Brevet FR2133489A1 — publié le 19721201

Bien que le système décimal nous soit familier, le système BINAIRE, qui fut employé par les Chinois dès la plus haute anti quité, nous séduit par sa remarquable simplicité (le chiffre "1" suffit à tirer tout de rien). Le logicien et mathématicien Anglais Gorge BOOLE a inven te en 184, une algebre dont l'emploi simplifie considérablement les études sur de grands ensembles logiques. Les deux possibilités de la logique: OUI et NON (1 et 0) peuvent être matérialisés par la présence ou l'absence d'une ten sion ou d'un courant. C'est la présence d'une tension qui figu rera le niveau logique "1, et son absence qui représentera le niveau logique 11011. Pour transmettre sous forme BINAIRE une information codée nous constatons qu'il faudra donc un conducteur par étage, appelé DIDIT. Nous en déduisons le tableau suivant: conducteur = 1 digit = 2 états : O - 1 2 ,, = 2 ,, = 4 ,, : 00 - QI - 10 - 11 3 ,, = 3 ,, = & ,, : 000 - 001 - 010 - 011 100 - 101 - 110 - 111 et ainsi de suite, par puissance de deux. Bien que le système soit très séduisant, nous constatons que l'absence d'une tension ou d'un signal détermine systémati quement l'état ZERO (o) et que la présence d'une tension ou d'un signal détermine un état marqué, appelé état UN (1). Le système prend toutefois le nom de BINAIRE. Dans le but d'augmenter considérablement et en toute fiabilité les informations pouvant être transmises par un certain nombre de conducteurs, l'invention présente a pour objet d'utiliser judicieusement une tension alternative, distribuée habituel -lement sous forme sinusoïdale, comme support de transmission. Ce signal support reçoit également le nom de PORTE'JSE. Un découpage judicieux de la porteuse et un triple montage de détection permettent, en toute fiabilité, de déterminer et transmettre TROIS états marqués pouvant être appelés: - état UN (1) - état DEUX (2) - état TROIS (3) tout trois différents de l'état ZERO. Le système peut donc, en toute honnêteté, revendiquer 1' appellation de: CODAGE TRINAIRE. Le dispositif, objet de l'invention, permet de présenter le tableau suivant ne nécessitant toujours qu'un conducteur par étage, appelé TRIAIT 1 conducteur = 1 trigit = 3 états + zéro : O - 1 - 2 - 3 2 ;; = 2 ;; = 9 ;; + ;; : 00 - - Il - 12 - t3 21 - 22 - 23 31 - 32 - 33 3 ;; = 3 ;; 27 ;; + ;; : 000 - 111 - 112 - 113 121 - 122 - 123 13t - 132 - 133 211 - 212 - 213 22t - 222 - 223 23t - 232 - 233 311 - 312 - 313 321 - 322 - 323 .33t - 332 - 333 et ainsi de suite, par puissance de trois. Pour arriver à ce résultat, l'objet de l'invention utilise comme PORTEUSE, une tension alternative sinusoïdale universellement distribuée; bien que ce support ne soit pas le seul autorisant le fonctionnement correct du dispositif. En effet, tout signal alternatif dont les tensions et durées; donc énergies; sont égales et de signes inverses par rapport à une référence de base, peut convenir et autoriser le fonctionnement. Ce serait le cas notammen-t de - tensions sinusoidales écrêtées - signaux rectangulaires symétriques - tensions dites en dents de scie symétriques - et de tout signal alternatif composite, pour autant que les énergies positives et négatives soient égales pour chacune des alternances. Toutefcis, afin de décrire plus facilement l'objet de l'invention, il sera fait mention d'une porteuse sinusoldale d'emploi nettement plus généralisable. La FIG. 1, représente l'oscillogramme d'une tension alternative de fréquence 5t Hertz. ( à 50 Hz, la durée d'une alternance est de 1C mS, soit 10-2 2 sec. Lorsque le signal n'est transmis que d'une façon discontinue par l'intermédiaire d'un dispositif semi-conducteur appelé DIODE et convenablement orienté; nous pouvons obtenir La FIG. 2, représentant l'oscillogramme des alternances néaatives, par exemple. La FIG. 3, représentant l'oscillogramme des alternances positives, cette fois. Ces trois figures représentent les trois états marqués de ce système de CODAGE TRIKIAIRE, et - la fig. 2, correspond à l'état Ut4 - la fig. 1, correspond a l'état DEUX - la fig. 3, correspond à l'état TROIS Tout système de détection susceptible de discriminer l'une de ces figures, permettra de DECODER l'information ainsi transmise Afin de rendre plus explicite la description de l'invention une solution électro-magnétique est citée et décrite ci-dessous, sans que toutefois celà représente une limitation dans le principe L'objet principal de l'invention étant un dispositif de codage à trois états marqués, utilisant comme porteuse un courant alternatif symétrique. DEOODAGE : UN Considérons le montage FIG. 4, dans le-aueL est est la résistance de chars du montage est la résistance réglable d'équilibrage de "" R.C "" est une diode de détection de sens de fonctionnement - D2 est une diode interdisant la charge négative de condensateur - Z est une diode zener de seuil de charge du condensateur - C est un condensateur de valeur appropriée au fonctionnement à obtenir. - Re est un relais de tension nominale 48 v= et consommant 21 mA de tension d'enclenchement de 36 v., soit 75 ç de U nom. et 16 mA. de tension de déclenchement de 16 v., soit 33,3 % de U nom. et 7 mA. FONCTIONNEMENT Afin de pouvoir -différencier- -le sens du courant, il faut attendre environ 25 mS. d'alimentation pour faire apparaitre une tension égale à celle d'enclenchement, soit 36 v.( ce temps doit être compris entre 20 et 30 mS.) Pour que l'enclenchement ne se produise pas en fin de 1 alternance, il faut que la charge reste inférieure à 36 v., soit 32 v. environ. Dans ces conditions : 21 x 32 - le courant moyen débité dans le relais sera: = 7 mA 2 x 46 - et la quantité d'électricité débitée en 10 mS. sera Q coulombs = 7 x 10-3 x 10-2 = 70 x 10-6 = 70 micro coulombs La chute de tension aux bornes de " C ", dans l'alternance non conductrice est choisie à 43 % environ, soit: 32 x 43 = 14 v. 21 x 18 de chute et: 32 - 14 = 18 v. de résiduelle, d'où: =7,9mA 32 + 18 - la tension moyenne sera : = 25 V. 2 14 + 7.9 - le courant moyen sera : = 10,95 mA. 2 - la valeur de la capacité assurant le fonctionnement devra être: i mA.mov x t sec x î 10.95 x îo2 x ~ C piF mA.mov u 20.95 x t4 = 7,8 8 volts soit: 10 pF, valeur normalisée. Si " C " = 10 juF, i mA. moy devient = 14 mA, soit: 14 - 10,95 = 3,05 mA de plus devant être débités dans une résistance t, R2 1 de valeur u 25 r = = = 8,2 k.Ohms, valeur normalisée. i 3,05 - la quantité d'électricité traversanc cette résistance R2 sera: Q coulombs = 3,05 x 10-3 x 10-2 = 30,5 x 10-6 = 30,5 micro coulombs - pour se charger, la capacité aura emmagasinee coulombs = 320 micro coulombs - la quantité d' électricité ayant traversé la résistance R1 sera Q = = 70 + 30,5 + 320 = 420,5 micro coulombs d'où: 420 C/ 10 mS = 42000 C/ sec = 42 x 103 x 3,6 x 103 C/ H. = 42 x 3,6 coulombs/ Heure = 42 x 10 Amp. = 42 mA En supposant une tension d'alimentation de 110 v.eff , soit environ 99 v. moy , la chute de tension moyenne sera 32 u = 99 - = 83 v., et la valeur de la résistance R1 telle que: u 83 r = = = 1, 975 k.Ohms, soit: 1,8k.Ohms valeur normalisée i 42 - la puissance nécessaire sera:P = U x i = 83 x 42 = 3,5 Watts Au début de la seconde alternance conductrice, nous avons: - une tension de 18 v. aux bornes du relais, soit: i = 7,9 mA En fonction d'un écrétage à 60 v. par la zener, la tension maxi devant être atteinte en fin de Charge sera limitée à envi 21 x 40 ron 40 v., d'où i = 17,5 mA 48 7,9 + 17,5 - le courant moven dans le relais sera: i = = 12.7 mA 2 la quantité d'électricité débitée en 10 mS. sera: 127 micro coul. 18 + 40 @@ @@@@i@@ @@@@@@@ @@@@@@@@@ @ @@ @ @@ @@@@@@@@@ @@ - la tension moyenne devenant: 2 = 29 v., la résistance R2 29 débitera: i = = 3,53 mA, d'où: Q = 35,3 micro coulombs 8,2 - la capacité aura cette fois emmagasinée = 220 micro coulombs - la quantité d'électricité ayant traversé la résistance RI sera: Q = 127 + 35,3 + 220 = 382,3 micro coulombs, d'où i - 38,23 mA - la chute de tension dans R1 sera: u = R x i = 1, x 38,23 = 69 v. environ.D'où: 99 - 69 = 30 v., valeur légèrement supérieure à celle supposée de 29 v. Il faut en conclure que la tension de 40 v. sera atteinte légèrement avant la fin de l'alternance. Au début de la seconde alternance non conductrice, nous avons - une tensicn de 40 v. aux bornes du relais, soit: i = t7,5 mA En considérant toujours une chute de tension de 43 % nous 21 x 22.8 aurons: 40 x 43 = 17,2 v., d'où: 40 - 17,2 = 22,8 v. et: 48 = 10 mA environ en fin d'alternance. Ces valeurs restant légèrement supérieures au point de déclenchement du relais ( 16 v. et 7 rnA ), le fonctionnement est assuré et le déclenchement se produirait relativement rapidement en cas de non rétablissement du circuit de charge sur l'alternance suivante.( 22,b x 43 = 9,8 v. et: 22,8 - 9,8 = 13,8 v. inf. à 16 v) DECODAGE : DEUX Considérons le montage FIG. 5, dans lequel - Rt est la résistance de charge du montage - R2 est la résistance réglable d'équilibrage de @ R.C I' - D1 à D4 sont les diodes de détection en pont de Wheatstone - Z est une diode zener de seuil de charge du condensateur - C est un condensateur ae valeur appropriée au fonctionnement à obtenir. - Re est un relais de tension nominale 48 vet consomrnant 21 mA de tension d'enclenchement de 36 v., soit 75 % de U nom. et 16 mA de tension de déclenchement de 16 v., soit 33,3 % de U nom. et 7 mA FONCTIONNEMENT Afin de pouvoir différencier un courant une alternance d'un courant complet, il faut attendre environ 15 mS. d'alimentation pour faire apparaitre une tension égale à celle d'enclenchement, soit 36 v. ( ce temps doit être compris entre 10 et 20 mS.) Pour que l'enclenchement ne se produise pas en fin de 1ère alternance, il faut que la charge reste inférieure à 36 v., soit 36 x 10 = 24 v. environ. Dans ces conditions 15 36 x 20 - la tension en fin de 2ème alternance sera: = 48 v. 15 Toutefois en fonc+ion d'un écrétage à 60 v. par la zener, la tension maxi sera limité à environ 40 v. d'où 17,5 mA et 17.5 - le courant moyen débité dans le relais sera: = 8,75 mA 2 - et la quantité d'électricité débitée cette fois en 20 mS. sera Q coulombs = 8,75 x 10-3 x 2. 10-2 = 175 x 10-6 = 175 micro coul. Lorsque le signal disparaitra, il faut que la tension aux bornes du relais chute entre 40 v. et une valeur inférieure à la tension de maintien, soit 14 v. (inf. à 16 v.) en une demi alternance environ, soit 5 mS; Pour cette tension de 14 v., le courant sera: i = 21 x 14 = 6,1 mA 48 40 + 14 = la tension moyenne sera: = 27 v. 17 5 + 6 1 - le courant moyen sera : @@@ 2@@@ = 11,8 mA - la valeur de la capacité assurant le fonctionnement devra être: = 2,2 pF, valeur normalisée Si: C est choisi à 4,7 F, i mA.moy devient: 127 = 25,4 mA, soit: 25,4 - 11,8 = 13,6 mA de plus devant être u 27 débités dans une résistance " R2 " de valeur : r = = = i 13,6 1,98 k.Ohms, soit: 1,8 k.Ohms, valeur normalisée. - la quantité d'électricité traversant cette résistance R2 sera: Q coulombs = 13,6 x 10-3 x 2. 10-2 = 272 x 10-6 = 272 micro coul. - pour se charger, la capacité aura emmagasinée Q = coulombs = 188 micro coulombs - la quantité d'électricité ayant traversé la résistance Ri sera: Q = 175 + 272 + 188 = 635 micro coulombs d'où: 635 C/ 20 mS = 31750 C/ sec = 31,75 x 103 x 3,6 x 103 C/ H = 31,75 x 3,6 coulombs eure = 31,75 x tout Amp. = 31,75 mA En supposant une tension d'alimentation de 110 v. eff' soit environ 99 v. moy , la chute de tension moyenne sera 40 u = 99 - = 79 v., et la valeur de la résistance R1 telle que: 2 r = 79 = = 2,5 k.Ohms, soit: 2,7 k.Ohms valeur normalisée i 31,75 - la puissance nécessaire sera: P = U x i = 79 x 31,75 = 2,5 Watts DECODAGE : TROIS Les caractéristiques et le raisonnement sont identiques au décodage UN. Le sens des diodes et polarités du condensateur sont seuls inversés. La FIG. 6 représente le circuit complet d'un TRIGIT avec: - le triple montage " A A de détection et de décodage - un commutateur " B à à quatre positions, équipé de diodes de codages. - le conducteur " C " autorisant la transmission Une particularité extrêmement importante du dispositif, est d'assurer un fonctionnement fiable dans une limite de variation de tension de plus ou moins vingt pour cent autour de la tension nominale et celà sans nécessiter de précautions particulières dans la spécification du câble de liaison ( absence de nécessité de blindage ). D'autre part, une éventuelle défaillance d'un élément de décodage libère alors une information ZERO correspondante et Immédiatement détectable sans toutefois introduire de perturbation sur les éléments voisins. Avec le matériel spécifié dans cette description, la consol -mation d'un TRIENT est de 120 mAeff environ, et le matériel employé est rigoureusement standard, donc de coût relativement peu élevé. La FIG. 7 représente, à titre d'exemple, une réalisation possible d'un ensemble de décodage pour trois TRIGITS, soit 27 positions plus le zéro. L'ensemble utilise: 6 relais à 4 inverseurs; 6 relais à 3 inverseurs, 3 relais à 2 inverseurs. Soit 15 relais au total. Les relais rep.: 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, correspondent au rep. Rel de la FIG. 6 . Les relais rep*: 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, correspondent au rep. Re2 de cette même figure. Les relais rep.: 3A, 3B, 3C, 3D, 3E, correspondent au rep. Re3, Sur les relais rep.: 1E, 2E, 3E, affectés au ème Trigit", un contact permet de n'alimenter que l'un des trois groupes: A, B, ou C, correspondants du f er Trigit. R E V E N D I C A T I O N S L'invention a pour objet: i)- Dispositif permettant de transmettre une parmi trois infor -mations codées à l'aide d'un seul conducteur. - Carctérisé par le fait que l'état repos ou état ZFRC reste différent des trois états codés. 2)- Dispositif selon la revendication 1. - Caractérisé par le fait qu'il utilise comme support de trans -mission, une tension alternative symétrique et un triple mon -tage commun de détection. 3)- Dispositif selon la revendication 1. - Caractérisé pr le fait qu'il utilise uniquement deux diodes de redressement corme élément ae codae. 4)- Dispositif selon la revendication 3. - Caractérisé par le fait que la détection s'effectue par controle effectif de quantité d'energie. 5)- Dispositif selon la revendication 2. - Caractérisé par le fait que l'aOsociation de plusieurs conducteurs et d'une même source de tension, permettent la composition d'un code total correspondant à la puissance trois du nombre de conducteurs utilisés. 6)- Dispositif selon la revendication 5. - Caractérisé par le fait que les conducteurs utilisés ne nécessitent aucune spécification de blindage, quelle que soit leur longueur. 7)- Dispositif selon la revendication 4. - Caractérisé par le fait que la matrice de décodage utilise des relais électromagnétiques simples réalisant de ce fait l'isolation galvanique entre les circuits de codage et ceux d'utilisation.