Schema mini Camera Sans File pour les bandes UHF ou VHF - realisation et monrtage

Ce mini émetteur tient sur un circuit imprimé d’à peine 4 x 9 cm sur lequel prennent place un microphone électret à haute sensibilité et une caméra CMOS ultra miniature noir et blanc. Il s’agit d’un émetteur son et images pas plus grand qu’un téléphone portable. Selon le type de module HF que l’on choisit et qui dépend du canal libre disponible là où on le fait fonctionner, il peut émettre soit en UHF soit en VHF. Sa portée est comprise entre 50 et 100 mètres.

Le "feuilleton" Loft Story nous interpelle, c’est le moins que l’on puisse dire !
Qui plus, qui moins, nous regardons parfois quelques passages de "Loft Story", la nouvelle émission de télévision diffusée sur M6, présentée par Benjamin Castaldi.
Onze jeunes gens, dont six garçons au milieu de cinq filles dont les noms chantants sont destinés à longtemps hanter notre mémoire : Delphine, Kenza, Loana, Julie et Laure.
Onze jeunes gens choisis parmi une foule de candidats, ayant accepté de vivre ensemble pendant 70 jours, enfermés dans un local commun (le "loft"), constamment surveillés par 24 caméras (dont certaines aux infrarouges, pouvant opérer dans l’obscurité) dont l’existence est connue des candidats mais pas les endroits précis où elles sont cachées.
Qu’ils se trouvent ensemble dans la salle à manger ou seuls dans la salle de bain, ils peuvent faire l’objet d’un coup de zoom à n’importe quel moment, dans n’importe quelle situation.
C’est ainsi, par exemple, que nous avons assisté à un flirt en direct entre Loana et Jean- Edouard.
Ces mêmes images étant diffusées par Internet et par satellite, ce qui était un secret entre deux personnes devient – à la minute même – connu de tout le monde.
Nous ne savons pas quoi penser de cette nouvelle utilisation que l’on fait des caméras et des émetteurs.
Pourtant, nous en avions eu les prémisses, il y a quelques années déjà, en regardant les astronautes enfermés dans une cabine spatiale, eux aussi, filmés en permanence par une caméra installée à bord, qui diffusait leurs gestes, en direct, dans le monde entier.
Est-ce que filmer et transmettre en permanence les images d’un cosmonaute enfermé dans sa combinaison c’est bien, tandis que filmer et transmettre en permanence les agissements de onze jeunes gens vivants ensemble et formant – somme toute – un groupe d’amis, c’est mal ? Chacun répondra à ces questions selon sa propre sensibilité.
Nous voulons simplement – à partir de ce fait divers – faire constater que des choses qui étaient impensables il y a quelques années deviennent aujourd’hui, non seulement possibles, mais licites.
Les moeurs semblent évoluer sous la poussée des avancées technologiques.
C’est ainsi que de nos jours il est tout à fait admis qu’en ville nous soyons filmés, en moyenne, sept fois par jour, selon certaines statistiques.
A part les caméras visibles, par exemple, sur les autoroutes et les grands axes routiers permettant au personnel de la sécurité routière de surveiller et délester le trafic aux moments les plus difficiles, nous rencontrons à tout moment, sur notre chemin, une multitude de caméras.
Il y en a à l’entrée des stations de métro, dans les banques, dans les grandes surfaces, dans les gares, dans les aéroports, dans les bijouteries, dans les bureaux…
Et si la porte d’entrée de l’immeuble dans lequel vous habitez est protégée par un portier vidéo, vous commencez la journée en étant filmé… par vousmême… à votre propre insu !
D’autre part, pourquoi interdire à une personne de tenir sous surveillance la porte d’accès de son immeuble, de son garage ou de son magasin ?
On voit par là que selon le côté duquel on se place, le jugement que l’on peut porter sur l’utilisation des émetteurs radio/télé que l’on peut installer n’importe où, n’est pas le même.
Il faut juste prendre conscience que ces systèmes se généralisent et, si le besoin s’en faisait sentir, il faudrait se protéger ou s’en prémunir.

Avantages et inconvénients
Ce qui généralement dissuade les gens de procéder à une installation de vidéosurveillance à circuit fermé, ce sont les inévitables désagréments que ces installations amènent. A savoir : la saleté et le désordre.
En fait, les caméras de surveillance sont installées à des endroits donnés et les unités de visualisation et d’enregistrement se trouvent généralement à une certaine distance. Dans les systèmes classiques, pour acheminer les signaux des unes vers les autres, on se sert de câbles. Et pour faire passer ces câbles on est conduit tantôt à percer, tantôt à faire des saignées et pour cela, il faut déplacer les meubles, d’où saleté et désordre !
Le système que nous présentons dans cet article supprime ces inconvénients et donne à tout le monde la possibilité de procéder facilement à une installation de télésurveillance au moindre coût.
Il s’agit d’un système complet, en ce sens qu’il effectue des prises de vues et les transmet avec les sons qui les accompagnent.
Le signal transmis peut être reçu par un quelconque téléviseur, pouvant être celui que vous avez dans votre cuisine, votre chambre ou votre salon.
Autrement dit : plus besoin de câbles pour relier la caméra de prise de vues au système de réception, et encore moins d’un système de réception spécialisé (moniteur).
Cependant, comme rien n’est parfait dans ce monde et que toute médaille a son revers, si une installation de ce type a un prix imbattable et peut se faire sans rien percer, elle a deux inconvénients qu’il faut savoir admettre.
En premier lieu, le signal transmis peut être reçu par n’importe qui, aussi facilement que vous : il suffit qu’il allume son poste de télé sur le canal que vous utilisez. En deuxième lieu, l’émission peut être perturbée par d’autres émetteurs pouvant opérer dans le voisinage sur la même fréquence.

Choix entre UHF et VHF
Si rien ne peut être mis en place pour s’affranchir du premier inconvénient, il existe un moyen pour limiter les conséquences du deuxième.
En effet, étant donné que dans le catalogue du fabricant des modules hybrides figurent deux modèles similaires opérant sur des bandes de fréquences différentes, il est possible de monter sur l’émetteur soit l’un soit l’autre.
L’émission peut ainsi se faire soit en bande VHF sur le canal H2, soit en bande UHF sur le canal 22.

Présentation de l’émetteur
Nous avons déjà eu l’occasion de vous parler des modules hybrides fabriqués par la Société AUREL.
Alors que jusqu’ici il s’agissait d’applications ponctuelles, cette fois nous avons implanté un émetteur complet sur un même petit circuit imprimé, comprenant une caméra ultra-miniature noir et blanc prévue pour se souder directement sur le circuit imprimé, et un micro électret à condensateur, très sensible, incorporant un amplificateur à transistor à effet de champ.
Enfermé dans un petit boîtier plastique et alimenté par quatre piles bâton de 1,5 volt, cet émetteur – qui, rappelons- le, ne demande aucune liaison filaire – peut servir comme caméra visible ou cachée car, en raison de ses dimensions très réduites, on n’a aucun mal à la dissimuler. Personne ne se retournerait sur un boîtier ne ressemblant en rien à une caméra de prise de vues et encore moins à un émetteur de télévision miniature.
La portée de cet émetteur varie entre 50 et 100 mètres, selon les obstacles se trouvant entre l’antenne de l’émetteur et l’antenne du téléviseur sur lequel on reçoit les images. Sur la base des expériences que nous avons faites, nous pouvons dire que c’est en version VHF que l’on obtient les meilleurs résultats. Ce n’est pas une question de puissance, car la portée est la même quel que soit le type de module employé. Les meilleurs résultats proviennent simplement du fait qu’en UHF la bande est souvent encombrée (et tout particulièrement le canal 22).
Bref : il s’agit d’un émetteur particulièrement propice à surveiller (par l’image et par le son) un local de petites dimensions, ou des objets situés pas trop loin de lui.

Le schéma électrique

Figure 1 : Schéma électrique complet de l’émetteur. La présence de quatre composants à très haut niveau d’intégration (amplificateur opérationnel, microphone électret incorporant un ampli à FET, caméra CMOS spéciale pour circuits imprimés et module hybride HF) conduisent à un schéma extrêmement simple.

Figure 2 : Le micro électret à condensateur, bien que présentant deux seules pattes, incorpore un amplificateur à transistor à effet de champ qui lui confère une sensibilité telle qu’il arrive à capter même les chuchotements les plus faibles.


Grâce à l’emploi de quatre composants à très haut niveau d’intégration vendus déjà assemblés (notamment la capsule micro électret à condensateur incorporant un amplificateur à FET, l’ampli opérationnel, la caméra CMOS ultra miniature spéciale pour circuits imprimés représentant à elle seule un système complet de prise de vues, et le module hybride émetteur HF), le circuit électrique (figure 1) de cet émetteur est extraordinairement simple. Pour commencer, il n’y a pas d’alimentation secteur à prévoir.
Pour laisser toute la mobilité nécessaire à ce mini émetteur télé, on fait appel à des piles, sans exclure – évidemment – la possibilité d’adopter un bloc secteur de 6 volts.
Bien qu’on parle ici d’alimentation à 6 volts, le circuit ne voit en réalité que 5,4 volts, à cause de la présence des deux diodes au silicium en série (D1 et D2) se trouvant à l’entrée, lesquelles, tout en assurant une protection contre les courts-circuits, introduisent, avec leurs tensions de déchet, la chute de tension nécessaire.
En effet, les composants intégrés, et notamment l’amplificateur opérationnel U2, la caméra CMOS et le module hybride U1 exigent une tension de 5 volts, dans la limite de plus ou moins 5 %, ce qui est bien le cas ici.
Les deux diodes au silicium introduisant une chute de 1,6 volt, la tension qui parvient aux circuits est, en fait, de 5,4 volts.
L’amplificateur opérationnel U2 sert à amplifier le signal provenant du microphone électret “MIC”, dont le rôle est, évidemment, de capter les sons.
En dépit de sa petite taille (figure 2) et du fait qu’il n’ait que deux seuls connecteurs, ce microphone renferme un amplificateur à transistor à effet de champ qui lui confère une sensibilité telle qu’il arrive à capter même des chuchotements.
Le signal radio issu de l’amplificateur opérationnel arrive, via le condensateur C7, sur l’entrée "IN A" (A, comme Audio) du module hybride, correspondant à la patte 2.
Le signal vidéo à transmettre, prélevé sur la patte 1 de la micro-caméra CMOS, dont vous pouvez lire les caractéristiques à la figure 3, arrive directement sur l’entrée "IN V" (V, comme Vidéo) du module hybride, correspondant à la patte 4.
La patte 3 est reliée au positif de l’alimentation, tandis que la patte 2 représente la masse générale et en même temps la masse du signal vidéo.
Quant à la patte 4, correspondant à l’AGC (Automatic Gain Control), elle aboutit à un cavalier dont la mise en place est facultative.
En insérant ce cavalier, on peut activer la commande automatique de gain, qui est en fait un système qui corrige les variations de niveau du signal vidéo. Bien que la micro-caméra CMOS ait six pattes, quatre seulement sont utilisées.
La disposition de ces six pattes a d’ailleurs été conçue par le fabricant de telle sorte qu’on ne puisse pas se tromper de sens lors de son implantation sur le circuit imprimé.
Le module de cette micro-caméra se soude à plat, tout contre le circuit imprimé (voir détail à la figure 4).
Pour le reste, il n’est prévu ni réglage ni mise au point.
Les valeurs de chaque composant ont été calculées de façon à obtenir de ce minuscule émetteur les meilleurs résultats en terme de qualité d’images.
Pour ce qui concerne le son, la seule chose qu’on pourrait éventuellement ajuster concerne la sensibilité du microphone (MIC).
Pour augmenter ou réduire cette sensibilité, il suffit de modifier la valeur de la résistance R6, dont le rôle est de déterminer le gain de l’amplificateur opérationnel.
Le niveau de sortie du signal vidéo de la micro-caméra est standard et s’adapte automatiquement au niveau d’entrée du module hybride émetteur. Ce dernier se présente sous la forme d’un petit circuit imprimé pourvu de 8 broches (voir figure 5) à souder comme un quelconque composant.
Une fois les soudures terminées, il faut le rabattre à l’horizontale. De telle sorte, le module se couche à plat sur le circuit imprimé, occupant l’emplacement qui lui est réservé, et dont le plan de masse constitue une sorte de blindage HF.

Caractéristiques techniques

Capteur : ...................................... Omnivision 1/3” CMOS
Standard : ..................................... CCIR
Résolution : ................................... 240 lignes TV - 288 x 532 pixels
Sensibilité : .................................. 2 lux
Obturateur électronique : ...................... 1/50 - 1/6 000
AGC (CAG) : .................................... ON/OFF
Optique : ...................................... pin-hole f = 7,4 mm F = 2,8
Angle d’ouverture : ............................ 30°
Alimentation : ................................. 5 Vdc ± 5 %
Consommation : ................................. 10 mA

Figure 3 : Ce nouveau type de caméra, appelé à se répandre, a tout pour séduire.
Nous citerons son faible prix, ses dimensions extrêmement réduites (21 x 21 x 15 mm), sa sensibilité et la possibilité de la souder à plat, directement sur le circuit imprimé. Elle peut ainsi entrer dans des systèmes de prise de vues très compacts et facilement occultables. Sa résolution n’est pas très élevée.
Elle n’est que de 240 lignes. Mais ça ne lui empêche pas de fournir des images permettant de parfaitement identifier les sujets. Ne perdons quand même pas de vue le fait que ce type de caméra est conçu pour filmer essentiellement de près.

Brochage
1 = Sortie vidéo
2 = Masse vidéo et – alim.
3 = + alim.
4 = AGC (CAG)
5 = NC
6 = AGC (CAG)

Figure 4 : Le module contenant la microcaméra CMOS est un modèle pour circuits imprimés. Il se soude directement sur les pastilles prévues pour le recevoir. Haut à peine 15 mm, il ne dépasse pas les autres composants. De ses six pattes, quatre seulement sont utilisées. Les pattes 5 et 6 ne sont pas soudées parce que la première n’est pas connectée à l’intérieur du module (NC), et la deuxième parce que la fonction à laquelle elle aboutit (AGC) a été prise à partir de la patte 4 (elle aussi reliée à la fonction AGC).

Les modules Aurel TXAV en version UHF et VHF
Les deux modules ont le même brochage et sont compatibles broche à broche.
Leurs caractéristiques techniques sont identiques en tout, à l’exclusion de la valeur de la puissance de sortie disponible sur l’antenne qui, dans la version UHF, est la moitié de celle fournie par le module VHF. Mais, en fait, étant donné que la fréquence d’émission en bande UHF est plus élevée (479,5 MHz contre 224,5 MHz) et donc plus pénétrante, cela n’a aucune répercussion significative sur la portée, qui reste la même. Celle-ci varie entre 50 et 100 mètres, en fonction des obstacles pouvant se trouver entre émetteur et récepteur.
C’est l’utilisation de ce type de modules qui rend si facilement possible la réalisation d’un émetteur télé.
Aux dimensions d’à peine 28 x 25 x 8 mm et avec seulement huit pattes, ces modules hybrides, réalisés à l’aide de composants CMS et alimentés sous 5 volts, englobent tous les éléments nécessaires permettant d’obtenir une émission de haute qualité.
On y trouve notamment un oscillateur à quartz, modulé en amplitude par le signal vidéo qui entre sur la patte 4, et un modulateur piloté par le signal audio qui entre sur la patte 2, lequel module en fréquence une sous-porteuse à 5,5 MHz.
La sensibilité d’entrée de l’étage audio est 1 Vpp (350 mVeff) sous une impédance de 100 kilohms, qui représente une valeur suffisamment élevée ne surchargeant aucune des sources possibles (mixer, préampli, magnétophone à cassettes, caméscope).



Figure 5a.

Figure 5b.

Figure 5c.
Figure 5 : Les modules Aurel TXAV en version UHF et VHF.

Figure 6 : Schéma d’implantation des composants du mini émetteur TV.

Figure 7 : Voici comment se présente l’émetteur, la réalisation terminée. Remarquez que le micro et le module hybride du prototype ici photographié ont été légèrement relevés pour les besoins de la photo.

Figure 8 : Dessin du circuit imprimé, à l’échelle 1, de notre mini émetteur télé complet.

Liste des composants
R1, R3 = 1 kΩ
R2 = 3,3 kΩ
R4, R5 = 22 kΩ
R6 = 680 kΩ
R7 = 270 Ω
C1 = 10 μF 16 V électrolytique
C2 = 220 μF 16 V électrolytique
C3 = 100 nF multicouche
C4 = 10 μF 16 V électrolytique
C5 = 1 μF 16 V électrolytique
C6 = 10 μF 63 V électrolytique
C7 = 1 μF 16 V électrolytique
C8 = 10 μF 16 V électrolytique
C9 = 150 pF céramique
C10 = 100 nF multicouche
U1 = Module Aurel TXAV ou TXAV/UHF
U2 = Intégré LM741
D1, D2 = Diode 1N4007
CAM1 = Caméra TV CMOS pour ci
MIC = Micro électret préamplifié

Divers :
1 Support 2 x 4 broches
2 Broches en bande sécable
1 Cavalier informatique
1 Coupe de fil émaillé
12/10 pour l’antenne (voir texte)
1 Circuit imprimé réf. S368/369



La réalisation
Comme à chaque fois qu’un circuit utilise des modules prémontés dans lesquels les vraies difficultés se trouvent toutes résolues d’avance, la réalisation pratique de ce petit émetteur télévision tient à peu de chose.
Le petit circuit imprimé, donné à sa taille réelle à la figure 7, ne comporte aucune piste fine, et la taille des pastilles est telle qu’elles permettent d’effectuer des soudures confortables.
Une fois que vous vous êtes procuré ou avez réalisé le circuit imprimé, commencez par y installer et souder les composants de plus petite taille.
Ainsi que vous pouvez le voir d’après le plan de montage de la figure 6, le circuit imprimé prévoit deux straps : l’un est situé à côté de la caméra miniature, et l’autre plus haut, à côté de la résistance R6.
Commencez donc par ces straps. Puis installez les 7 résistances, les 2 diodes (attention à leurs polarités si vous voulez que le circuit fonctionne !) et le support destiné à recevoir l’amplificateur opérationnel 741 (en l’orientant comme le montre la sérigraphie, pour que vous n’ayez, ensuite, aucune question à vous poser quant à la façon d’insérer le circuit intégré).
Continuez avec le cavalier J1 relatif à l’AGC, et les 7 condensateurs chimiques (dont le respect des polarités est impératif).
Puis terminez en installant la microcaméra et le module hybride HF, qu’il faut ensuite rabattre pour qu’il occupe entièrement la surface qui lui est réservée sur le circuit imprimé.
Pour ce qui concerne l’antenne, le plus simple est d’utiliser un morceau de fil rigide (émaillé 12/10 par exemple), après l’avoir dénudé et gratté sur l’extrémité à souder.
Sa longueur exacte dépend du type de module employé.
En association avec un module UHF, l’antenne doit mesurer 12 cm. Par contre, en association avec un module VHF elle doit mesurer 30 cm.
En fait la longueur d’une antenne se calcule en appliquant la formule suivante :


l = ( e / f ) / 4
dans laquelle "e" représente la vitesse de la lumière (300 000 km/s) et "f" la fréquence du signal exprimée en kilohertz.
Le résultat "l" (en mètres) est ensuite divisé par 4 car c’est sur le quart d’onde de la fréquence d’accord que l’on obtient l’impédance la plus basse et par conséquent le résultat optimal.
Mais, dans notre cas précis, étant donné que sur le circuit imprimé existe déjà un morceau de piste, la longueur de celle-ci doit être prise en compte dans le calcul final aboutissant à déterminer la longueur réelle de l’antenne.
Si bien qu’en définitive l’antenne proprement dite devra mesurer seulement 12 cm dans le premier cas, et 30 cm dans le deuxième. Bien entendu, tout élément qui serait amené à rallonger la longueur de l’antenne doit être pris en compte dans le calcul de la taille réelle du brin rayonnant. Une fiche banane par exemple.
Une fois les soudures terminées, la réalisation prend l’aspect de ce que vous pouvez voir à la figure 7.
Protégez-le dans un boîtier de votre choix, susceptible de contenir également les 4 piles bâton de 1,5 volt qui seront placées dans un porte-piles et pratiquez les ouvertures nécessaires à la caméra, au microphone et à l’antenne.
A partir de là, l’émetteur est prêt à fonctionner. Vous pouvez l’installer où vous voulez et en faire, somme toute, l’usage que vous voulez, à la condition de l’abriter de la pluie et de l’humidité.
Toutefois, tenez compte de la législation française en termes de protection de la vie privée, du droit à l’image, etc. Par ailleurs, comme nous l’avons déjà écrit en début d’article, la réception de ce que vous émettez se fera sur n’importe quel récepteur réglé sur votre canal. Donc n’importe quel proche voisin en train de régler son téléviseur peut recevoir vos images. Ne transmettez donc jamais d’images pouvant choquer ou attenter aux bonnes moeurs. En un mot comme en cent, jouissez de cette micro-caméra selon les termes consacrés : "en bon père de famille".
Nous avons déjà précisé que cet émetteur convient tout particulièrement pour tenir sous contrôle audio/vidéo des locaux de petites dimensions, distants de 50, voir 100 mètres du récepteur.
Il peut servir soit à fournir des images visibles en temps réel (pensez, par exemple, à la surveillance de la chambre d’un bébé), soit à alimenter un magnétoscope, pour voir les images plus tard, après les prises de vues.
Selon l’usage que l’on veut faire de ce montage, on pourrait également faire précéder le magnétoscope d’un circuit basé sur la détection des mouvements (motion detector) qui mettrait le magnétoscope en route seulement lorsque quelque chose passe devant l’objectif de la caméra.
Ce sera la fantaisie de chacun qui suggérera, en fin de compte, l’usage de ce mini émetteur.