Barrière infrarouges : émetteur et récepteur
Cet appareil émetteur/récepteur à infrarouges constitue, entre autres emplois possibles, une excellente et peu coûteuse alarme destinée à vous avertir d ’ une tentative d ’ intrusion malveillante lorsque vous êtes dans la maison et notamment la nuit quand vous dormez. Il suffi t de placer cette barrière sur le parcours obligé (et pourquoi pas plusieurs ?) du voleur.
Figure 1 : L ’ ensemble barrière à infrarouges dans ses deux boîtiers plastique, à gauche le récepteur et à droite l ’ émetteur
L ’ étage émetteur : Comme le montre la fi gure 2, l ’ étage émetteur se compose de deux transistors darlington NPN ZTX601 montés en multivibrateurs astables, capables de fournir des signaux carrés à une fréquence d ’ environ 1 kHz (voir figure 3), utilisés pour piloter les deux diodes émettrices à infrarouges DTX1 et DTX2. Le schéma électrique montre que C1 (47 nF), relie le collecteur de TR1 à la base de TR2 et C4 (4,7 nF, soit dix fois moins), le collecteur de TR2 à la base de TR1. Avec ces deux capacités on obtient une onde carrée dont le rapport cyclique est égal à 1/10 (voir fi gure 3) et donc les diodes émettrices conduiront en émettant des rayons infrarouges pendant 80 μs et resteront éteintes pendant 920 μs. Pendant les 80 μs de conduction, les deux diodes consommeront 400 mA pour obtenir un rayon assez puissant pour atteindre une portée de sept mètres. Cette forte consommation n ’ ayant lieu que pendant 80 μs, la consommation moyenne de l ’ étage émetteur n ’ est que de 70 mA.
L ’ étage récepteur : Comme le montre la fi gure 5, l ’ étage récepteur comporte deux circuits intégrés ordinaires (IC1 est un LM358 contenant deux amplificateurs opérationnels et IC2 un HCF4093 constitué de quatre NAND) plus une diode réceptrice à infrarouges DRX1 BPW41 et un transistor NPN TR1. Le signal infrarouge émis par les diodes DTX1 et DTX2 de l ’ émetteur visible figure 2, est envoyé de façon à venir recouvrir la surface sensible de la diode réceptrice DRX1 du récepteur visible fi gure 5. La cathode de cette dernière est reliée au positif 12 V à travers R1 (10 kilohms) et son anode est orientée vers R2 (330 kilohms). Quand cette diode réceptrice ne reçoit pas le rayon infrarouge, elle ne conduit pas. Dès que ce rayon l ’ atteint, un signal de 1 kHz à impulsions sort de son anode et C2 le transfère à l ’ entrée non inverseuse de l ’ amplificateur opérationnel IC1-A (voir fi gure 5). Les résistances montées sur l ’ entrée opposée inverseuse (R8 22 kilohms et R3 1 kilohm) servent à produire une amplification d ’ environ 23 fois du signal de la diode réceptrice. C3 (330 nF), en série avec R3 (1 kilohm), constitue un filtre passe-haut servant à empêcher l ’ amplification du secteur 50 Hz. Les impulsions amplifi ées 23 fois sortent de la broche de sortie 7 du premier amplificateur opérationnel IC1-A pour être appliquées directement à la broche inverseuse du second amplificateur opérationnel IC1-B monté en comparateur de tension. La broche non inverseuse 3 de IC1-B est polarisée par une tension positive de référence de 2,24 V seulement, donc quand les impulsions de 1 kHz arrivant sur la broche inverseuse 2 dépassent cette valeur, de la broche de sortie de cet amplifi cateur opérationnel sort un signal formé par des impulsions positives atteignant 12 V pendant 920 μs avec des intervalles d ’ impulsions négatives de 80 μs. DS1, à la sortie de IC1-B laisse passer ces impulsions négatives vers C8 (100 nF) pour qu ’ elles neutralisent la tension positive arrivant aux extrémités de ce condensateur à travers R13 (47 kilohms). Jusqu ’ à ce que DRX1 reçoive le rayon infrarouge, aux bornes de C8 se trouve une tension positive infi me (<0,95 V) : cette tension étant appliquée à l ’ entrée de la première NAND IC2-A montée en “ inverter ” (inverseur), elle sera considérée comme niveau logique 0. Donc à la sor tie de IC2-A se trouvera un niveau logique 1, soit une tension de 12 V allumant DL1. Si, pour un quelconque motif, le rayon infrarouge couvrant la diode réceptrice était interrompu, les impulsions de 1 kHz ne se trouveraient plus à la sortie du second amplificateur opérationnel IC1-B. Par conséquent, DS1 ne pouvant plus envoyer aucune impulsion négative à C8, ne pourrait plus le maintenir déchargé, c ’ est-à-dire au niveau logique 0. L ’ entrée de la NAND IC2-A passerait donc au niveau logique 1 à travers R13 et sa sortie au niveau logique 0 : la tension positive à la sor tie de IC2-A venant ainsi à manquer, DL1 resterait éteinte. Récapitulons : DL1 s ’ allume seulement quand le rayon infrarouge couvre la BPW41 et s ’ éteint quand ce rayon est interrompu. La sortie de la NAND IC2-A est reliée à travers C10 à la broche d ’ entrée 6 de la seconde NAND IC2-C laquelle, avec la NAND IC2-B, constitue un FLIP-FLOP de type “ set/reset ” . Quand DL1 est allumée, R15 force la broche 6 du FLIP-FLOP composé de IC2-C et IC2-B au niveau logique 1 et sur la broche de sortie 4 de IC2-C nous avons un niveau logique 0, soit aucune tension. Par conséquent, la NAND IC2-D reste bloquée et le buzzer CP1 n ’ émet aucun son. Si le rayon infrarouge est interrompu, même très brièvement, DL1 s ’ éteint, ce qui produit une impulsion négative laquelle, passant à travers C10, atteint la broche 6 de la NAND IC2-C et fait commuter le FLIP-FLOP “ set/ reset ” : sur la broche de sortie 4 de IC2-C se trouve donc un niveau logique 1 faisant conduire la NAND IC2-D qui produit l ’ émission sonore à 4 kHz environ de CP1 Ce même niveau logique 1, correspondant à une tension positive, charge à travers R19 et R18 l ’ électrolytique C12 pendant un maximum de neuf secondes. Quand ce condensateur atteint sa charge maximale, TR1 se met à conduire et court-circuite à la masse la broche 13 de la NAND IC2-B qui fait commuter à nouveau le FLIP-FLOP “ set/reset ” .
Sur la broche 4 de la NAND IC2-C se trouve un niveau logique 0 déchargeant C12 et bloquant le fonctionnement de la NAND IC2-D, ce qui interrompt l ’ émission sonore de CP1. Le cavalier J1, en série avec CP1, sert seulement à exclure le buzzer pendant l ’ alignement de l ’ émetteur et du récepteur.
Figure 2 : Schéma électrique de l ’ étage émetteur produisant des impulsions à onde carrée à 1 kHz (voir fi gure 3). Les anodes des deux diodes à infrarouges sont vers le 12 V positif.
Cet appareil émetteur/récepteur à infrarouges constitue, entre autres emplois possibles, une excellente et peu coûteuse alarme destinée à vous avertir d ’ une tentative d ’ intrusion malveillante lorsque vous êtes dans la maison et notamment la nuit quand vous dormez. Il suffi t de placer cette barrière sur le parcours obligé (et pourquoi pas plusieurs ?) du voleur.
L ’ étage récepteur : Comme le montre la fi gure 5, l ’ étage récepteur comporte deux circuits intégrés ordinaires (IC1 est un LM358 contenant deux amplificateurs opérationnels et IC2 un HCF4093 constitué de quatre NAND) plus une diode réceptrice à infrarouges DRX1 BPW41 et un transistor NPN TR1. Le signal infrarouge émis par les diodes DTX1 et DTX2 de l ’ émetteur visible figure 2, est envoyé de façon à venir recouvrir la surface sensible de la diode réceptrice DRX1 du récepteur visible fi gure 5. La cathode de cette dernière est reliée au positif 12 V à travers R1 (10 kilohms) et son anode est orientée vers R2 (330 kilohms). Quand cette diode réceptrice ne reçoit pas le rayon infrarouge, elle ne conduit pas. Dès que ce rayon l ’ atteint, un signal de 1 kHz à impulsions sort de son anode et C2 le transfère à l ’ entrée non inverseuse de l ’ amplificateur opérationnel IC1-A (voir fi gure 5). Les résistances montées sur l ’ entrée opposée inverseuse (R8 22 kilohms et R3 1 kilohm) servent à produire une amplification d ’ environ 23 fois du signal de la diode réceptrice. C3 (330 nF), en série avec R3 (1 kilohm), constitue un filtre passe-haut servant à empêcher l ’ amplification du secteur 50 Hz. Les impulsions amplifi ées 23 fois sortent de la broche de sortie 7 du premier amplificateur opérationnel IC1-A pour être appliquées directement à la broche inverseuse du second amplificateur opérationnel IC1-B monté en comparateur de tension. La broche non inverseuse 3 de IC1-B est polarisée par une tension positive de référence de 2,24 V seulement, donc quand les impulsions de 1 kHz arrivant sur la broche inverseuse 2 dépassent cette valeur, de la broche de sortie de cet amplifi cateur opérationnel sort un signal formé par des impulsions positives atteignant 12 V pendant 920 μs avec des intervalles d ’ impulsions négatives de 80 μs. DS1, à la sortie de IC1-B laisse passer ces impulsions négatives vers C8 (100 nF) pour qu ’ elles neutralisent la tension positive arrivant aux extrémités de ce condensateur à travers R13 (47 kilohms). Jusqu ’ à ce que DRX1 reçoive le rayon infrarouge, aux bornes de C8 se trouve une tension positive infi me (<0,95 V) : cette tension étant appliquée à l ’ entrée de la première NAND IC2-A montée en “ inverter ” (inverseur), elle sera considérée comme niveau logique 0. Donc à la sor tie de IC2-A se trouvera un niveau logique 1, soit une tension de 12 V allumant DL1. Si, pour un quelconque motif, le rayon infrarouge couvrant la diode réceptrice était interrompu, les impulsions de 1 kHz ne se trouveraient plus à la sortie du second amplificateur opérationnel IC1-B. Par conséquent, DS1 ne pouvant plus envoyer aucune impulsion négative à C8, ne pourrait plus le maintenir déchargé, c ’ est-à-dire au niveau logique 0. L ’ entrée de la NAND IC2-A passerait donc au niveau logique 1 à travers R13 et sa sortie au niveau logique 0 : la tension positive à la sor tie de IC2-A venant ainsi à manquer, DL1 resterait éteinte. Récapitulons : DL1 s ’ allume seulement quand le rayon infrarouge couvre la BPW41 et s ’ éteint quand ce rayon est interrompu. La sortie de la NAND IC2-A est reliée à travers C10 à la broche d ’ entrée 6 de la seconde NAND IC2-C laquelle, avec la NAND IC2-B, constitue un FLIP-FLOP de type “ set/reset ” . Quand DL1 est allumée, R15 force la broche 6 du FLIP-FLOP composé de IC2-C et IC2-B au niveau logique 1 et sur la broche de sortie 4 de IC2-C nous avons un niveau logique 0, soit aucune tension. Par conséquent, la NAND IC2-D reste bloquée et le buzzer CP1 n ’ émet aucun son. Si le rayon infrarouge est interrompu, même très brièvement, DL1 s ’ éteint, ce qui produit une impulsion négative laquelle, passant à travers C10, atteint la broche 6 de la NAND IC2-C et fait commuter le FLIP-FLOP “ set/ reset ” : sur la broche de sortie 4 de IC2-C se trouve donc un niveau logique 1 faisant conduire la NAND IC2-D qui produit l ’ émission sonore à 4 kHz environ de CP1 Ce même niveau logique 1, correspondant à une tension positive, charge à travers R19 et R18 l ’ électrolytique C12 pendant un maximum de neuf secondes. Quand ce condensateur atteint sa charge maximale, TR1 se met à conduire et court-circuite à la masse la broche 13 de la NAND IC2-B qui fait commuter à nouveau le FLIP-FLOP “ set/reset ” .
Sur la broche 4 de la NAND IC2-C se trouve un niveau logique 0 déchargeant C12 et bloquant le fonctionnement de la NAND IC2-D, ce qui interrompt l ’ émission sonore de CP1. Le cavalier J1, en série avec CP1, sert seulement à exclure le buzzer pendant l ’ alignement de l ’ émetteur et du récepteur.
