ! Comme on ne peut tout de même pas envisager la mise en oeuvre d’une sirène, nous avons trouvé une solution pratique, discrète et mobile. En appuyant sur le bouton d’un petit boîtier situé proche d’une prise secteur dans une pièce quelconque de votre habitation, vous pouvez faire sonner un buzzer situé dans une autre pièce sans devoir tirer des câbles. En effet, ce système utilise les fils de l’installation électrique du secteur 220 volts pour sa liaison entre l’émetteur et le récepteur.
Au premier coup d’oeil, vous pourriez penser que l’utilité d’un tel système n’est pas patente, mais comme nous allons vous l’expliquer, il trouvera son application en de nombreuses circonstances.
Outre appeler un enfant pour dîner, vous pourrez utiliser ce beeper pour relier une personne âgée ou un malade à la personne qui en a la charge.
Comme, dans nombre d’habitations, les différentes pièces sont disposées sur différents niveaux, l’installation de ce beeper peut simplifier les communications entre celui qui se trouve au rez-de-chaussée et celui qui se trouve au premier ou au deuxième étage.
Celui qui travaille dans un garage ou dans un grenier pourra être appelé à tout instant pour lui indiquer qu’il faut rejoindre la personne qui l’appelle.
Si vous définissez un code, il pourra prendre une signification donnée. Une sonnerie brève et une longue pourront signifier “à la soupe !”, deux brèves pourront signifier “téléphone”, etc.
En pratique, ce circuit est un simple beeper portatif, que vous pouvez emporter avec vous d’une pièce à l’autre, sans devoir utiliser d’autres fils que ceux de l’installation électrique du secteur 220 volts.
L’unique limitation de cet appareil, est de ne pas pouvoir franchir votre compteur électrique. Ainsi, si vous insérez la prise de l’émetteur ou du récepteur dans une prise 220 volts alimentée par un autre compteur, il ne fonctionnera pas.
Si, par contre, l’installation de votre appartement est desservie par un unique compteur, ce beeper fonctionnera de la cave jusqu’au grenier.
Considérant que le coût de ce projet est à la portée de toutes les bourses, nous pensons que vous serez nombreux à le réaliser et à l’utiliser.
Figure 1: Photo de l’étage transmetteur déjà installé dans son coffret plastique. Pour éviter qu’en tirant sur le cordon secteur les fils ne puissent s’arracher des deux picots soudés sur le circuit imprimé, nous vous conseillons de faire un noeud (voir figure 6).
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