Temporisateur pour extinction automatique
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Cet article vous propose de construire un tel “timer” (temporisateur) chargé d’éteindre (“power off”) l’appareil électrique monté en aval au bout d’un délai réglable : il utilise, pour effectuer cette coupure du secteur 230 V, un relais.
En effet, au bout du temps paramétré, le contact du relais s’ouvre (le relais cesse d’être collé) et l’appareil privé de la tension du secteur s’éteint. Le relais a un pouvoir de coupure sous 230 V de 10 A et donc notre temporisateur pourra débrancher du secteur un ou des appareils électriques consommant en 230 V jusqu’à 10 A (ce qui fait plus de 2 kW). Si vous souhaitez débrancher des appareils électriques plus puissants, vous n’aurez qu’à utiliser votre temporisateur pour alimenter l’enroulement d’un relais de puissance.
Figure 1 : Schéma électrique du temporisateur pour extinction automatique.
C’est un microcontrôleur à architecture 8 bits, contenant une petite mémoire “flash” dans laquelle se trouve le programme résident. Ce dernier est fort simple (voir figures 2 et 5) : juste un “timer” programmable par bouton poussoir et un cavalier (avec un seul poussoir on lance et on arrête la temporisation).
Quand on alimente le circuit, le programme résidant dans le PIC initialise tout d’abord les lignes d’E/S : GP1 et GP3 comme entrées et GP0 et GP2 comme sorties (la première lit l’état du cavalier JP1 et avec GP3 on détecte l’état du poussoir, cet état déterminant la fonction de temporisation .
GP0 pilote, au moyen du transistor T1, la LED de signalisation LD1 ; GP2 s’occupe de l’activation du relais. T1 et T2 sont deux NPN montés en interrupteurs statiques ; pour les faire conduire, les lignes d’E/S correspondantes du micro se mettent au niveau logique haut de façon à polariser les bases jusqu’à la saturation.
La LED mérite une attention particulière. En fonction de l’état de
fonctionnement du circuit elle s’allume pleinement ou avec une intensité
lumineuse réduite : quand le programme résident du microcontrôleur PIC
doit l’allumer avec une intensité maximale, il met GP0 à 1, de telle
manière que T1 ait sa base polarisée sous l’effet de R8 et conduise
entre collecteur et émetteur, ce qui détermine le passage d’un courant
dans la diode, courant limité par la valeur de R10 ; pour obtenir
une lumière réduite, le micro met GP0 à 0, de telle manière que T1 soit
bloqué et que la LED soit traversée par un courant passant cette fois à
travers R11, dont la valeur est nettement plus forte que la résistance
R10.
D1 sert à court-circuiter les surtensions inverses qui se produisent aux bornes de l’enroulement quand T2 est
bloqué : sans la diode D1, la jonction base-collecteur de ce transistor serait endommagée. Toujours en terme de protection, à propos cette fois des contacts du relais alimentant la charge : nous y avons monté un varistor VDR1 ; ce composant a une résistance pratiquement infinie tant que la tension à ses extrémités se maintient en dessous de sa tension de seuil (ici 300 V) et va pratiquement jusqu’au court-circuit lorsque la tension devient supérieure à ce seuil ; son rôle est de protéger les contacts du relais contre les arcs électriques pouvant se former si, au moment de l’ouverture des contacts, la charge est soumise à une tension supérieure à celle que tolèrent les sorties dudit relais (240 à 260 V) ; cela peut se produire quand le relais doit commander des charges fortement inductives lesquelles, au moment de la coupure, engendrent des surtensions inverses causées par le phénomèné d’auto-induction.
Mais voyons un peu ce qui se passe au niveau logiciel. Après initialisation, le micro lit une seule fois GP3, afin de paramétrer les temporisations correspondant aux commandes que l’usager indique à l’aide du poussoir : celui-ci est ensuite lu continûment (par GP1). Tant que P1 reste au repos, le micro signale la condition d’attente (“stand-by”), ou relais au repos, par l’allumage de la LED à demi luminosité. Quand il détecte la fermeture du poussoir (au moyen du pont R6-R7), il compte le temps pendant lequel la ligne
GP1 reste au niveau logique bas ; si le 0 logique dure moins de deux secondes, le “timer” commence la temporisation la plus courte parmi celles définies par la position du cavalier.
A propos de ce dernier, sa condition est établie lorsque le circuit est éteint ; quand on met sous tension, la LED LD1 clignote deux fois lentement si le cavalier est fermé (délai de temporisation long, 2 ou 8 heures) ou bien rapidement si au contraire le cavalier JP1 est ouvert (délai court, 1 ou 4 heures).
Mais revenons à l’activation du “timer” : le relais colle (et l’appareil commandé est alimenté) quand on
presse le poussoir ; une première pression brève (moins de deux secondes) sélectionne la durée la plus courte, soit 1 ou 2 heures selon que JP1 est, respectivement, ouvert ou fermé ; comme signalisation la LED clignote rapidement (elle s’éteint quand le délai est écoulé, soit quand le relais se met en
position de repos, contact ouvert).
Une autre pression sur le poussoir pendant moins de deux secondes et on paramètre le délai de temporisation le plus long (4 heures si JP1 est ouvert, 8 heures s’il est fermé) ; la temporisation longue est signalée par un clignotement lent de la LED jusqu’à l’écoulement du délai ou un changement de programme avec P1. Une nouvelle pression sur P1 pendant moins de deux secondes et c’est à nouveau le délai court qui est paramétré, etc. En fait, toute pression de P1 pendant moins de deux secondes fait passer du délai court (1 ou 2 h) au délai long (4 ou 8 h) et vice-versa.
Mais que se passe-t-il si l’on presse et maintient P1 pressé pendant plus de deux secondes (mettons entre deux et trois secondes) ? Eh bien, si on le fait quand le “timer” est au repos (LED allumée fixe et relais au repos, ouvert), on paramètre la fonction Timer 24 h : le relais colle et ne revient au repos qu’au bout de vingt-quatre heures (oui oui, une journée complète) ; cette option est signalée par l’allumage fixe de la
LED à la luminosité maximale. Durant le fonctionnement en mode 24 h, une autre pression prolongée de P1 provoque l’ouverture du relais (position de repos) et l’annulation de la temporisation paramétrée. En revanche, si P1 est pressé pendant deux à trois secondes au cours des temporisations 1, 2 4 ou 8 heures, le “reset” de la temporisation est alors provoqué et la charge est tout de suite déconnectée (le relais s’ouvre
et se met au repos). Dans tous les cas, l’annulation du comptage du “timer” et le passage au repos du relais sont signalés par l’allumage de la LED en luminosité réduite, ce qui indique l’état de “stand-by” (attente d’un éventuel nouveau paramétrage).
Voilà pour ce qui regarde les fonctions et la commande du temporisateur. Voyons maintenant ce qu’il en est de l’alimentation du circuit : le schéma électrique montre que le circuit tout entier est alimenté par la tension alternative du secteur 230 V 50 Hz et que les contacts du relais lui-même ne sont pas libres mais déjà reliés au secteur afin d’alimenter la charge (la coupure s’effectue sur la phase L, le neutre N n’étant pas interrompu) ; bien sûr le ou les appareils à contrôler doivent fonctionner sur le secteur 230 VAC (ce qui exclut les appareils basse tension –à moins de commander le transformateur dont le secondaire donne cette basse tension, par exemple un transfo 230/12 pour halogène).
Puisque nous parlons de transformateur, vous voyez que nous en avons fait l’économie en optant pour une solution plus légère et moins encombrante : nous redressons directement l’alternatif avec le pont de Graetz formé par D2, D3, D4, D5, pont monté en série avec une impédance composée de R1, R2, R3 et C5 ; ce dernier sert à faire chuter la tension en excès et à assurer un fonctionnement correct de la diode zener ZD2. Bref, nous mettons à profit la réactance capacitive de C5 lequel, à la fréquence 50 Hz du réseau électrique, vaut :
Xc = 106 : (6,28 x 50 x 0,47) = 6.775 ohms
pour faire chuter la tension en excès .
A cette chute de tension concourt aussi R3 qui a pour rôle principal de limiter le courant traversant ZD2 si d’aventure le circuit était relié au secteur au moment où la tension sinusoïdale a la valeur maximale.
En effet, dans ce cas, le condensateur étant normalement déchargé, se laisse traverser par le pic de tension.
R1 et R2 servent à décharger C5 quand le circuit est débranché du secteur : on évite ainsi d’encourir le risque de prendre quelques secousses –désagréables pour le moins, mortelles pour le pire– si l’on touchait malencontreusement les pistes du circuit imprimé (sans se méfier puisqu’on voit que le cordon secteur est débranché) !
Du pont redresseur, soit entre les cathodes de D4 et D5 et les anodes de D2 et D3, sortent des impulsions sinusoïdales unidirectionnelles à une fréquence double de celle du secteur (100 Hz) ; ces impulsions sont écrêtées à 24 V par ZD2 et elles vont charger l’électrolytique C3, entre les armatures duquel on trouve la
tension alimentant la bobine du relais.
Une seconde zener, ZD1, avec le concours de deux résistances de ballast, limite à 5 V la tension à ses extrémités ; ce 5 V sert à alimenter le microcontrôleur et la LED.
Cet article vous propose de construire un tel “timer” (temporisateur) chargé d’éteindre (“power off”) l’appareil électrique monté en aval au bout d’un délai réglable : il utilise, pour effectuer cette coupure du secteur 230 V, un relais.
En effet, au bout du temps paramétré, le contact du relais s’ouvre (le relais cesse d’être collé) et l’appareil privé de la tension du secteur s’éteint. Le relais a un pouvoir de coupure sous 230 V de 10 A et donc notre temporisateur pourra débrancher du secteur un ou des appareils électriques consommant en 230 V jusqu’à 10 A (ce qui fait plus de 2 kW). Si vous souhaitez débrancher des appareils électriques plus puissants, vous n’aurez qu’à utiliser votre temporisateur pour alimenter l’enroulement d’un relais de puissance.
A partir du moment où l’on active le relais jusqu’à l’écoulement complet du délai paramétré, la LED clignote : rapidement
pour des délais brefs, lentement pour des durées plus longues ; elle reste allumée fixe si l’on sélectionne la fonction
temporisation 24 heures.
Le schéma électrique :
Mais voyons de plus près de quoi il retourne au juste, en jetant un coup
d’oeil au schéma électrique de la figure 1 : on voit tout de suite que
la fonction (extinction au bout d’un délai réglable) est obtenue avec
très peu de composants architecturés autour du microcontrôleur IC1
PIC10F200 de Microchip .C’est un microcontrôleur à architecture 8 bits, contenant une petite mémoire “flash” dans laquelle se trouve le programme résident. Ce dernier est fort simple (voir figures 2 et 5) : juste un “timer” programmable par bouton poussoir et un cavalier (avec un seul poussoir on lance et on arrête la temporisation).
Quand on alimente le circuit, le programme résidant dans le PIC initialise tout d’abord les lignes d’E/S : GP1 et GP3 comme entrées et GP0 et GP2 comme sorties (la première lit l’état du cavalier JP1 et avec GP3 on détecte l’état du poussoir, cet état déterminant la fonction de temporisation .
GP0 pilote, au moyen du transistor T1, la LED de signalisation LD1 ; GP2 s’occupe de l’activation du relais. T1 et T2 sont deux NPN montés en interrupteurs statiques ; pour les faire conduire, les lignes d’E/S correspondantes du micro se mettent au niveau logique haut de façon à polariser les bases jusqu’à la saturation.
Figure 3a : Schéma d’implantation des composants de la platine du temporisateur
pour extinction automatique
Figure 3b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de la platine du temporisateur
pour extinction automatique
D1 sert à court-circuiter les surtensions inverses qui se produisent aux bornes de l’enroulement quand T2 est
bloqué : sans la diode D1, la jonction base-collecteur de ce transistor serait endommagée. Toujours en terme de protection, à propos cette fois des contacts du relais alimentant la charge : nous y avons monté un varistor VDR1 ; ce composant a une résistance pratiquement infinie tant que la tension à ses extrémités se maintient en dessous de sa tension de seuil (ici 300 V) et va pratiquement jusqu’au court-circuit lorsque la tension devient supérieure à ce seuil ; son rôle est de protéger les contacts du relais contre les arcs électriques pouvant se former si, au moment de l’ouverture des contacts, la charge est soumise à une tension supérieure à celle que tolèrent les sorties dudit relais (240 à 260 V) ; cela peut se produire quand le relais doit commander des charges fortement inductives lesquelles, au moment de la coupure, engendrent des surtensions inverses causées par le phénomèné d’auto-induction.
Figure 4 : Photo d’un des prototypes de la platine du temporisateur pour extinction
automatique.
Mais voyons un peu ce qui se passe au niveau logiciel. Après initialisation, le micro lit une seule fois GP3, afin de paramétrer les temporisations correspondant aux commandes que l’usager indique à l’aide du poussoir : celui-ci est ensuite lu continûment (par GP1). Tant que P1 reste au repos, le micro signale la condition d’attente (“stand-by”), ou relais au repos, par l’allumage de la LED à demi luminosité. Quand il détecte la fermeture du poussoir (au moyen du pont R6-R7), il compte le temps pendant lequel la ligne
GP1 reste au niveau logique bas ; si le 0 logique dure moins de deux secondes, le “timer” commence la temporisation la plus courte parmi celles définies par la position du cavalier.
A propos de ce dernier, sa condition est établie lorsque le circuit est éteint ; quand on met sous tension, la LED LD1 clignote deux fois lentement si le cavalier est fermé (délai de temporisation long, 2 ou 8 heures) ou bien rapidement si au contraire le cavalier JP1 est ouvert (délai court, 1 ou 4 heures).
Mais revenons à l’activation du “timer” : le relais colle (et l’appareil commandé est alimenté) quand on
presse le poussoir ; une première pression brève (moins de deux secondes) sélectionne la durée la plus courte, soit 1 ou 2 heures selon que JP1 est, respectivement, ouvert ou fermé ; comme signalisation la LED clignote rapidement (elle s’éteint quand le délai est écoulé, soit quand le relais se met en
position de repos, contact ouvert).
Une autre pression sur le poussoir pendant moins de deux secondes et on paramètre le délai de temporisation le plus long (4 heures si JP1 est ouvert, 8 heures s’il est fermé) ; la temporisation longue est signalée par un clignotement lent de la LED jusqu’à l’écoulement du délai ou un changement de programme avec P1. Une nouvelle pression sur P1 pendant moins de deux secondes et c’est à nouveau le délai court qui est paramétré, etc. En fait, toute pression de P1 pendant moins de deux secondes fait passer du délai court (1 ou 2 h) au délai long (4 ou 8 h) et vice-versa.
Mais que se passe-t-il si l’on presse et maintient P1 pressé pendant plus de deux secondes (mettons entre deux et trois secondes) ? Eh bien, si on le fait quand le “timer” est au repos (LED allumée fixe et relais au repos, ouvert), on paramètre la fonction Timer 24 h : le relais colle et ne revient au repos qu’au bout de vingt-quatre heures (oui oui, une journée complète) ; cette option est signalée par l’allumage fixe de la
LED à la luminosité maximale. Durant le fonctionnement en mode 24 h, une autre pression prolongée de P1 provoque l’ouverture du relais (position de repos) et l’annulation de la temporisation paramétrée. En revanche, si P1 est pressé pendant deux à trois secondes au cours des temporisations 1, 2 4 ou 8 heures, le “reset” de la temporisation est alors provoqué et la charge est tout de suite déconnectée (le relais s’ouvre
et se met au repos). Dans tous les cas, l’annulation du comptage du “timer” et le passage au repos du relais sont signalés par l’allumage de la LED en luminosité réduite, ce qui indique l’état de “stand-by” (attente d’un éventuel nouveau paramétrage).
Voilà pour ce qui regarde les fonctions et la commande du temporisateur. Voyons maintenant ce qu’il en est de l’alimentation du circuit : le schéma électrique montre que le circuit tout entier est alimenté par la tension alternative du secteur 230 V 50 Hz et que les contacts du relais lui-même ne sont pas libres mais déjà reliés au secteur afin d’alimenter la charge (la coupure s’effectue sur la phase L, le neutre N n’étant pas interrompu) ; bien sûr le ou les appareils à contrôler doivent fonctionner sur le secteur 230 VAC (ce qui exclut les appareils basse tension –à moins de commander le transformateur dont le secondaire donne cette basse tension, par exemple un transfo 230/12 pour halogène).
Puisque nous parlons de transformateur, vous voyez que nous en avons fait l’économie en optant pour une solution plus légère et moins encombrante : nous redressons directement l’alternatif avec le pont de Graetz formé par D2, D3, D4, D5, pont monté en série avec une impédance composée de R1, R2, R3 et C5 ; ce dernier sert à faire chuter la tension en excès et à assurer un fonctionnement correct de la diode zener ZD2. Bref, nous mettons à profit la réactance capacitive de C5 lequel, à la fréquence 50 Hz du réseau électrique, vaut :
Xc = 106 : (6,28 x 50 x 0,47) = 6.775 ohms
pour faire chuter la tension en excès .
A cette chute de tension concourt aussi R3 qui a pour rôle principal de limiter le courant traversant ZD2 si d’aventure le circuit était relié au secteur au moment où la tension sinusoïdale a la valeur maximale.
En effet, dans ce cas, le condensateur étant normalement déchargé, se laisse traverser par le pic de tension.
R1 et R2 servent à décharger C5 quand le circuit est débranché du secteur : on évite ainsi d’encourir le risque de prendre quelques secousses –désagréables pour le moins, mortelles pour le pire– si l’on touchait malencontreusement les pistes du circuit imprimé (sans se méfier puisqu’on voit que le cordon secteur est débranché) !
Du pont redresseur, soit entre les cathodes de D4 et D5 et les anodes de D2 et D3, sortent des impulsions sinusoïdales unidirectionnelles à une fréquence double de celle du secteur (100 Hz) ; ces impulsions sont écrêtées à 24 V par ZD2 et elles vont charger l’électrolytique C3, entre les armatures duquel on trouve la
tension alimentant la bobine du relais.
Une seconde zener, ZD1, avec le concours de deux résistances de ballast, limite à 5 V la tension à ses extrémités ; ce 5 V sert à alimenter le microcontrôleur et la LED.
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