26/06/2013

Un détecteur de mouvement avec capteur au gaz de mercure

Cet appareil simple et d’usage universel permet de détecter les mouvements d’un véhicule ou d’un quelconque autre objet. Au moyen de deux trimmers, il est possible de régler la sensibilité du dispositif et le temps d’activation de la sortie du circuit après une détection.


Le terme “détecteur de mouvement” s’entend comme un circuit électronique spécial qui, installé sur un véhicule, une personne ou un quelconque objet, permet de détecter les mouvements ou les déplacements de ceux-ci. L’élément électrique sur lequel se basent ces dispositifs est un capteur de mouvement caractérisé par un système se trouvant en équilibre précaire. Le principe de base est que lorsque ce détecteur est déplacé ou subit des accélérations externes, cet équilibre est rompu : ce qui cause, à l’intérieur du capteur, une production de courant parasite ou la liaison entre deux bornes ou entre une borne et l’enveloppe conductrice externe.
Donc, si le capteur est inséré dans un circuit électrique adéquat, il est possible de lire ces événements (courant, court-circuit) et de détecter effectivement un mouvement ou déplacement.
Les champs d’application des détecteurs de mouvement sont très variés : cela va de l’antivol classique pour auto/moto ou tout autre objet (le dispositif détecte alors que l’objet, le véhicule, a été “bougé”…et donne l’alarme) au clignotant le plus simple permettant aux cyclistes d’être vus, la nuit ou dans la pénombre, par les automobilistes.
En ce qui concerne les appareils, rappelons que dans l’article consacré au montage d’un Localiseur GPS à mémoire pour Siemens 35, il était question de relier le système (l’unité distante, celle montée sur le véhicule) à un détecteur de mouvement, utilisé pour activer ou désactiver la mémorisation des coordonnées spatiales seulement lorsque ledit véhicule était en mouvement.

Les principes de fonctionnement
Entrons maintenant dans le détail du fonctionnement et des caractéristiques de notre détecteur. Le composant électronique sur lequel est basé tout le fonctionnement du circuit est un capteur de mouvement au gaz de mercure : il est conçu de telle manière que quand il subit des accélérations, même minimes, ou des vibrations externes dues à des mouvements, il met en court-circuit ses deux broches de sortie.
On le verra plus loin, dans notre circuit l’une des broches est à la masse et la seconde est en revanche reliée au port d’un microcontrôleur PIC. Ainsi, lorsque des déplacements sont détectés, la connexion entre les deux broches a lieu et donc la seconde broche, elle aussi, va à la masse : cet état est bien sûr reconnu par le microcontrôleur, lequel agit en conséquence.
Les simples capteurs de mouvement au gaz de mercure n’ont pas la possibilité de régler la sensibilité du composant ni le délai d’activation : c’est pourquoi notre circuit comporte, en plus du microcontrôleur PIC, deux trimmers dont la fonction est de permettre un paramétrage.
Le premier, R1, règle le délai d’activation : quand le capteur détecte un mouvement, le PIC lit cet état et met à la masse la sortie du circuit. Cette condition est maintenue pour un temps pouvant varier entre 20 secondes et 1 heure 30, par pas de 20 secondes. Si d’autres vibrations ont lieu dans l’intervalle, le comptage est remis à zéro et repart du dernier mouvement détecté.
Le trimmer R2 est utilisé, lui, pour régler la sensibilité du détecteur. On l’a vu, le capteur à gaz de mercure ferme simplement (il fonctionne en tout ou rien) un contact quand il capte des vibrations.
Il n’est donc pas possible de régler la sensibilité de ce composant. Au moyen du trimmer R2, il est pourtant possible d’indiquer au microcontrôleur combien de vibrations doivent se produire en 30 secondes pour qu’il mette la sortie au niveau logique 0. Ainsi, en réglant par exemple une valeur haute, on réduit la sensibilité du circuit : on comprend bien en effet qu’une vibration plus énergique produit un plus grand nombre de vibrations dans le même temps. Inversement, un mouvement plus faible (un passant frôlant la moto ou un camion la voiture…) produit peu de vibrations et le microcontrôleur ne les prendra pas en considération. On évite ainsi qu’un petit mouvement insignifiant, non significatif d’un vol par exemple, ne déclenche le détecteur et ne donne l’alarme pour rien.
Si le détecteur est monté, à bord du véhicule, près de l’unité distante du système localiseur GPS/GSM, il ne déclenchera la mémorisation des données que si le véhicule commence à rouler (fortes vibrations), évitant ainsi la mémorisation inutile de données identiques.

Figure 1 : Le détecteur de mouvement dans son boîtier, avec son câble à jack stéréo.

Le schéma électrique du détecteur de mouvement
Analysons maintenant le schéma électrique de la figure 2. Le circuit se compose de 4 blocs principaux : un premier bloc d’alimentation constitué de U2, un deuxième bloc captant le mouvement à proprement parler constitué du capteur au gaz de mercure SENS, un troisième bloc de réglages constitué de deux trimmers R1 et R2 et enfin un quatrième bloc central constitué du microcontrôleur U1 PIC12F675-EF490 déjà programmé en usine.
Le circuit demande une tension d’alimentation entre 7 et 15 V, devant être reliée aux bornes + et –, comme le montre la figure 2. Le bloc U2, le régulateur 78L05, abaisse et stabilise la tension à 5 V, cette tension étant utilisée pour alimenter le PIC.
Le capteur de mouvement est représenté par le bloc SENS : on le voit, une broche du capteur est à la masse et l’autre, en revanche, est reliée au port GP0 du microcontrôleur. Par conséquent, lorsque le circuit subit des vibrations, le niveau de tension du port GP0 va à la masse, ce qui permet au PIC de reconnaître l’état de mouvement.
On l’a vu, le réglage de la sensibilité et du délai d’activation se fait par les trimmers R1 et R2 : ils sont reliés aux ports GP4 et GP2 de U1. La méthode de lecture des valeurs de ces résistances se fonde sur le mécanisme des durées de charge/décharge d’un réseau RC : le microcontrôleur met une sortie au niveau logique haut (GP2 pour lire R2, GP4 pour lire R1) pendant une certaine durée, ce qui permet au condensateur correspondant de se charger. Ensuite, la sortie est mise au niveau logique bas et la durée nécessaire au condensateur pour se décharger est mesurée.
En fonction de cette durée, le PIC est donc en mesure de calculer quelles valeurs résistives prennent R1 et R2.
Ces valeurs étant connues, le microcontrôleur calcule la durée d’activation et la sensibilité du détecteur de mouvement (laquelle, on l’a vu, s’exprime en nombre de vibrations en 30 secondes).
Le programme du microcontrôleur fait le reste : initialement la sortie Out est au niveau logique haut et est maintenue dans cet état jusqu’à ce que des vibrations se produisent en nombre suffisant pour dépasser le nombre paramétré (paramètre sensibilité). Quand ces vibrations sont détectées, le microcontrôleur met la sortie au niveau logique bas et initialise le compteur de durée d’activation. La sortie Out est maintenue au niveau logique bas jusqu’à ce que la durée d’activation soit écoulée.
Le contrôle des vibrations a lieu même à l’intérieur du cycle de durée d’activation.
Ce contrôle actualise éventuellement le “reset” de la durée d’activation et par conséquent le comptage recommence à zéro.

Figure 2 : Schéma électrique du détecteur de mouvement.

Liste des composants
R1 = 4,7 kΩ trimmer
R2 = 4,7 kΩ trimmer
R3 = 1 kΩ
C1 = 100 nF 63 V polyester
C2 = 100 μF 25 V électro.
C3 = 100 nF 63 V polyester
C4 = 100 μF 25 V électro.
C5 = 100 nF 63 V polyester
C6 = 100 nF 63 V polyester
D1 = 1N4007
U1 = PIC12F675-EF490 déjà programmé en usine
U2 = 78L05
SENS = Détecteur de mouvement au gaz de mercure (code M490)

Divers :
1 support 2 x 4
1 circuit imprimé cod. S0490.

Les résistances sont des 1/4 de W 5 %.


La réalisation pratique du détecteur de mouvement
Une fois que l’on a réalisé le petit circuit imprimé par la méthode préconisée et décrite dans l'article : "Comment fabriquer vos circuits imprimés facilement ?" (la figure 3b en donne le dessin à l’échelle 1), ou qu’on se l’est procuré, on monte tous les composants dans un certain ordre en regardant fréquemment la figure 3a et la liste des composants.
Montez tout d’abord le support de l’unique circuit intégré PIC : vérifiez bien les soudures (ni court-circuit entre pistes et pastilles, ni soudure froide collée).
Montez ensuite la résistance et les 2 trimmers. Montez la diode, bague blanche repère-détrompeur orientée vers R1.
Montez tous les condensateurs en respectant bien la polarité des électrolytiques (la patte la plus longue est le +) et en couchant (pattes repliées à 90°) ces derniers.
Montez le régulateur U2, méplat repère-détrompeur tourné vers R3. Montez le capteur SENS : dans son boîtier pseudo TO3, avec sa patte centrale et l’autre sur le côté, aucun risque de le monter de manière erronée.
Enfin, côté gauche, soudez, sans les intervertir les deux fils et la tresse de masse du câble BF : sur la platine le trou supérieur est la masse – (tresse de masse du câble BF), le signal Out est le trou central et l’alimentation + arrive au trou du bas. Le câble est muni à l’autre extrémité d’un jack stéréo que vous souderez aussi avec beaucoup de soin : le dispositif externe auquel relier votre détecteur de mouvement aura donc aussi un jack d’entrée (socle ou prise volante), mais femelle. Tout ceci n’est nullement un impératif technique et vous pouvez utiliser un autre type de câble et/ou de connecteur.
Vous pouvez maintenant enfoncer avec délicatesse le circuit intégré PIC dans son support en orientant bien le repère-détrompeur en U vers l’extérieur de la platine.
Pour l’installation dans le petit boîtier plastique aux dimensions adaptées, les figures 5 et 1 devraient vous rendre la chose facile.

Figure 3a : Schéma d’implantation des composants du détecteur de mouvement.

Figure 3b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du détecteur de mouvement.

Figure 4 : Photo d’un des prototypes de la platine du détecteur de mouvement.

Figure 5 : Montage dans le boîtier plastique de la platine du détecteur de mouvement. C’est un jack stéréo qui permet l’alimentation du module et la sortie du signal.

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