Guide pratique de l'infrarouge

Titre original du livre : Das Grosse Infrarot-Buch (Le grand livre de l'infrarouge).
Couverture du livre : Guide pratique de l'infrarouge


Présentation et résumé de « Guide pratique de l'infrarouge »

Transmettre des données en infrarouge est devenu une fonction élémentaire pour l'électronicien d'aujourd'hui. Les fabriquants proposent tellement de solutions et de composants dédiés à ce domaine, qu'il est difficile d'avoir une vue d'ensemble et de définir ses besoins pour faire son marché.

Par Frank Wohlrabe 2002, 290 pages

Vous apprendrez à :
connaître et choisir les composants d'émission et réception infrarouge pour votre application,
analyser et étudier les procédures de transmission (codes RC5, RECS80, NEC, IrDA...),
examiner, tester et dépanner une télécommande du commerce,
programmer et mettre au point vos propres projets (électronique, domotique, robotique et modélisme)

Chapitre 1 : diodes émettrices en infrarouge

L'auteur commence par des généralités ; il rappelle notamment que les conditions de propagation d'un rayonnement infrarouge présentent beaucoup de similitudes avec celles de la lumière visible. Nous utilisons donc le même matériel optique (réflecteur, lentille convergente) pour jouer sur la qualité du signal telle la portée ou la focalisation. Il est aussi possible d'utiliser la réflexion d'une parois pour atteindre le récepteur.

Les caractéristiques physiques des diodes émettrices infrarouges (IRED) sont ensuite expliquées : le semi-conducteur (GaAs), la longueur d'onde, les boîtiers du composant et les premières précautions qu'il faut retenir pour le choix d'une diode émettrice)

Les définitions facilitant la consultation des fiches technique (datasheet) des composants sont énumérées et détaillées. Nous retrouvons ensuite les techniques de fabrications et une présentation illustrée des formes très variées des boîtiers de composants émetteurs.

Choix d'une diode émettrice

Lors de l'étude d'un projet de circuit, le choix d'une diode émettrice peut s'appuyer sur les caractéristiques listées ci-après.

  • La rapidité de modulation : limitation de la vitesse de variation du signal,
  • l'adaptation spectrale optimale au récepteur : accord de l'émetteur et du récepteur et choix de la longueur d'onde en fonction du prix des matériels disponibles,
  • l'espace éclairé : puissance d'émission, ouverture du faisceau et intensité du rayonnement,
  • la puissance maximale : paramètres physiques, tension d'alimentation, intensité énergétique et rapidité,
  • le prix,
  • le milieu traversé : air, verre,
  • la tension d'alimentation : choix des piles et de la tension minimale de fonctionnement.

Un exemple de caractéristiques est donné avec la diode émettrice infrarouge LD274 avec des tableaux clairs et des courbes.

Chapitre 2 : détecteurs

Dans cette partie est passé en revue les composants récepteurs de lumière. Nous retrouvons les phototransistors, les photodiodes et la photopile.

Le fonctionnement de chaque type de composant est décrit précisément. Il est accompagné d'un schémas électroniques fonctionnel, de courbes, de tableaux et de fiches techniques. Nous découvrons aussi les domaines d'application de chacun de ces composants et quelques exemples fournis sont listés ci-dessous.

  • Le phototransistor BPY62 de Siemens,
  • La photodiode BPW33 de Osram,
  • La photopile BPY11 de Siemens.

Le sous-chapitre suivant est consacré à la carte indicatrice infrarouge. Il décrit ces principes de fonctionnement.

La carte indicatrice infrarouge.

Ces cartes ont été mises au point pour offrir à l'utilisateur (comprendre concepteur) la possibilité d'essayer les sources émettrices en infrarouge.

Principe : le matériaux qui compose l'indicateur IR-B2 peut se comparer à un accumulateur d'énergie ; il est chargé par la lumière et plus particulièrement par la lumière bleue. Il restitue cette énergie (décharge, émission) en lumière visible lorsqu'il est stimulé par un rayonnement infrarouge.
La luminance de la lumière émise est directement proportionnelle à l'intensité du rayonnement infrarouge incident.

Applications : essais de diodes et diodes laser émettrices en infrarouge,
évaluation de l'intensité énergétique et de la répartition infrarouge,
évaluation de la transparence de matériaux.

Chapitre 3 : transmission

Comme pour les transmissions radioélectriques, l'utilisation d'un procédé de modulation dépend de la quantité d'informations à transmettre. Le choix sera souvent fait selon que nous transmettons des ordres de commande ou des paquets de données.

Mode impulsionnel

Dans ce mode la diode émet des impulsions brève et c'est la durée d'un intervalle qui contient l'information (bit à 0 ou 1) ; l'intérêt réside dans la faible consommation et la simplicité des émetteurs. Par contre le dispositif de réception réclame des traitements supplémentaires pour se protéger des rayonnements indésirables.

La modulation

Les télécommandes par infrarouge opèrent souvent dans des milieux riches en parasites infrarouge (chauffage, lampes). La modulation permet de concevoir des récepteurs moins sensibles aux parasites et aussi moins chers.

L'industrie des semi-conducteurs propose des circuits intégrés d'émission conçus pour les deux modes de transmission. Il suffit de sélectionner le mode utile par une entrée de codage.

Chapitre 4 : sources de perturbation

Nous identifions ici quatre sources perturbantes : la lumière continue, les lampes fluorescentes, les rayonnements électromagnétiques et l'influence de la tension d'alimentation. L'auteur donnent les principes utiles pour les contrer : traitement logiciel des erreurs (pics lumineux), blindage et filtrage.

Chapitre 5 : filtres à infrarouge

Dans cette partie l'auteur nous donne toutes les informations simples mais utiles pour la mise en oeuvre des filtres ou lentilles qui habillent les boîtiers des récepteurs ou émetteurs.

Chapitre 6 : calcul d'un étage émetteur en infrarouge

Les qualités de fonctionnement d'un étage émetteur infrarouge sont directement liées à certains paramètres techniques. Lors de l'étude et de la conception il faudra tenir compte de ces paramètres. Je les liste ci-dessous comme l'auteur le fait dans ce chapitre pour mener à bien la réalisation de la partie émission d'un étage émetteur à LED infrarouge.

Liste des principaux paramètres à retenir

  • La tension d'alimentation,
  • nombre de diodes émettrices,
  • UCESAT du transistor d'attaque,
  • rapport des courants du transistor d'attaque,
  • puissance dissipé par la résistance de limitation de courant,
  • valeur limite du transistor,
  • puissance dissipé en mode impulsionnel,
  • caractéristique de la diode émettrice,
  • temps de commutation,
  • choix des transistors de commande.

Chacun de ces paramètres est développé avec précision. La présence d'exemples de calculs, de tableaux, de schémas fonctionnels et de courbes caractéristiques accompagnent et guident l'électronicien dans l'élaboration de son propre étage d'émission.
Pour compléter l'étude, l'auteur nous commente et analyse dix schémas d'étages d'émetteur rencontrés dans des réalisations du commerce.

Chapitre 7 : composants pour émetteurs en infrarouge

Nous passons ici en revue les circuits intégrés associés à un code de transmission. Chaque circuit est décrit et accompagné d'un schéma d'application de télécommande avec le matriçage des touches du clavier et l'étage d'émission infrarouge.

Chapitre 8 : procédure de transmission de données

Avant propos

Les systèmes de programmation ou de commande des appareils domestiques et de loisirs n'émettent souvent que de faibles quantité de données.
Chaque fabricant d'appareils utilise souvent sa propre procédure de transmission d'où un "jonglage" par l'utilisateur des boîtiers de télécommande.
Le niveau de bruit infrarouge peut être élevé dans les milieux aux multiples sources de chaleur (chauffage, lampes...) ; le rayonnement infrarouge sera modulé en fréquence (entre 30 ET 40 kHz) pour obtenir cette immunité au bruit.
Il existe des émissions par impulsion ou modulation, mais les télécommandes en infrarouge de l'électronique de loisirs utilisent majoritairement des systèmes de transmission à modulation.

Les procédures

De ces remarques, nous comprenons aisément que chaque constructeur a voulu développer sa propre solution. La liste ci-dessous vous indique les codes fabricants qui ont été analysés. Pour en comprendre toutes les subtilités, des oscillogrammes, des chrono-grammes et des listes des commandes d'appareils complètent la description de chaque procédure (ou protocole).

  • Code RC5
  • Code SIRCS (ou CNTRL-S)
  • Code DENON
  • Code NEC
  • Code RECS80
  • Code MOTOROLA
  • Code JAPAN
  • Code SAMSUNG
  • Code Daewoo

De la théorie à la pratique

Au-delà de ce chapitre, l'auteur aborde tous les aspects pratiques, pour la mise en oeuvre d'un système émission/réception infrarouge. Les composants, les télécommandes du commerce, la partie logiciel et des exemples de montages sont décrits avec des schémas d'application et les routages des circuits imprimés.

Chapitre 9 et 10 : circuits de réception et de décodage

Etude et description des récepteurs et préamplificateurs infrarouge. Etude du composant de réception SAA3049, pour le décodage RC5 et RECS80.
Ces deux parties sont agrémentées de schémas d'application.

Chapitre 11 : portée

Détails des paramètres techniques qui influencent la portée du système de transmission.

Chapitre 12 et 13 : télécommande du commerce

Cette partie du livre nous explique la constitution d'une télécommande du commerce. A partir d'un schéma fonctionnel, chacun des étages est décrit ; nous y retrouvons le clavier, le circuit intégré principal, l'horloge, l'étage de puissance, la diode émettrice et la platine imprimée.

C'est à la suite que l'auteur aborde la partie dépannage d'une télécommande. Il énumère les causes fréquentes de panne et donne ses solutions pour la réparation ou remise en état du système.

Chapitre 14 : logiciel

L'écriture d'un logiciel pour un système de transmission de données en infrarouge est une tâche qui ne manque pas d'intérêt ; les solutions envisageables sont nombreuses et parfois pédagogiques. Mais la programmation d'un micro-contrôleur ou d'un FPGA est tout de même plus compliquée que l'achat d'un circuit intégré prêt à l'emploi.

Dans ce chapitre vous disposez d'une aide à la conception et élaboration d'un logiciel avec des exemples de code en assembleur (facilement transposable grâce aux commentaires pertinents de l'algorithme utilisé).
Le découpage du chapitre est organisé de la façon suivante.

  • Choix d'une procédure,
  • décodage des touches,
  • synchronisation du logiciel de réception,
  • échantillonnage à intervalles réguliers,
  • échantillonnage des impulsions après déclenchement d'une interruption et une temporisation,
  • échantillonnage et mesure des impulsions par consultation,
  • mesure d'impulsion par commande d'interruption,
  • économie d'énergie côté émetteur et récepteur,
  • détection des erreurs,
    • format d'impulsion,
    • parité,
    • code inversé,
    • répétition.

Chapitre 15 : IrDa

L'IrDA (Infrared Data Association) a défini des règles pour la transmission de données en infrarouge. Les transmissions de données s'effectuent en série, avec un débit de 115,2 kBits/s en simplex.
Les contenus traités sont listés ci-dessous.

  • Historique,
  • intérêt de l'IrDA,
  • spécifications IrDA 1.0,
    • schéma de principe d'un circuit IrDA,
    • figure : octet de données à la norme IrDA,
  • définition des couches DATA et control :
    • Couche physique,
    • IrLAP,
    • IrLMP,
    • IAS,
    • TinyTP,
    • IrCOMM,
    • IrLAN,
    • IrOBEX,
  • perspectives.

La liste des montages contient un exemple d'application pratique d'interface IrDA.

Chapitre 16 : montages

Les exemples de montages sont fournis avec les schémas, les routages de circuits imprimés et les codes des programmes du micro-contrôleur.

  • Télécommande en infrarouge simple et économique,
  • émetteur de code NEC,
  • émetteur RC5,
  • télécommande RC5 pour modèles réduits ou robots mobiles avec pont en H et commande de servomoteur,
  • récepteur télécommande RC5 n°1 et 2,
  • récepteur multiprocédures,
  • récepteur d'infrarouge sur le bus I2C,
  • télérupteurs commandés en infrarouge et en RECS80 (2 montages),
  • télécommande depuis un clavier d'ordinateur,
  • récepteur des codes d'un clavier d'ordinateur,
  • analyseur de télécommande en infrarouge,
  • télécommande PCM miniature,
  • projecteur infrarouge,
  • sortie de veille d'un récepteur : réveil infrarouge,
  • testeurs de télécommande (6 schémas),
  • détection en infrarouge avec l'IS471F,
  • télémétrie,
  • montages à phototransistors,
  • barrières immatérielle,
  • tachymètre IR,
  • transmission par IrDA,

Chapitre 17 à 19

  • Références de commande des circuits imprimés,
  • bibliographie,
  • adresses utiles : fournisseurs de télécommandes et de composants électroniques.

Conclusion

Ce livre plaira à tous constructeurs de modules électroniques ou robotiques désireux de comprendre d'abord la tansmission infrarouge, pour concevoir ensuite ses propres systèmes.

Points forts :

  • Descriptions des protocoles et procédures,
  • nombreux exemples,
  • schémas électroniques détaillés,
  • typons des circuits imprimés reproductibles,
  • présence des listings et programmes.

Points faibles :

  • Illustrations en noir et blanc,
  • La transmission par laser infrarouge n'est pas abordée.

Ma note : 4,8/5

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