RAPPORT
MINI-PROJET
ELECTRONIQUE
Réalisation d’une télécommande Infrarouge
Encadré par :
Elaboré par : 1 A Telecom 1
ENIT 2012-2013
REMERCIEMENTS
Ce travail a été effectué sous l’encadrement du
……………..nous
tenons de le remercier très sincèrement sincèrement pour son excellence supervision, à nos apprentissage, apprentissage, ainsi que sa Patience et son expérience qui nous avons été d’une aide inestimable dans la réalisation et L’accomplissement de ce travail.
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SOMMAIRE
Introduction ……………………………………………………………………………. Etude théorique du mini- projet………………………………………………… Présentation du l’émetteur……………………………………………………………… Principe ……………………………………………………………………….. Description…………………………………………………………………………. Description…………………………………………………………………………. Présentation du récepteur………………………………………………………… Principe ………………………………………………………………………………. Description des différents étages ……………………………………………………………. Etude théorique du mini- projet………………………………………………………………… Conception………………………………………………………………………………….. Schéma électrique ………………………………………………….. Schéma du l’émetteur………………………… Schéma du r écepteur……………………………………….. écepteur……………………………………….. Routage…………………………………………………. Routage du récepteur ……………………………………………………… récepteur ……………………………………………………… Routage d’émetteur …………………………………………………………………. d’émetteur …………………………………………………………………. Visualisation 3D ………………………………………………………………………… Conclusion…………………………………………………………………. Conclusion…………………………………………………………………. Bibliographie…………………………………………………………………………….
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LISTE DE FIGURES FIGURE1 : Etapes de l’émetteur……………………………………………… l’émetteur…………………………………………………………………………………… …………………………………… FIGURE 2: circuit d’alimentation de l’émetteur…………………………………………………………… FIGURE 3 : oscillateur astable a rapport cyclique 50%…………………………………………………… 50% …………………………………………………… FIGURE 4 : oscillateur monostable non redéclenchable…………………………………………………… redéclenchable…………………………………………………… FIGURE 5 : oscillateur monostable redéclenchable…………………………………………………… redéclenchable…………………………………………………… FIGURE 5 :NE555………………………………………………………………………………………………………… :NE555………………………………………………………………………………………………………… FIGURE 6 : oscillateur astable de rapport cyclique 50%…………………………………………………… 50%…………………………………………………… FIGURE 7 : montage de l’émission d infrarouge…………………………………………………… FIGURE 8 :montage du circuit anti -rebond…………………………………………………………………… -rebond…………………………………………………………………… FIGURE 9 : description du fonctionnement de la plaque réceptrice………………………… réceptrice………………………… FIGURE 10 : TSOP1736………………………………………………………………………………………………… TSOP1736………………………………………………………………………………………………… FIGURE 11 : 74LS132. …………………………………………………………………………………………………… FIGURE 12: principe de la trigger de schmidtt …………………………………………………… …………………………………………………… FIGURE 13: schéma explicatif du principe……………………………………………………………………… principe……………………………………………………………………… FIGURE 14 : Chronogramme de la transformation…………………………………………………… transformation…………………………………………………… FIGURE 15: le monostable redéclenchable……………………………………………………………………………… redéclenchable……………………………………………………………………………… FIGURE 16: monostable non redéclenchable -monostable redéclenchable………………………… redéclenchable………………………… FIGURE 17: montage de mémorisation …………………………………………………… FIGURE : partie 2 du schéma électrique du récepteur………………………… FIGURE : schéma électrique d’ émetteur………………………………………………………………………… FIGURE 20: routage de la partie 1…………………………………………………… 1…………………………………………………… FIGURE 21: routage de la partie 2……………………………………………………………………………… 2………………………………………………………………………………
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La première télécommande inventé est de type ultrasons dans le monde, l’idée été qu’une vingtaine d'ingénieurs ont voulu de
développer un moyen de changer à distance les
chaînes de télévision, sans avoir à se déplacer jusqu'au poste de télévision. Les télécommandes sont des dispositifs, généralement de taille réduite, servant à en manipuler un autre à distance, via un câble, par infrarouge ou ondes radio. Les télécommandes servent à interagir avec des jouets, des appareils audiovisuels comme une télévision ou une chaîne Hi-fi, un moteur de porte porte de garage ou de portail, un éclairage, etc Il existe plusieurs types de télécommande, celle à laquelle nous allons nous intéresser est la télécommande infrarouge qui est la plus habituel et la plus simple. Dans le cadre de mini projet , nous allons faire une étude complète sur le fonctionnement de ce type de télécommandes, ainsi que nous allons détaillé en plus la réception du signal IR.une cellule infrarouge est constituée de deux éléments : l’émetteur et le récepteur. récepteur. Ce rapport se décompose en 2 parties ; partie parti e théorique et pratique du mini projet.
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PRESENTATION D’EMETTEUR 1. Principe : Lorsque nous appuyons sur l’un des boutons poussoir de la télécommande, un code va être émis par la LED, ce code est une suite de 1 et de 0 ;pour cela la LED va s'allumer et s'éteindre en fonction du message à envoyer. L'ordre de grandeur du temps de transmission est de quelques milli secondes, ce qui nous parait pratiquement instantané de notre coté, vu que l'œil humain perçoit 25 images par seconde, donc pour que l'on puisse remarquer qu'un événement n'est pas instantané, il faut que celui-ci dure plus de 40ms. L'avantage d'avoir un message transmis rapidement est aussi que le risque que la télécommande ne soit plus orientée correctement vers le téléviseur entre le début et la fin de la transmission (un geste brusque au moment où l'on pousse sur le bouton) est très petit. La carte émettrice est composée essentiellement de trois étages :
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FIGURE1 : Etapes de l’émetteur
1.
Description
L’alimentation
Les circuits TTL nécessitent une tension d’alimentation (Vcc) de 5v. Or sur le marché les tensions d’alimentation les plus proches qu’on peut avoir sont celles des piles de 9v ou 4.5v. Donc on peut soit élever la tension de 4.5 en 5v en utilisant une pompe de charge soit amener la tension de 9v en 5v. Pour la raison de simplicité et facilité du montage, on a choisi la deuxième solution : le régulateur dont le montage est le suivant :
FIGURE 2: 2 : circuit d’alimentation de l’émetteur
La diode Zener :
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Une diode Zener est une diode conçue de façon à laisser également passer le courant inverse, mais ceci uniquement si la tension à ses bornes est plus élevée que le seuil de l'effet d'avalanche. Ce seuil en tension inverse (tension Zener) est de valeur déterminée
pouvant aller de 1,2 V à plusieurs centaines de volt. Certaines diodes Zener comportent Zener comportent une troisième broche qui permet de régler cet effet d'avalanche.
Le transistor :
Un transistor bipolaire est un dispositif électronique à base de semi-conducteur de la famille des transistors. Son principe de fonctionnement est basé sur deux jonctions PN, l'une en direct et l'autre en inverse.
Les trois étages : a. Première étage : Cet étage est composé de trois parties ; Un oscillateur astable pour générer un signal carré de fréquence 500 HZ et de rapport cyclique 50% : Pour faciliter le calcul on utilise le LE555 pour déterminerR1 : Pour une capacité C1=470nf et fréquence=500 HZ et un rapport cyclique=50 % on obtient R1=3070 Ohms.
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FIGURE 3 : oscillateur astable a rapport cyclique 50%
Oscillateur monostable monostable non redéclenchable génère un signal rectangulaire rectangulaire de fréquence500 Hz . Pour une capacité C1=100µf et fréquence=500 HZ on obtient R1=4545444 Ohms
FIGURE 4 : oscillateur monostable non redéclenchable
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Oscillateur monostable redeclénchable génère un signal rectangulaire de fréquence500 Hz. Pour une capacité C1=100µf et fréquence=500 HZ on obtient R1=4545444 Ohms
FIGURE 5 : oscillateur monostable redéclenchable
L'oscillateur astable et monostable est un oscillateur qui génère génère de manière régulière un signal alternatif, de forme rectangulaire ou carré. Dans notre cas on a utilisé le circuit intégré NE555 en mode monostable vu que en fait on on a utilisé trois NE555 reliés à des interrupteurs, alimenté avec une source de 5v. Ces circuits peuvent générer 3 signaux différent rapport cyclique différent mais tous à la même fréquence (500Hz). Ces signaux représentent les trois chaines ainsi à chaque chaque interrupteur d'entrée correspond un seul circuit intégré NE555.
Le NE555
Le NE555 (plus couramment nommé 555) est un circuit intégré utilisé pour la temporisation ou en mode multivibrateur. Il contient 23 transistors, 2 diodes et 16 résistances qui forment 4 éléments :
Deux amplificateurs opérationnels de type comparateur ; une porte logique de type inverseur une bascule SET-RESET. 10
FIGURE 5 :NE555 Le NE555 peut fonctionner selon trois modes : monostable, astable ou bistable :
L’oscillateur astable génère de manière régulière un signal alternatif de forme rectangulaire ou carrée. Le rapport cyclique et la période est réglable, cet oscillateur n’a pas d’état stable, il se met à basculer d’un état à l’autre au rythme du temps dés le moment ou celle-ci est alimentée. L’oscillateur monostable possède un état stable (l’autre état est instable), comme son nom le laisse entendre, ne produit qu’une impulsion, le déclenchement de l’état instable du monostable se fait à partir d’un signal de commande .Il existe deux types monostables :
Monostable redéclenchable : C’est une structure qui peut êt re re redéclenché à n’importe quel moment. Monostable non redéclenchable : C’est une structure qui doit être revenue à son état stable pour pouvoir être redéclenché.
b. Deuxième étage : Les trois circuits sont liés au circuit collecteur fonctionne à une fréquence de 36 kHz kHz qui représente la fréquence porteuse qui va transporter le signal au récepteur ou il va être interprété. Ce circuit est essentiellement composé d’un astable as table à 50% appelée collecteur.
Figure 6 : oscillateur astable de rapport cyclique 50% 11
C.Troisième étage : Dans cet étage on utilise une diode a émission infrarouge (c’est (c’est un des LED qui éclair dans une gamme d’onde non visible (infrarouge 950 nm)) nm)) précédé par un montage amplificateur formé essentiellement par le transistor 2N2222.
FIGURE 7 : montage de l’émission d infrarouge
Ce montage est formé de deux résistances, un transistor, un diode LED à émission infrarouge.
Diode LED :
On a β=100
Une diode électroluminescente électroluminescente (DEL), Diode , LED), est anglais : Light-Emitting Diode, composant optoélectronique capable de la lumière lorsqu’il est parcouru par courant électrique.
VBE + IB RB=0 RC = (VCC-VCesat -V -VD)/ICesat Rb = VCC-Vbesat -V -VD Ibesat
(en un d’émettre un
Une diode électroluminescente ne laisse passer le courant électrique que dans un seul sens (le sens passant, comme une diode classique, l'inverse étant le sens bloquant) et produit un rayonnement monochromatique ou poly chromatique non cohérent à partir de de la conversion d’énergie électrique lorsqu'un courant la traverse. traverse. 12
CIRCUIT ANTI-REBOND
Dans le montage présenté à la figure, il s'agit de délivrer une impulsion de tension sans que se manifeste un phénomène de rebond à la fermeture du contact. A la fermeture de l'interrupteur, il y a rebondissement des contacts, mais le condensateur C limite les variations de potentiel au point Vc et l'hystérésis du trigger permet de conserver le niveau logique H en sortie
FIGURE 8 : montage du circuit anti -rebond
PRESENTATION DU RECEPTEUR 1. Principe : Le circuit de réception reste en attente aussi longtemps longtemps qu’il reçoit de l’émetteur le signal émis. Le signal émis possède les caractéristiques qu’il est synchronisé sur 500 Hz, Le récepteur possède une électronique qui va capter cette fréquence par un capteur infrarouge (TSOP1736) puis la démoduler. Les différentes étapes de fonctionnement de la carte réceptrice est résumé dans la figure cidessous.
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FIGURE 9 : description du fonctionnement de la plaque réceptrice
2. Description des différents étages : Chaque étage de la carte est généré par un composant ou un ensemble de composant électronique :
i.
Le capteur TSOP1736 :
C’est détecteur permet la réception, l'amplification, la démodulation et la mise en forme des signaux infrarouges issus de télécommande infrarouge, pour la réalisation de récepteur de télécommande infrarouge. Ce type de capteur possède une excellente sensibilité, une grande fiabilité et immunité aux perturbations. Son rôle est de capter la fréquence 500 Hz et de décoder ce signal.
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FIGURE 10 : TSOP1736 Fréquence de détection: 36KHz +/- 3KHz Alimentation : 5V Consommation en courant: 5mA Distance de détection max 10 m en ligne droite Angle d'ouverture: 70° horizontal, 40° vertical
ii.
Filtre passe bande :
Le signal de sortie du capteur est un signal carré donc nécessaire d’introduire un filtre filtre passe bande qui a pour rôle de transformer ce signal carré à un signal sinusoïdal de même 36KHz n’est que la fréquence de l’onde porteuse, sert à la fréquence 500Hz ; La fréquence 36KHz transmission du signal. en effet le filtre actif est équivalent à un filtrage filtrage avec une
amplification.
A l’aide du logiciel FilterPro Desktop :
Le filtre actif utilisé dans la carte réceptrice admet la structure dite de Sallen et Kay ; c’est un filtre actif du second ordre, les impédances sont des résistances ou des condensateurs. L’amplification est supposé idéal négative, l’amplificateur fonctionne en régime linéaire et V+ = V– V–.
Différence entre les amplificateurs opérationnels TL082 & TL 072 : Les amplificateurs opérationnels JFET-entrée dans la série TL07x sont conçus comme une version à faible bruit des amplificateurs de la série TL08x ayant un faible 15
polarisation d'entrée et les courants de compensation et de la vitesse de balayage rapide.
Ce filtre a comme fonction de transfert :
iii.
()
Convertisseur Sinus-carré :
Dans cette étape on va transformer un signal sinusoïdal filtré de fréquence adéquate en un signal carré en utilisant une porte NAND A TRIGGER DE SCHMITT universel, On utilise le
74LS132.
FIGURE 11 : 74LS132.
LE TRIGGER DE SCHMITT :
C'est une bascule à trois entrées et une sortie. Contrairement aux autres bascules, qui sont commandées en appliquant des signaux logiques à leurs entrées, la bascule de Schmitt est conçue pour être pilotée par une tension analogique, c'est-à-dire qui peut prendre n'importe quelle valeur (dans l'intervalle 0 - Vcc afin de ne pas dégrader le circuit). 16
FIGURE 12: principe de la trigger de schmidtt
TRANSFORMATION D'UNE SINUSOÏDE SINUSOÏDE EN UN SIGNAL RECTANGULAIRE :
FIGURE 13: schéma explicatif du principe
A l'entrée est appliqué un signal sinusoïdal de fréquence 500Hz, à la sortie on obtient un signal rectangulaire de même fréquence. Les deus résistance R1 & R2 constituent un pont diviseur de tension et le condensateur C sert à découpler le signal d’entrée par rapport à l’entrée du trigger de schmidtt.
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FIGURE 14 : Chronogramme Chronogramme de la transformation transformation
iv.
Le Retard :
Pour effectuer le retard pour transformer un signal carré en signal continu . On utilise le monostable redéclenchable 4538.
Les monostables ont un seul état stable. Dès que leur entrée est "perturbée" (par un front montant ou descendant selon les cas) la sortie des monostables passe alors à l'état non stable. Comme cet état n'est pas stable, la sortie revient, au bout d'un certain temps t (que l'on peut choisir par des composants externes), à l'état stable. Les monostables peuvent donc servir de temporisateur. Le temps t pendant lequel le monostable reste à l'état non stable se calcule tout simplement avec la formule : T = R.C
Où t est en seconde pour R en ohms et C en farads.
FIGURE 15: le monostable redéclenchable
Différence entre monostable redéclenchable et monostable non redéclenchable.
FIGURE 16: monostable non redéclenchable
monostable redéclenchable 18
v.
Suiveur commandé :
C’est un bloc dont la fonction est de s’assurer que le récepteur a bien reçu le signal correspondant. Il se compose d’un transistor 2N2222A qui fait la commande et deux portes NAND de trigger de schmitt.
vi.
LE NE555 :
Le circuit NE555 permet de diviser la période en 8 parties pour pouvoir compter le nombre de divisions du niveau haut par l’intermédiaire du circuit 74160 (compteur modulo 8) qui donne ce nombre à un démultiplexeur 3 vers 8 pour activer la sortie convenable.
vii.
Démultiplexeur Démultiplexeur :
On utilise pour cela le 74LS138, ce composant nous composant nous permet d’avoir jusqu’à 8 choix, dans notre cas on a utilisé uniquement 3 :Y2 pour un rapport cyclique égale à 25%, Y4 pour 50% et Y6 pour 75%.
viii.
Mémorisation :
La mémorisation mémorisation est réalisé par trois bascules D 74LS76 alimentées de diodes LED ce circuit permet la mémorisation de l’activation de la chaîne après avoir été délivré par le démultiplexeur.
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FIGURE 17 : montage de mémorisation
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1 -CONCEPTION la réalisation des cartes émettrice et réceptrice sur les logiciels de conception ISIS et ARES.
Proteus est une suite logicielle destinée à l'électronique. Développé par la société Labcenter Electronics, les logiciels incluent dans Proteus permettent la CAO dans le domaine électronique. Deux logiciels principaux composent cette suite logicielle: ISIS, ARES, PROSPICE et VSM.
ISIS Le logiciel ISIS de Proteus est principalement connu pour éditer des schémas électriques. Par ailleurs, le logiciel permet également de simuler ces schémas ce qui permet de déceler certaines erreurs dès l'étape de conception. Indirectement, les circuits électriques conçus grâce à ce logiciel peuvent être utilisé dans des documentations car le logiciel permet de contrôler la majorité de l'aspect graphique des circuits
ARES Le logiciel ARES est un outil d'édition et de routage qui complètement parfaitement ISIS. Un schéma électrique réalisé sur ISIS peut alors être importé facilement sur ARES pour réaliser le PCB de la carte électronique. Bien que l'édition d'un circuit imprimé soit plus efficiente lorsqu'elle est réalisée manuellement, ce logiciel permet de placer automatiquement les composants et de réaliser le routage automatiquement.
2. schéma électrique : A l’aide de logiciel de conception ISIS on a réalisé le schéma électrique de l’émetteur et de récepteur.
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