Un carillon électronique programmable

Carillon électronique programmable :



CARACTÉRISTIQUES TECHNIQUES
- Alimentation : 230 VAC
- Puissance consommée : 3 VA
- Puissance dans le haut-parleur : 1 W
- Commande à poussoir
- Son paramétrable sur 1, 2, 3 tons en séquence
- Volume d’écoute réglable

Bien sûr, vous pouvez acheter votre carillon dans le commerce, mais quelle déception de la part d’un électronicien éclairé lisant ELM ! Quelle joie au contraire de fabriquer son circuit imprimé, de repérer les quelques composants nécessaires (nos annonceurs se mettront en quatre pour vous les procurer pour trois euro six cents*), de brancher le fer et de passer à l’action : ce sera bouclé (mais pas bâclé) en une heure.

En effet, l’unique circuit intégré Siemens SAE800 (deux fois quatre broches, voir figure 1 le schéma synoptique) contient l’oscillateur et une logique qui le gère à travers deux entrées de contrôle, c’est-à-dire lui fait produire une note ou une séquence de deux ou trois notes (ce qui fait donc trois solutions : mono, bi ou tritonal). Exactement, l’oscillateur travaille avec une fréquence de base déterminée par la valeur de la résistance et du condensateur de temporisation reliés, respectivement, aux broches 5 et 6 ; la note est émise par production, sous forme numérique, d’un signal d’une durée déterminée dont l’amplitude décroît par degré avec un intervalle strictement corrélé (au sein d’un intervalle le signal part du maximum et descend à zéro). La note est obtenue par conversion, au moyen du DAC interne, des données numériques en une composante analogique, laquelle est ensuite envoyée à un NPN faisant office d’étage de puissance et pilotant le petit haut-parleur basse impédance.

Du moins en est-il ainsi en monotonal, mais on peut également commander le SAE800 pour un fonctionnement bi ou même tritonal : dans ce cas, les notes individuelles partent à intervalles de 1,16 seconde l’une de l’autre, séquentiellement (en bitonal par exemple, la première note de base est émise, son amplitude diminue progressivement et après 1,16 s la seconde note, de fréquence 1/6 plus basse, est émise et diminue de la même façon que la première). Bien sûr la première s’achève avec 1,16 s d’avance sur la seconde et les deux se superposent en un fondu décroissant. En tritonal, même chose : la première note démarre puis 1,16 s après c’est au tour de la deuxième et après 2,33 s la troisième (de fréquence 1/6 inférieure à la deuxième et 1/3
inférieure à la première). En fait la fréquence de la deuxième note est 5/6 de celle de la première et celle de la troisième   2/3 de celle de la première. Par exemple, si la première note a une fréquence de 660 Hz, la deuxième fait 550 Hz et la troisième 440 Hz (tiens tiens voilà le LA international !). Les trois se superposent,
se fondent (c’est un accord) et s’achèvent une après l’autre à intervalle de 1,16 s. Afin de rendre plus net le départ de chaque note et d’obtenir un effet sonore plus suggestif, les tons commencent avec des amplitudes différentes ; exactement, si leur fréquence décroît, l’amplitude par contre augmente (si on paramètre la
première à 1, la deuxième est à 1,12 et la troisième à 1,49 : si vous préférez, la deuxième et la troisième notes partent avec des niveaux 1,12 et 1,49 fois plus forts que la première).

* On disait naguère “trois francs six sous” !
Figure 1 : Schéma synoptique du circuit intégré Siemens SAE800.



Le schéma électrique :

Voyons un peu, sur le schéma électrique de la figure 2, comment le SAE800 a été utilisé dans ce circuit : bien sûr, il est monté en carillon électronique traditionnel dont le son retentit dans un haut-parleur de 1 W (l’appareil peut immédiatement remplacer un “vieux” modèle de carillon électromécanique 230 V). En effet, ce carillon électronique s’alimente directement (petit transformateur interne) sur le secteur et comporte un bornier d’entrée à deux pôles auquel relier par deux fils le bouton de sonnette placé au portail ou à la porte d’entrée de la maison. Comme le montre le schéma électrique, ce bouton ne se ferme pas sur la tension du
primaire du transformateur mais sur la basse tension : pas de danger, donc et les normes sont respectées.

Le circuit est très simple car le circuit intégré fait tout ! Il faut dire que nous avons apporté au schéma d’application quelques modifications significatives.
Figure 2 : Schéma électrique du carillon électronique programmable.


Comme nous l’avons déjà dit, l’alimentation est prise sur le secteur 230 V : le secondaire de TF1 (2 x 9 V) à prise centrale est redressé par D1 et D2 (redresseur à double alternance c’est-àdire redressant les deux demi ondes), la prise centrale étant à la masse ; quand la polarité de la sinusoïde basse tension (9 + 9 V) est positive vers le haut, D1 conduit et D2 est bloquée ; dans le cas inverse (positif vers le bas), D1 est ibloquée et D2 conduit. Grâce à la prise centrale à la masse, nous avons aux bornes de C1 et C2 des impulsions
sinusoïdales à 100 Hz qui les chargent jusqu’à un potentiel continu de 11 V environ, ce qui suffit largement pour faire fonctionner le circuit intégré. Cette puce travaille avec son étage de sortie (collecteur ouvert) relié à un haut-parleur (SPK) de 8 ohms d’impédance : le + de ce haut-parleur est relié au positif d’alimentation.

On notera la présence des condensateurs en parallèle : leur fonction est d’écrêter les transitions de niveau du
signal, de telle façon que le petit hautparleur reproduise des sons doux et harmonieux (en fait ces condensateurs permettent un amortissement plus naturel et progressif des tons).
Figure 3a : Schéma d’implantation des composants du carillon électronique programmable.


Le niveau est facilement réglable avec le trimmer R6 : avec R5 il constitue le réseau de réglage du courant dans le haut-parleur (la résistance complexe entre broche 4 et masse est inversement proportionnelle
au niveau de sortie de l’étage amplificateur) et c’est pourquoi, lorsqu’on approche le curseur de R5 le niveau sonore augmente et, quand on l’approche de la masse il diminue.
Le SAE800 normalement se trouve au repos et consomme quelques μA : le hautparleur n’émet alors aucun son. Pour faire retentir un ou des sons, il faut presser le bouton de sonnette relié par deux fils aux points PUSH BUTTON, c’est-à-dire fermer le contact : la logique interne est alors déclenchée et la première note est synthétisée, puis éventuellement, selon paramétrage des cavaliers, la deuxième et la troisième.

Voyons comment paramétrer le son souhaité, en supposant le SAE800 excité par mise au niveau logique haut (de 5 V à la tension appliquée broche 3) d’une des broches de contrôle (7 et 8) ; si ces broches sont laissées ouvertes ou reliées à la masse, le circuit intégré est en veille (“stand-by”) et ne consomme presque
rien. Si E1 (broche 8) est fermé (cavalier 1), on est en mode monotonal ; avec E2 (broche 7, cavalier 2) le circuit intégré émet une séquence fondue de deux notes (mode bitonal), la première aigue et la seconde plus grave ; enfin, pour passer au mode tritonal, il faut mettre au niveau logique haut les broches 7 et 8 (cavalier 3). Dans ce dernier cas, c’est un réseau de diodes (D3 et D4) qui permet, cavalier 3 fermé, de donner le niveau logique haut et de passer au mode à trois tons en séquence fondue décalée. En effet, quand le cavalier 1 est fermé, la tension positive atteint directement la broche 8 et la note unique est émise puis décroît progressivement. De même lorsque le cavalier 2 est fermé : la broche 7 est au niveau logique haut et la séquence de deux tons décalés, fondus et s’amortissant retentit dans le hautparleur. Enfin quand le cavalier 3 est fermé, à travers D3 et D4 la tension de commande atteint ensemble les lignes E1 et E2 : les diodes ont pour fonction de polariser deux broches en appliquant la tension à une seule ligne, ce qui empêche, quand une seule est directement alimentée, que l’autre ne le soit aussi. En effet, si nous appliquons une polarité
positive sur le cavalier 3, les deux conduisent mais, si nous alimentons le cavalier 1 ou le cavalier 2, elles restent bloquées car polarisées inverses.

A propos du déclenchement du circuit intégré, notez que les lignes E1 et E2 sont dotées d’une sorte d’antirebond : la logique active la synthèse du son avec un certain retard par rapport à l’activation de l’entrée correspondante et ce, justement, afin d’éviter des commutations multiples inutiles et préjudiciables
au bon fonctionnement de l’appareil.

Dans ce circuit, R4 et C5 ont des valeurs choisies pour faire travailler l’oscillateur à une fréquence d’environ 28,4 kHz, dont on tire ensuite les trois notes : la première est de 1/20 de cette fréquence, soit 1,42 kHz, la deuxième 1/6 plus grave (1,19 kHz) et la troisième 1/3 plus grave (toujours par rapport à la première note), soit 940 Hz. La durée de chaque note est de 2,1 s environ. La reproduction du son en mode mono, bi ou tritonal se termine respectivement après 2,1 - 3,26 - 4,43 s. De plus, après excitation et commencement de la reproduction d’une séquence de notes, le circuit intégré peut être à nouveau déclenché seulement après un délai dépendant du mode paramétré : 2,1 s en mono, 3,26 en bi et 4,43 en tritonal.

Figure 3b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du carillon électronique programmable.

La réalisation pratique :

La réalisation pratique de ce carillon électronique programmable est des plus simples et des plus rapide. La platine est constituée d’un circuit imprimé simple face, dont la figure 3b donne le dessin à l’échelle 1. Commencez par les cavaliers : ils peuvent être constitués par trois paires de picots à souder (au pas de 2,54 mm) que vous pourrez fermer avec des straps amovibles du commerce ou en soudant dessus de petits morceaux de queues de composants. Insérez et soudez ensuite tous les composants (comme le montrent les figures 3a et 4), en commençant par le support du SAE800 (insérez le circuit intégré après la dernière soudure effectuée, comme d’habitude, mais avant de coller le haut-parleur sur la platine) et en terminant par les “périphériques” : les deux borniers, le transformateur et enfin le haut-parleur. Attention à l’orientation des quelques composants polarisés : ci (repère-détrompeur en U vers le hautparleur), diodes et électrolytiques. Vérifiez bien toutes les polarités et la qualité des soudures. Insérez le circuit intégré. Collez le haut-parleur par son aimant sur la platine avec du silicone ou de la colle à chaud.

Vous pouvez maintenant installer la platine dans un boîtier plastique de dimensions appropriées, comme le montre la photo de début d’article : la face avant sera percée de trous réguliers pour la sortie du son du haut-parleur et l’un des petits côtés pour le passage des fils du secteur 230 V et de ceux allant au bouton de sonnette sur le palier. Posez le carillon contre un mur, à l’aide de chevilles et de vis, à l’intérieur de la maison
(choisissez bien l’emplacement de façon à être toujours en mesure d’entendre la sonnerie où que vous soyez dans la maison) et câblez-le.
Figure 4 : Photo d’un des prototypes du carillon électronique programmable.


Au tableau électrique de l’appartement, un coupe-circuit à fusible doit être réservé au deux fils secteur allant
alimenter votre carillon (si c’est un remplacement d’un ancien carillon, il y est déjà, mais si c’est une installation nouvelle, prévoyez-le impérativement). Et dans ce dernier cas, faites passer les fils sous gaine ou goulotte (conformes aux normes en vigueur). Attention, en ce qui concerne la liaison des deux fils de bouton de sonnette à acheminer et à connecter au bornier PUSH BUTTON : en cas de remplacement d’un ancien carillon, assurez-vous que l’un de ces fils n’est pas relié au secteur 230 V ; coupez l’arrivée du secteur avant d’y mettre les mains et “suivez” bien les fils ; si c’est le cas déconnectez-le du secteur et faites aboutir les deux fils de bouton de sonnette au bornier sus indiqué.

Quant à la section des fils utilisés, 0,25 mm carrés suffit.


Les essais du montage electronique :

Après maintes vérifications, rétablissez le secteur 230 V et pressez le bouton de sonnette : le haut-parleur doit retentir de un, deux ou trois sons (dans ces derniers cas décalés, fondus et s’amortissant, voir ci-dessus) selon que vous aurez fermé les cavaliers 1, 2 ou 3 (attention, un seul à la fois). Vous pouvez régler, en
cas de besoin le volume sonore avec le trimmer R6 et un petit tournevis. Si aucun son n’est émis, vérifiez avec un multimètre que la tension du secteur 230 V arrive bien sur le bornier au pas de 10 mm. Pour d’autres vérifications sur la platine, n’oubliez pas de couper d’abord l’arrivée du secteur (grâce au coupe-circuit du tableau).

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