Voici un récepteur monocanal sur 433 MHz, muni d’un relais de sortie, utilisable avec les télécommandes standards de type MM53200. L’étage de réception est très innovant car il est constitué d’un simple circuit intégré de 14 broches. Extrêmement précis et sensible, il représente une alternative aux modules hybrides CMS les plus connus. Le récepteur fonctionne en mode monostable ou bistable.
Toutes les radiocommandes proposées jusqu’à présent étaient pourvues de récepteurs dotés de modules hybrides qui contenaient le système de radiofréquence complet, depuis l’amplificateur jusqu’au démodulateur AM en passant par le contrôleur de signal numérique.
Le choix était dicté par la grande variété des produits CMS (Aurel en tête) qui eux seuls pouvaient résoudre la problématique de la dimension des étages de réception UHF, tout en simplifiant les circuits et en garantissant un fonctionnement stable et précis.
Cette solution n’était pas uniquement due à l’orientation technique générale de nombreux constructeurs de systèmes de commande à distance, d’antivols et autres. Elle provenait surtout de l’impossibilité de réaliser des récepteurs radio avec un simple circuit intégré, mais aussi de la nécessité d’utiliser à la place des hybrides, des circuits complexes et particulièrement encombrants, au point de rendre la réalisation de certains projets impossibles pour une production en série.
Aujourd’hui, les choses ont un peu changé et l’arrivée sur le marché d’un nouveau composant permet d’envisager de nouvelles solutions. C’est pourquoi, dans cet article, nous allons vous parler d’un récepteur de type standard à 433,92 MHz, qui peut être couplé à tous les transmetteurs codés sur la base du MM53200 ou UM86409.
Voici donc un montage tout à fait nouveau dans lequel le module hybride disparaît au profit d’un récepteur monolithique de conception récente. Le récepteur radio 433,92 MHz est entièrement intégré à l’intérieur d’un circuit 14 broches que l’on pourra insérer sur un simple support dip. Ce récepteur peut être directement relié à n’importe quelle antenne pour ce qui concerne l’entrée, et offre en sortie un niveau logique TTL standard. Il s’agit d’une grande nouveauté car les circuits intégrés HF capables de travailler à des fréquences supérieures à 250 MHz ne sont pas courants. A titre d’exemple, on citera le très ancien S042P de Siemens qui est un des amplificateurs AF, mélangeur, oscillateur local parmi les plus utilisés pour construire des récepteurs FM et FM stéréo, mais qui est toutefois limité à 200 MHz.
Cependant, la technologie de fabrication des composants à base de silicium a fait d’énormes progrès, ce qui nous permet aujourd’hui de disposer non seulement de semi-conducteurs de qualité correcte mais aussi de circuits intégrés UHF.
Nous avons donc saisi l’opportunité en développant le récepteur que vous allez découvrir dans cet article.
Un récepteur de télécommande moderne
Il s’agit donc d’un récepteur pour radiocommande équipé, comme d’habitude, d’une sortie à relais fonctionnant en mode monostable ou impulsion, ce qui le rend universel et adapté à tous types d’utilisations.
Sur notre circuit, nous avons, en revanche, remplacé le RF290A/433 ou le BC-NBK par un seul circuit intégré, le Micrel MICRF001BN dont le brochage est donné en figure 1.
Mais, allons voir le schéma électrique et analysons-le ensemble en faisant un tour d’horizon général.
Figure 1 : Brochage du récepteur HF monolithique de Micrel.Le MICRF001BN
Produit par la société Micrel, le MICRF001BN est un récepteur radio superhétérodyne à simple changement de fréquence avec démodulateur AM. Il est tout à fait adapté pour des radiocommandes ainsi que pour les systèmes d’échange de données via radio.
Il n’est, en revanche, pas conçu pour traiter des signaux analogiques, bien que l’on puisse probablement y arriver dans le futur.
Le signal HF capté par l’antenne entre directement dans la broche 4, puis passe par l’amplificateur d’entrée (RF AMP) qui en augmente l’amplitude. Il va ensuite entrer dans le mélangeur où il sera mixé avec une fréquence légèrement supérieure (433 MHz + 2,25 MHz). Il en résulte une troisième fréquence dite "Moyenne Fréquence" (2,25 MHz), qui sort du mélangeur pour être filtrée avant d’être envoyée vers le démodulateur. Avec ce principe de changement de fréquence, vous l’avez compris, la modulation d’amplitude (AM) de la moyenne fréquence (MF) est identique à celle contenue dans le signal du transmetteur.
La valeur de la moyenne fréquence de notre intégré est assez atypique puisqu’elle est de 2,25 MHz. Le changement de fréquence permet d’éviter le risque d’auto-oscillation causé par la réinjection sur l’antenne des signaux HF fortement amplifiés. Bien utile dans notre cas, car notre circuit ne possède pas, en entrée, d’étage d’accord.
Seul l’oscillateur local est accordé, puisqu’il travaille sous le contrôle extrêmement précis d’un synthétiseur de fréquence programmable de l’extérieur grâce à un quartz ou un résonateur céramique situé entre la broche 13 et la masse. C’est la valeur de ce quartz qui détermine le type d’émetteur à utiliser (voir tableau 1).
Tableau 1 : Rapport entre la fréquence de référence et la fréquence de travail.Pour être exact, il faut préciser que si l’on veut utiliser ce récepteur avec les TX de 433,92 MHz, il faut que le quartz soit de 3,36 MHz et c’est bien sûr celui que nous avons monté sur notre circuit.
Si nous reprenons le parcours du signal, nous voyons qu’après être passée par l’oscillateur local, la MF de 2,25 MHz rentre dans un second amplificateur qui augmente son amplitude, puis il traverse un filtre passe-bande (1 MHz de bande passante). Pour finir, il rejoint le dernier amplificateur et, enfin, le démodulateur AM duquel est extrait le code numérique ou tout autre signal de basse fréquence envoyé par un transmetteur travaillant à 433,92 MHz.
Un second filtre, cette fois de type passe-bas, nettoie le résultat en supprimant les pics et les résidus HF. La fréquence de coupure de ce filtre, dans notre cas 2,4 kHz, se programme à l’aide des broches SEL0 et SEL1 (voir le tableau 2).
Enfin la BF, une fois démodulée et filtrée, entre dans un comparateur de tension qui permet de la contrôler et d’obtenir, sur la sortie numérique D0 (broche 8), des impulsions dont les fronts de montée et de descente sont bien raides.
Avant de passer à l’étude du schéma, arrêtons-nous sur les derniers détails inhérents au circuit de Micrel : Q1 est un résonateur céramique de 3,36 MHz qui cadence l’horloge principale du synthétiseur de fréquence, C6 sert à régler le seuil du comparateur et C7 le temps de réaction de la CAG interne (commande automatique de gain).
Les broches 2 et 3 sont la masse de la partie radio, 9 et 10 la masse de la logique. Les broches 1 (SEL0) et 12 (SEL1), dont nous avons déjà parlé, servent à sélectionner la fréquence de coupure des filtres numériques internes.
Tableau 2 : Fréquence de coupure du filtre passe-bas programmable en fonction du câblage des broches 1 et 12.Le circuit intégré Micrel est pourvu de deux entrées spéciales appelées SEL0 et SEL1 (respectivement broches 1 et 12) qui permettent de déterminer la fréquence de coupure du filtre passe-bas situé sur la sortie du démodulateur. Au zéro logique, les deux entrées imposent 600 Hz, avec la première au niveau haut on atteint 1 200 Hz, 2 400 Hz avec 0 et 1. Enfin, avec les deux entrées au niveau haut, la valeur est de 4,8 kHz. Dans notre application, nous nous contentons de 2,4 kHz puisque nous travaillons avec des transmetteurs relativement "lents".
Etude du schéma
Figure 2 : Schéma électrique du récepteur monolithique MICRF001BN de Micrel.Si l’on applique ces concepts au schéma électrique de la figure 2, nous pouvons donc comprendre comment fonctionne la radiocommande.
Quand un transmetteur travaillant sur 433,92 MHz est activé, l’onde émise atteint l’antenne ANT, puis se dirige sur l’entrée de U2. Ce dernier l’accorde et la démodule en restituant le signal numérique entre la broche 8 et la masse.
Dans notre cas, il s’agit d’un code émis par un MM53200, UM3750 ou UM86409, raison pour laquelle nous avons un composant analogue dans notre circuit pour le décodage. Ici c’est U3 (UM86409) qui a ce rôle.
Pour information, rappelez-vous qu’avec ces circuits, c’est la broche 15 qui détermine le mode de fonctionnement : broche 15 au zéro logique, c’est le mode décodeur alors qu’au 1 logique, c’est le mode codeur.
U3 reçoit donc les impulsions sur son entrée (broche 16) en provenance directe de OUT D0 du circuit intégré Micrel. Si les 10 dip-switchs du DS1 ainsi que les 2 de DS2 sont programmés de façon analogue à ceux du transmetteur, U3 active la broche 17 en la mettant au niveau bas après chaque réception identifiée.
Le transistor T1 inverse le signal reçu de la broche 17 pour l’envoyer soit à la bascule U4 soit à la base de T2. Ce choix se fait en fonction de la position des dip-switchs de DS3. Ce dernier permet de sélectionner le mode de commande de la sortie en choisissant entre monostable (par impulsion) et bistable (par niveau).
Bien évidemment les deux commutateurs ne doivent pas être fermés en même temps ! Si l’on se réfère au schéma électrique, celui du dessus permet d’envoyer les impulsions du collecteur de T1 directement sur la base de T2. Ainsi, chaque créneau généré par U3 entraînera la fermeture du relais (RL1) via T1 et T2 : c’est le mode impulsion.
En revanche, si l’on ferme le commutateur du bas, à chaque impulsion de U3, T1 générera le signal d’horloge de U4. Ce circuit intégré est une double bascule D dont une seule bascule est utilisée. Chaque front montant sur l’entrée horloge (clock), broche 11, fait changer l’état de sa sortie Q pin 13.
Ainsi, à chaque nouveau front, alternativement le relais sera excité ou au repos : c’est le mode bistable.
Pour résumer, on peut dire que dans le premier cas de figure le relais "suit" l’interrupteur du transmetteur radio dans le sens où il s’active et reste excité tant que l’on ne relâche pas le bouton.
Dans le second cas de figure, c’est-àdire en position bistable, on active ou on désactive le relais RL1 à chaque pression sur le bouton.
L’ensemble du circuit fonctionne sous une tension continue comprise entre 12 et 25 volts appliquée sur les points +V et la masse. Si on ne dispose que de 12 à 16 volts, il faut fermer le pont S1 pour court-circuiter la résistance R1. Celle-ci doit par contre être connectée (S1 ouvert) si on veut faire fonctionner la carte avec une tension de 16 à 25 Volts. Dans ce dernier cas, R1 assure la chute de tension nécessaire afin d’éviter la détérioration de la bobine du relais par le surcroît de tension qu’il faudrait absorber à chaque "fermeture" de T2, (bobine 12 Vcc).
Le régulateur intégré U1 permet, quant à lui, de stabiliser la tension d’alimentation à 5 V pour la logique et le MICRF001BN.
Le circuit intégré monolithique UHF de Micrel
Schéma synoptique du récepteur monolithique de MicrelAlors qu’ils semblaient délaissés au profit des hybrides, les intégrés monolithiques pour hautes fréquences radio sont à nouveau d’actualité. C’est le cas, en particulier, avec l’arrivée de la série MICRF0xx de Micrel. Cette société spécialisée dans ce créneau de produit, a démontré que les récepteurs superhétérodynes monoblocs peuvent avoir d’autres applications que la simple réception de la FM ou de la bande radioamateur (VHF, 144-146 MHz) en atteignant le seuil des 433,92 MHz de la radiocommande, domaine incontesté jusqu’à aujourd’hui des modules CMS de Aurel.
Le dispositif publié dans cet article en est un bon exemple, puisqu’il s’agit d’un très bon récepteur pour commande à distance qui peut être couplé à la grande majorité des minitransmetteurs commerciaux basés sur la règle d’encodage UM86409.
Le composant Micrel est de type front-end avec amplificateur d’antenne, oscillateur local à quar tz, mixer AF, double ampli de moyenne fréquence, réglé à 2,25 MHz avec filtre intermédiaire de 1 MHz de largeur de bande, démodulateur AM, second filtre, passe-bas cette fois, et comparateur de sortie pour contrôler les signaux numériques.
En fait, il ne se contente pas seulement d’être le bloc fondamental d’un récepteur superhétérodyne, puisqu’il assure également l’extraction du signal modulé et son premier "nettoyage".
Il constitue donc l’équivalent des hybrides les plus connus comme les RF290A/433 et BC-NBK, par rapport auxquels il présente deux avantages importants : d’une part, il est plus petit, puisqu’il ressemble à un circuit intégré 2 fois 7 broches et, d’autre part, il est à quartz.
En outre, il travaille en superhétérodyne et non en super-réaction, ce qui explique sa stabilité et sa précision. Il pourrait être comparé au STD433L de Aurel, avec l’avantage du boîtier dip en plastique mais avec un coût nettement inférieur à un RF290A/ 433.
Caractéristiques techniques
• Fréquence de travail : 433,92 MHz.
• Section réceptrice HF de type superhétérodyne avec une sensibilité de –95 dBm (environ 2 μV).
• Emission parasite de l’oscillateur local inférieure à –30 μV.
• Système d’encodage standard MM53200 avec 4096 combinaisons différentes.
• Sortie monocanal à relais.
• Fonctionnement monostable sur impulsion, ou bistable sur niveau.
• Alimentation en courant continu de 12 à 25 volts.
• Couplé à une télécommande standard de type TX3750/1C/SAW la portée du système est d’environ 100 mètres en zone dégagée.
Réalisation pratique
Comme d’habitude la première chose à faire est de réaliser le circuit imprimé. C’est très simple puisqu’il suffit de photocopier le circuit côté piste donné en figure 4 de manière à réaliser le film nécessaire à la photogravure.
Après avoir coupé et percé la carte, vous pouvez effectuer le montage des composants en vous aidant du plan d’implantation des composants de la figure 3. Commencez par les résistances, puis les diodes pour lesquelles il faut bien respecter la polarité et se rappeler que l’anneau coloré correspond à la cathode.
On passe ensuite aux supports des trois circuits intégrés, que nous vous recommandons d’insérer en tenant compte des détrompeurs.
Installez les mini-interrupteurs (dip-switchs) en veillant à ce que le “1” de DS1 soit en correspondance avec la broche 1 du décodeur U3, et le "1" de DS2 avec la broche 11 de ce même U3. La photo vous aidera dans cette opération.
Quant à DS3, l’interrupteur 1 doit être relié à la broche 13 du CD4013 (U4). S1 étant un simple interrupteur, aucun détail particulier n’est à préciser.
Continuez le montage en soudant les autres pièces, en prêtant une attention toute particulière à l’orientation des deux transistors T1 et T2 et au régulateur (U1) 7805 dont la face métallique est tournée vers R3.
Pour les connexions, prévoyez des borniers au pas de 5 mm. Ils doivent être montés de manière à ce que l’entrée des fils se trouve au bord du circuit imprimé. Veillez au marquage des borniers pour la connexion de l’alimentation et du contact NO/NF du relais.
Ceci fait, il ne vous reste plus qu’à mettre les bons circuits intégrés dans les bons supports en veillant à faire coïncider les détrompeurs et leurs références (U2 et U4).
Enfin, pour réaliser l’antenne du module, soudez un morceau de fil de cuivre, rigide de préférence, sur l’emplacement marqué ANT.
Votre montage vérifié, il est prêt à fonctionner sans aucun étalonnage préliminaire.
La seule chose à faire c’est de régler les dip-switchs de DS1 (bits 1 à 10) et DS2 (bits 11 et 12) de manière analogue à ceux du transmetteur portable dont vous disposez.
A ce propos, nous vous recommandons d’utiliser le modèle TX/3750/1C/SAW qui travaille à 433,92 MHz et qui permet d’être accouplé au récepteur en autorisant une portée d’environ 100 mètres en zone dégagée.
Il est très important de bien positionner les dip-switchs de l’émetteur et du récepteur. Dans le cas contraire, le récepteur ne réussira pas à interpréter
les instructions reçues par radio.
Contrôlez donc bien la position des dipswitchs de l’émetteur, du 1 au 12 et faites de même avec les dip-switchs de DS1 et de DS2.
A la fin du montage vous pouvez intégrer le circuit imprimé dans un boîtier plastique de dimensions adéquates.
Pour notre prototype, nous avons utilisé le boîtier étanche SCM433 qui dispose également d’une antenne réglée sur 433 MHz.
Si, par contre, le circuit est enfermé dans un boîtier métallique, il est indispensable de prévoir à l’extérieur une antenne préréglée, comme l’AS433 de Aurel par exemple, et de la relier au circuit par un morceau de câble coaxial 50 Ω de petit diamètre. Le brin central sera branché au bornier ANT et la tresse à la masse.
Pour ce qui est de l’alimentation, le circuit peut fonctionner en 12 ou 25 volts continus en sélectionnant la tension grâce au micro-interrupteur S1. En position fermée, le circuit travaille avec une tension de 12 à 16 volts, en position ouverte, il travaille avec une tension de 16 à 25 volts. Dans tous les cas la consommation de notre montage restera inférieure à 100 milliampères.
Figure 3 : Plan d’implantation des composants.
Figure 4 : Tracé du circuit imprimé à l’échelle 1.
Liste des composants
R1 : 47 Ω 2 W
R2 : 220 kΩ
R3 : 47 kΩ
R4 : 10 kΩ
R5 : 47 kΩ
R6 : 12 kΩ
R7 : 12 kΩ
R8 : 4,7 kΩ
R9 : 47 kΩ
C1 : 470 μF 25 V chimique rad.
C2 : 100 μF 25 V chimique rad.
C3 : 100 nF multicouche
C4 : 100 pF céramique
C5 : 10 μF 25 V chimique rad.
C6 : 10 nF céramique
C7 : 4,7 μF 25 V chimique rad.
D1 : Diode 1N4007
D2 : Diode 1N4007
U1 : Régulateur 7805
U2 : Circuit intégré MICRF001
U3 : Circuit codeur UM86409
U4 : Circuit intégré 4013B
T1 : Transistor PNP BC557B
T2 : Transistor NPN BC547B
RL1 : Relais 12 V miniature 1 RT
S1 : Dip-switch 1 circuit
DS1 : Dip-switch 10 circuits
DS2 : Dip-switch 2 circuits
Q1 : Résonnateur 3,36 MHz
Divers :
- Bornier 2 plots
- Bornier 3 plots
- Support CI 2 x 7 broches (2)
- Support CI 2 x 9 broches
- Circuit imprimé réf. S273
Sauf spécification contraire, toutes les résistances sont des 1/4 W à 5 %.