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Electronique > Réalisations > Télécommandes > Télécommande 008

Dernière mise à jour : 15/03/2015

Présentation

Cette télécommande permet de piloter un équipement à distance via une liaison par fibre optique, et sera particulièrement adaptée pour une longue distance ou pour traverser un milieu dangereux ou très perturbateur (électriquement ou électromagnétiquement parlant). Présentée dans sa version de base, elle est très simple à réaliser mais ne possède aucun système de codage. En d'autres termes, les données fournies à l'émetteur sont restituées tel quel par le récepteur, sans aucune vérification d'aucune sorte. Ce qui bien souvent ne pose pas de problème vu que la liaison entre émetteur et récepteur est de type point à point. Le montage fait appel à un émetteur infrarouge et à un récepteur infrarouge.

Schéma

Emetteur en haut, récepteur en bas.

telecommande_008

La zone "Danger" n'implique pas que ce montage est inutile là où le risque n'existe pas.

Fonctionnement général
L'émetteur reçoit les données à transmettre sous forme électrique et les transforme en variations lumineuses. Le récepteur reçoit les variations lumineuses et les transforme en données électriques. Les variations lumineuses sont transmises par une fibre optique de la sortie de l'émetteur jusqu'à l'entrée du récepteur. La réalisation de la partie optique peut être artisanale, avec une LED traditionnelle côté émetteur et un phototransistor côté récepteur, avec un montage mécanique propre à assurer un couplage optique suffisant. Deux modes d'utilisation sont possibles :
Pour plus de facilité côté mécanique, on peut utiliser des modules optiques prêt à l'emploi qui possèdent un système d'assemblage de fibre adaptée à une mécanique standard. Plus simple et plus sûr, mais d'un coût un peu plus élevé.

Emetteur
On aurait pu se contenter d'une commande directe de la LED d'émission qui est ici de type infrarouge (IR), mais cela aurait impliqué une commande par un circuit "costaud" (tout du moins capable de délivrer quelques dizaines de mA). Sachant que l'ajout d'un petit transistor n'est pas si pénible comparé à la mise en place des fondations d'une maison, j'ai opté pour cette solution (opté comme optique et solution comme soleil, c'est poétique, vous ne trouvez pas ?). Un transistor donc, pour l'amplification du courant et pour l'attaque par un circuit compatible CMOS ou TTL. Voire pas compatible du tout puisque tout signal de commande d'amplitude comprise entre 1 V et 10 V convient. Le courant de base du transistor Q1 est limité par la résistance R1, selon la formule suivante :
Ib = (Ucde - Vbe) / R1
Avec une commande par des signaux d'amplitude 5 V, un transistor silicium et une résistance de 2,2 kO, cela donne un courant de base de :
Ib = (5 - 0,6) / 2200 = 2 mA
N'importe quel transistor basse puissance possédant au moins un gain de 100 convient, le 2N2222 n'est qu'un exemple parmi des centaines d'autres. Si le courant désiré dans la LED IR doit être supérieur à 200 mA, le gain devra être plus élevé. Attention au choix du transistor dans le cas où vous prévoyez un courant de LED intense, le modèle suggéré ici supporte sans problème 500 mA (max absolu 800 mA). La résistance R4 et le condensateur C1 forment une cellule de découplage d'alimentation qui permet de disposer d'un petit réservoir d'énergie, surtout utile dans le cas où le courant qui circule dans la LED est assez élevé et que les signaux transmis sont "rapides" (cette cellule n'est pas obligatoire mais très vivement recommandée). Notez que grâce à la présence de cette cellule RC, le courant dans la LED IR est limité par deux résistances et non par une seule, et que le courant qui la parcourt n'a pas la même valeur après une pose (aucune donnée envoyée) et en régime établi :
En temps normal, il convient de calculer les valeurs de C1, R3 et R4 en fonction du courant max que l'on veut faire passer dans la LED et de la fréquence des signaux à transmettre. Là, vous m'excuserez, mais mon esprit est aussi encombré que mes bronches et il n'y a plus de place pour de nouvelles formules. Je vous laisse donc un peu à vos malheurs. Si vraiment vous ne savez que faire de cette information, contentez-vous de faire vos calculs avec R3 et R4 combinées, en vous disant qu'une petite surintensité dans la LED ne peut pas lui faire tant de mal que ça si elle reste brève. Attention, je ne dis pas que vous pouvez donner à R3 une valeur cent fois plus faible que celle de R4. Il faut rester logique, de temps en temps.

Récepteur
Le schéma est un peu plus rempli que celui de l'émetteur, je le dis au cas où ce détail vous aurait échapé. L'idée est d'amplifier de façon énergique les variations de tension qui surviennent aux bornes d'un récepteur optique de type photodiode. Cette dernière, sur réception d'un flux lumineux suffisant (en concordance avec sa sensibilité) occasionne le passage d'un courant plus important qui fait que la tension à ses bornes chute. Eh oui, la résistance R5, branchée en série avec elle, va prélever une tension d'autant plus grande que ce courant est élevée. En conclusion, plus l'élement photosensible reçoit de la lumière et plus la tension à ses bornes est faible. Le condensateur de liaison C2 permet de transmettre les variations de tension (liées aux variations de flux lumineux) à l'étage amplificateur à grand gain qui fait suite et qui est basé sur l'emploi d'un AOP (amplificateur opérationnel linéaire, du doux nom d'ALI dont la droite est légendaire). Pourquoi donner à cet amplificateur un gain très élevé ? Parce que les variations de tension relevées aux bornes de la photodiode D2 peuvent être de faible amplitude et que pour des signaux logiques (ce qu'on est censé transmettre), il y a comme qui dirait une légère incompatibilité. On relève en sortie de l'AOP un signal quasi-rectangulaire qui correspond quasiment au signal appliqué à l'émetteur, si peu qu'on ait quasiment alimenté l'ensemble. Ce signal (en sortie de l'AOP) possède une amplitude un peu inférieure à 12 V à cause des tensions de déchet du circuit intégré, 12 V étant la valeur de la tension d'alimentation du récepteur. Comme cette amplitude est un poil trop élevée pour du "compatible TTL", quelques composants sont ajoutés. Le transistor Q2 et la diode zener D4 de 4,7 V (ou 5,1 V) permettent de brider l'amplitude du signal de sortie à une valeur de 4,7 V (ou 5,1 V), et R10 limite le courant de base de Q2 à une valeur raisonnable. La diode zener D3 de 6,8 V vous chagrine ? Ca tombe bien, elle est là pour ça. Elle empêche la conduction de Q2 quand la sortie de l'AOP présente une tension de déchet élevée par rapport au zéro volt attendu. Bien sûr une zener de valeur inférieure aurait aussi bien convenue. Là au moins, la sortie de l'AOP doit vraiment basculer vers le haut pour faire conduire le transistor. R12 et C3 constituent une nouvelle cellule de découplage d'alimentation, elle aussi n'est pas totalement indispensable, mais comme y en prend vite goût...

Inverseur ou non inverseur ?
Vous venez de réaliser que les signaux délivrés en sortie du récepteur soit en opposition de polarité par rapport aux signaux émis à l'entrée de l'émetteur et votre oeil brille de déception. Ne vous inquiétez pas, il suffit de peu pour remettre les pendules à l'heure, voyez donc.

telecommande_008b

Voilà, inversion des deux broches entrée inverseuse [-] et entrée non inverseuse [+] de l'AOP, et ajout du petit condensateur C4 sans lequel le montage ne fonctionnerait pas. Quel dommage d'en arriver là. Bien sûr, il aurait aussi été possible d'ajouter un inverseur logique en sortie de l'émetteur, histoire de compliquer ce qui n'a pas besoin de l'être.

Usage en mode "tout ou rien" ?
Vous n'avez pas envie de transmettre des données mais uniquement un ordre marche/arrêt ? Dans ce cas il faut supprimer le condensateur de liaison C2 et ajouter un potentiomètre ajustable pour fixer le seuil de basculement, comme le montre le schéma modifié suivant :

telecommande_008c

Avec ce schéma, vous disposez d'un signal de sortie actif (+5 V) quand la LED de l'émetteur est activée.

Partie mécanique / optique
C'est bien sûr la partie la plus amusante puisque vous maîtrisez tout le reste sur le bout des doigts. Pour limiter le risque de vous influencer, je ne détaillerai pas davantage. 
Finalement c'est simple, soit vous vous contentez d'un couple émetteur IR / récepteur IR qui va bien ensemble (plage de longueur d'onde du récepteur en accord avec longueur d'onde de l'émetteur), soit vous ne vous vous en contentez pas et de toute façon ce montage ne vous intéresse pas.
J'ai bien conscience que ce paragraphe peut être propre à vous décevoir, ne serait-ce que pour le manque de détails pratiques. Il faut dire qu'au début, je souhaitais rédiger cet article uniquement pour la partie électronique, et c'est finalement ce que j'ai fait.

Essais
Vous voilà avec votre émetteur et votre récepteur entre les mains, et quelque chose ne tourne pas rond. Pour trouver l'origine d'un éventuel problème, il faut déjà savoir si ça coince du côté de l'émetteur ou du récepteur.

Pour ma part, j'ai essayé avec un phototransistor BPX25 éclairée par une LED IR de type OP232.

telecommande_008_proto_001a photos2/electronique_telecommande_008_proto_001b.jpgtelecommande_008_proto_001b

Au repos, tension de presque 12 V sur le photorécepteur, et en action, tension de 100 mV. Avec de telles valeurs, vous pourriez penser qu'une amplification est tout bonnement inutile. Mais ces mesures sont faites avec une source lumineuse collée au récepteur, le bilan de liaison peut donc être considéré comme particulièrement bon... J'ai également effectué des tests avec la télécommande de mon lecteur de DVD, la LED (connectée directement en sortie de l'AOP pour ce mini-prototype) clignotait au rythme des infos reçues jusqu'à une distance voisine de 60 cm.

Circuit imprimé

Non réalisé.

Historique

15/03/2015
- Correction erreur sur schémas : la photodiode était montée à l'envers, c'est-à-dire câblée dans le sens direct et non en inverse. Merci à Alain de m'avoir signalé cette erreur.
27/04/2014
- Ajout schéma pour usage en mode "tout ou rien" (signaux lumineux émis non alternatifs).
- Correction schéma récepteur 008 : l'alimentation était marquée +5 V alors qu'elle est bien de +12 V, comme indiqué dans le texte.
- Sur le récepteur, déplacement de la cellule de découplage R12/C3, qui se trouvait auparavant sur l'entrée d'alimentation générale et qui se trouve désormais entre le transistor de sortie et l'AOP.
- Infos complémentaires concernant les tests de bon fonctionnement.
26/05/2013
- Première mise à disposition.