Brevet FR2364677A1 — publié le 19780414

La présente invention se rapporte à un système électronique de radio-commande b deux voies dans lequel les deux informations sont transmises simultanément sous forme analogique. L'invention convient tout particulièrement pour la radio-commande des jouets ou maquettes tels que des modèles réduits d'automobiles, de navires ou d'avions, étant donné la très grande simplicité des circuits électroniques mis en oeuvre. Les Jouets ou modèles réduits radio-comsandés ont touours été des articles couteux et, en ce qui concerne tout au moins l'industrie du jouet, peu performants On a d'abord vu apparaître sur le marché des équipements de radio-commande fonctionnant par tout ou rien, qui exigeaient de la part des utilisateurs une dextérité qui ne pouvait s'acquérir qu'au bout d'un long apprentissage au cours duquel la maquette avait toutes les chances d'strie endommagée par une fausse manoeuvre (notamment pour les maquettes d'avion).Ensuite, sont apparus les systèmes à commande proportionnelle, plus simples d'emploi Mis aussi beaucoup plus motteux, dans lesquels on pouvait faire varier contindrent les signaux de commande pour obtenir un pilotage plus souple et plus fidèle du modèle réduit. Le prix de tels systèmes augmente encore lorsqu'on désire piloter plusieurs variables de commande de la maquette. Par exemple, pour un modèle réduit d'automobile, il peut astre souhaitable de pouvoir commander à la fois le moteur de propulsion, en marche avant ou en marche arrière, mais aussi un autre moteur associéàrnsytème pignon-crémaillère pour pouvoir orienter les roues du véhicule et par la même guider son déplacement.Jusqu'à présent les systèmes les plus perfectionnés de ce genre, c'est-à-dire les systèmes de radio-conande proportionnelle à plusieurs voies, necessitaient un équipement électronique très élaboré. On a proposé notamment une transmission par codage digital des différentes grandeurs de commande, ce qui aboutissait à un prix de revient très élevé tout-à-fait incompatible avec une diffusion en grande série. Jusqu'd présent, la radio commande des modèles réduits est donc restée réservée à une clientéle-restreinte d'amateurs avertis et n'a pas réussi à prendre la place qu'elle mérite, notamment dans l'industrie du jouet. La présente invention permet de résoudre cet inconvénient dans la mesure où elle propose un système relativement simple et utilisant peu de composants électroniques, lesquels sont par ailleurs des composants courants du commerce, peu couteux. L'originalité de l'invention réside dans le fait que les deux informations sont contenues dans une sous-porteuse modulée en fréquence, et est elle-mdme utilisée pour moduler en amplitude l'onde porteuse haute fréquence. En outre, les deux informations contenues dans la sous-porteuse modulée en fréquence sont constituées d'une part par une oscillation à très basse fréquence d'amplitude ou de fréquence variable et d'autre parttar une composante continue, d'amplitude réglable, ajoutée à l'oscillation très basse fréquence. Dans cet esprit, l'invention concerne donc un procédé de radio--commande à deux informations de commande, respectivement une première information et une seconde information, caractérisé en ce qu'il consiste - d'une part à l'émission, à élaborer un signal de modulation en effectuant la sommation des oscillations de sortie d'un premier oscillateur d'amplitude ou de fréquence réglable et d'une composante continue réglable; l'amplitude ou la fréquence dudit premier oscillateur étant représentative de ladite première information et l'amplitude de ladite composante continue étant représentative de ladite seconde information, à moduler en fréquence un deuxième oscillateur par ledit signal de modulation et à moduler en amplitude un oscillateur haute fréquence de sortie à partir du signal de sortie fourni par ledit deuxième oscillateur, et - d'autre part à effectuer les opérations inverses à la réception, de façon à isoler deux informations sous forme de signaux électriques variables, pour appliquer chacune de ces informations à un circuit de traitement respectif. L'invention couvre également les systèmes électroniques d'émission et de réception permettant de mettre en oeuvre le procédé défini ci-dessus. Ce procédé, du fait de l'utilisation d'une sousporteuse modulée en fréquence, présente tous les avantages inhérents à la transmission par modulatinn de fréquence, En particulier on obtient une très bonne insensibilité aux parasites, avantage .très important lorsqu'on utilise dans le modèle réduit, c'est-à-dire tout près du récepteur, de petits moteurs à collecteur produisant un niveau de parasites élevé. En outre, cette sous-porteuse constituant la modulation d'une onde haute fréquence modulée en amplitude, la-transmission haute fréquence est beaucoup plus simple et ne nécessite pas toutes les précautions et obligations qu'il est nécessaire de prendre pour une transmission à modulation de fréquence. Par exemple, il n'est pas nécessaire de stabiliser la fréquence de-l'onde porteuse haute fréquence.On peut aussi se passer d'un changement de fréquence à la réception, ainsi que du pilotage par quartz de l'émetteur et de l'oscillateur local du récepteur. Par ailleurs, ce système pérmet l'établissement simultané de plusieurs liaisons dans un mEme espace, ceci en choisissant simplement des fréquences différentes pour la sous-porteuse. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaitront plus clairement à la lumière de la description explicative qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure 1 est un schéma bloc d'une première variante d'un émetteur de radio-commande selon l'invention; - la figure 2 est un schéma bloc d'une deuxième variante d'un émetteur de radio-commande selon l'invention; - la figure 3 est un schéma bloc d'un récepteur de radio-commande selon l'invention utilisable en liaison avec l'émetteur de la figure 1; - la figure 4 est un schéma bloc d'un récepteur de radio-commande selon l'invention, utilisable en liaison avec l'émetteur de la figure 2 ;; - la figure 5 est un schéma plus détaillé des circuits électroniques de l'ém-etteur de la figure 1; et - la figure 6 est un schéma plus détaillé des circuits électroniques d'une partie du récepteur de la figure 3, associée avec deux moteurs et leu=5circuitvde pilotage respectifs. L'émetteur de la figure 1 comporte un oscillateur à Très Basse Fréquence OS TBF à fréquence fixe dont l'amplitude de sortie est réglée par le potentiomètre P1, et un potentiomètre P2 alimenté en courant continu. Les signaux de sortie disponibles sur les curseurs des deux potentiomètres P1 et P2 sont appliqués aux entrées d'un Etage Mélangeur M qui réalise la sommation de la tension très basse fréquence fournie par P1 et ds la tension continue fournie par P2. La sortie du mélangeur M est con nectée à un oscillateur OSFM modulé en fréquence par le signal fourni par le mélangeur M.L'étage de puissance haute fréquence est d'autre part constitué par un oscillateur Haute Fréquence OS HF et par un Amplificateur Modulateur A qui amplifie et module l'onde haute fréquence fournbpar 1'oscillateur OSHF. Autrement dit, le signal de modulation d'amplitude fourni par l'oscillateur OSFM est appliqué directement à l'entrée de l'amplificateur modulateur A qui reçoit par ailleurs les oscillations Haute Fréquence de l'onde porteuse en provenance de l'oscillateur OSHF. Les signaux de sortie de l'amplificateur modulateur A sont appliqués à l'antenne ANT1. On voit donc que dans le circuit de l'émetteur représenté sur la figure 1, les deux informations deoommandeq0peuvent être affichées par l1opérateur,sont d'une part la- tension continue prélevée sur le curseur du potentiomètre P2 et d'autre part l'amplitude des oscillations à très basse fréquence prélevées sur le curseur du potentiomètre PI. L'émetteur conforme à -la figure 2 est pratiquement identique à celui qui vient d'Stre -décrit sauf en ce qui concerne l'oscillateur OS TBF. En effet, selon le montage de la figure 2, ce n'est plus l'amplitude du signal très basse fréquence de l'oscillateur OS TBF qui est rendu variable, mais sa fréquence.Ainsi, à titre d'exemple on a représenté un oscillateur OS TBF à quatre -fréquences d'oscillation préréglées par quatre résistances N - R4 de valeur différentes L'une de ces résistances peut Entre sélectionnée au moyen du commutateur C1 (qui joue ici le même racle que le potentiomètre PI pour l'utilisateur) ce qui permet de faire changer, par exemple, la valeur de la constante de temps du circuit R - C qui détermine la fréquence de fonctionnement de l'oscillateur OS TBF. Bien entendu, on aurait tout aussi bien pu rendre variable la capacité du même circuit R- C, au moyen du même commutateur C1. Si on considère, à titre d'application, le cas d'un modèle réduit de voiture radio-cowmandée, l'émetteur de la figure 1 pourra transmettre deux informations de commande, continument atustableset simultanément. Par exemple, le potentiomètre PI pourra régler le sens et la vitesse de rotation du moteur de propulsion de la maquette tandis que le potentiomètre P2 pourra agir sur l'orientation des roues de direction de celle-ci. Avec l'émetteur de la figure 2, la direction du véhicule sera toujours assurée par le potentiomètre P2 tandis que la vitesse et le sens de rotation du moteur de propulsion sexat/aJustés par le commutateur C1.Par exemple, la mise en circuit des résistances R1 ou R2 par le commutateur C1 pourrait commander la marche avant de la maquette à petite ou grande vitesse tandis que les résistances R3 et R4 pourraient commander la marche arrière de cette mime maquette à petite ou grande vitesse. La figure 3 qui représente le schéma bloc d'un récepteur adapté au type d'émetteur représenté sur la figure 1, se compose d'une antenne ANT2 connectée à l'entrée d'un récepteur haute fréquence R. Ce récepteur est classique et ne sera pas décrit en détails, il peut être indifféremment du type à changement de fréquence, à amplification directe ou à super-réaction. Comme le signal capté par l'antenne ANT2 présente un niveau qui est fonction de l'éloignement de l'émetteur par rapport au récepteur, il est par conséquent nécessaire que le récepteur R comporte un étage final d'amplification et d'derdtage de sorte que les signaux basse fréquence modulés en fréquence transmis au discriminateur ou démodulateur D soient d'amplitude constante. Ce discriminateur reçoit donc la sous-porteuse modulée en fréquence, en provenance du récepteur R, et délivre - une tension continue représentative de la tension ajustée par le potentiomètre P2 sur la figure 1; cette tension continue est disponible en S1. - un signal basse fréquence disponible en S2 qui est transmis par l'intermédiaire d'un filtre F à un détecteur DT délivrant en S3 une tension continue représentative de l'amplitude du signal ajustée par l'opérateur au moyen du potentiomètre P7 de l'émetteur. Dans ce type de récepteur, le filtre F, réglé sur la basse fréquence de modulation, est facultatif et sert simplement à assurer une meilleure résection des signaux parasites. Le récepteur représenté sur la figure 4, convenant particulièrement pour le type d'émetteur illustré à la figure 2, comporte lui aussi une antenne ANT2, un récepteur R et un discriminateur D, agencds de la même façon que précédemment. Ainsi, une tension continue variable, représentative de la tension affichée par le potentiomètre P2 de l'émetteur de la figure 2, est disponible à la sortie S1. Un signal basse fréquence de modulation est également disponible en S2. Cependant, ce signal peut avoir quatre fréquences différentes suivant la position du commutateur CI de l'émetteur de la figure 2.En conséquence, le récepteur de la figure 4 comporte quatre filtres F1 - F4, connectés en S2, chaque filtre étant accordé sur l'une des fréquences prédéterminées pouvant être sélectionnéepar C1. En conséquence, pour chaque position du commutateur C1 de l'émetteur, l'un des filtres et l'un d'eux seulement transmettra un signal de modulation important qui sera/transformé, par un détecteur DT1 à DT4 correspondant, en une tension continue pouvant après amplification commander un moteur ou tout autre système électromagnétique.Autrement dit, le fait de sélectionner une fréquence déterminée à l'émission, par le commutateur C1, permettra à la réception de faire apparaître une tension continue sur une seule des quatre sorties S31, S32' S33 ou S34 du récepteur de la figure 4. Si on se reporte maintenant à la figure 5, qui montre de façon plus détaillée un émetteur de radio-commande selon l'invention conforme au schéma bloc de la figure 1, on reconnait les diffrentes parties fonctionnelles de ce dernier sépares les unes des autres ple plusieurs lignes verticales en traits interrompus. Ainsi, le transistor T1 constitue l'élément actif de l'oscillateur très basse fréquence OS-TBF et le potentiomètre PI est monté dans son circuit de collecteur en tant que résistance de charge de sorte que le condensateur C'1 relié au curseur du potentiomètre P1 transmettra au transistor T2 une oscillation très basse fréquence dont l'amplitude sera ajustée par PI. Le transistor T2 constitue donc l'essentiel du mélangeur M. En plus des signaux en provenance de C1 > , la base de ce transistor reçoit une tension continue réglable ajustée par P2 Le transistor T2 effectue donc l'addition des signaux provenant de P1 et de P2. I1 est monté en émetteur commun et sa sortie est reliée à l'entrée d'un oscillateur basse fréquence modulé en fréquence OS-FM. Autrement dit, la fréquence de cet oscillateur est modulée par le signal provenant du transistor T2.Un tel oscillateur OS-FN est facilement réalisable à partir d'un circuit intégré CI disponible dans le commerce et de quelques composants supplémentaires dont un potentiombtre P connecté pour ajuster la fréquence centrale de 11osci01ateur basse fréquence. L'oscillateur est eonçu pour que le signal de sortie varie en fréquence par tout ou rien et constitue ainsi la sous-porteuse du signal définitif. L'oscillateur haute fréquence OS- HF se compose essentiellement d'un transistor T4, d'une inductance L montée dans son circuit de charge et d'un quartz Q destiné à rendre la porteuse du signal parfaitement constante. La fréquence porteuse ainsi engendrée est ensuite transmise à la base du transistor T3 qui constitue la partie active de l'amplificateur haute fréquence de sortie A. C'est également au niveau de l'émetteur de ce transistor T3 qu'est appliqué le signal de modulation en provenance de l'oscillateur OS-FN. Ainsi, le signal tout ou rien provenant de cet oscillateur connecte l'étage de puissance constitué par le transitor T3 pour les zéros de ce. signal. Le tout est transmis à l'antenne ANT1 par l'intermédiaire d'un condensateur de liaison C. L'ensemble de l'émetteur est alimenté à partir dgune source de tension continue S, par exemple une pille de neuf volts, stabilisée par un circuit à diodes zener comportant un transistor T5 et la diode Z. Le schéma de la figure 6 représente, de façon plus détaillée, un récepteur conforme au shcéma bloc de la figure 3, sauf en ce qui concerne l'antenne ANT2 et le récepteur R, qui ne sont pas représentés. Ainsi, ltentrée E sur la figure 6 est celle du modulateur D constitué là encore par un circuit intégré et un certain nombre de composants annexes. A la sortie de démodulateur-D, on obtientGn signal constitué de la superposition d'oscillations d'amplitude variable réglée par le potentiomètre P tension continue d'amplitude également ajustable par l'intermédiaire du potentiomètre P2 de ce même émetteur. La composante alternative de ce signal est prélevée par un condensateur C3 et transmise à un amplificateur sélectif à très basse fréquence, constituant le filtre F, dont l'élément actif est constitué par un amplificateur opérationnel A01. Le signal basse fréquence ainsi débarrassé des résidus HF de la fréquence porteuse est ensuite appliqué à un circuit redresseur à diodes d et capacités. Cette tension continue qui est ensuite appliquée à l'entrée e de l'amplificateur A1, est donc proportionnelle à l'amplitude de la tension alternative fournie par le démodulateur D et réglée en fait par le potentiomètre PI de l'émetteur. D'autre part, l'amplificateur A1 constitue une partie d'un ensemble d'amplification différentielle formé par les amplificateurs A1 et A2 montés tEte-bêche de chaque côté d'un moteur M1. En fait l'amplificateur A1 est ajusté pour avoir un gain correspondant à un fonctionnement à pleine vitesse du moteur M1, tandis que l'amplificateur A2 présente un gain unité et qu'une partie de la tension aux bornes du moteur M1 lui est appliquée en contre-réaction par l'intermédiaire d'un circuit comportant un condensateur C5 et deux résistances R;, R2. Ainsi, lorsque une tension de même valeur est appliquée par les deux amplificateurs des deux c8tés du moteur M1 celui-ci s'arréte. Ceci correspond au milieu de l'excursion de tension issue des diodes d.Si au contraire, la tension fournie par ces dernières est soit inférieure soit supérieure audit milieu de ladite excursion, le moteur tourne alors soit dans un sens, soit dans l'autre, suivant le signe de la tension différentielle qui lui est en fait appliquée par l'intermédiaire de l'ensemble d'amplification différentielle constitué par les deux amplificateurs A1 et 4. A titre d'exemple, si le modèle réduit associé au récepteur est une automobile, le moteur N1 est le moteur de propulsion de ladite automobile qui peut donc être commandé aussi bien en marche avant qu'en marche arrière. Si on revient maintenant à la sortie du démodulateur D, on voit que la composante continue du signal subie elleaussi un traitement particulier. Cette composante continue du signal de sortie du démodulateur sera en fait utilisée pour la direction du jouet. Pour cela, l'axe des roues directrices de l'automobile miniature est muni d'une crémaillère coopérant avec un pignon tandis qu'un potentiomètre est associé à ce système mécanique, d'une façon classique qu'enta pas été jugé utile de représenter, de façon à présenter une résistance variable (reprQseatée en R sur la figure 6), selon que les roues sont dirigées vers la droite ou vers la gauche. La résistance R est montée en série avec une résistance de calage r .Le signal issu de la résistance R du potentiomètre est ensuite appliqué à une entrée d'un azplificateur opérationnel différentiel A02 qui est par ailleurs connecté à la masse par l'intermédiaire d'un condensateur C4 de sorte que cette entrée de l'amplificateur A02 n'est ainsi sensible qu'à la composante continue de la sous-porteuse issue du démodulateur D. La sortie de l'amplificateur A02 est appliquée à une des bornes d'un moteur de commande M2 du pignon susmentionné, tandis que l'autre borne est portée à un potentiel V/2 constant. Ainsi, pour une tension de sortie de l'amplificateur différentiel A02 supérieur à V/2, le moteur N2 tourne dans un sens, alors qu'il tourne dans l'autre sens pour une tension de sortie inférieure à V/2. Par ailleurs, grtce à son pignon, le moteur N2 entraRne la crémaillère de direction, donc fait varier la résistance R, de manière à rétablir la tension è V/2 pour que les roues restent dans une position fixe. On obtient ainsi une commande de direction proportionnelle à l'actionnement du potentiomètre P2 de émetteur de la figure 5. La nervosité de la commande est ajustée par le gain de l'amplificateur différentiel . Le système de la figure 6 comporte en outre un circuit de sécurité)constitué essentiellement par les .transistors T5 et T61 qui devient actif en l'absence d'émission HF . Lorsque la sortie de ce circuit de sécurité engendre un signal, celui-ci est mis à profit pour inh-iber à la fois l'ensemble d'amplification différentielle constitué par les amplificateurs A1 et A2 et d'autre part l'amplificateur A02. La présence de ce circuit de sécurité permet d'éviter que le récepteur ne donne des instructions fantaisistes en l'absence d'émission. réelle -d'un signal de commande en provenance de l'émetteur. L'ensemble de la figure 6 est alimenté à partir de sources d'alimentation de courant continu S et S', la source S' étant une source de tension réputée analogue -à celle décrite en référence à la figure 5. Bien entendu, l'invention n'èst nullement limitée aux différents modes de réalisation qui viennent d'être décrits. En particulier, elle peut s'appliquer à la commande de n'importe quel type de modble réduit : automobiles, bateaux, avions, etc...0n peut également envisager de commander plusieurs jouets à partir d'un même émetteur. I1 suffit pour cela que ledit émetteur puisse émettre sur plusieurs valeurs présélectionnées de haute fréquence porteuse, dans la gamme autorisée, chaque récepteur étant alors accordé sur l'une de ces fréquences. On peut également se contenter d'une seule fréquence porteuse mais faire varier la fréquence de l'oscillateur OS-FN modulé en fréquence par les signaux TBF. C'est dire que l'invention couvre tous les équivalents techniques des moyens mis en jeu si ceux-ci le sont dans le cadre des revendications qui suivent. R E V E N D I CA TI O N S 1. Procédé de radio-commande à deux informations de commande, respectivement une première information et une seconde information, caractérisé en ce qu'il consiste : - d'une part à l'émission, à élaborer un signal de modulation effectuant l'addition des oscillations de sortie d'un premier oscillateur d'amplitude ou de fréquence réglable avec une composante continue réglable; l'amplitude ou la fréquence dudit premier oscillateur étant représentative de ladite première information et l'amplitude de ladite composante continue étant représentative de ladite secnnde information, à moduler en fréquence un deuxième oscillateur par ledit signal de modulation et à moduler en amplitude un oscillateur HF de sortie à partir du signal de sortie fourni par ledit deuxième oscillateur, et - d'autre part à effectuer les opérations inverses à la réception de façon à isoler deux informations sous forme de signaux électriques variables et à appliquer chacune de ces informations à un circuit de traitement respectif. 2. Dispositif de radio-commande, pour la mise en oeuvre duprocédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un émetteur constitué d'un oscillateur très basse fréquence comportant un organe de commande de sa tension alternative de sortie, une source de tension continue, un organe permettant de faire varier ladite tension continue entre deux limites, un organe mélangeur recevant la tension alternative et la tension continuejet qui est relié à un oscillateur BF à modulation de fréquence, dont la fréquence de sortie est modulée par le signal provenant de l'organe mélangeur de manière à constituer la sous-porteuse du signal définitif, la sortie de l'oscillateur BF étant connectée à l'entrée de modulation d'un étage HF d' émission comportant un oscillateur HF et un amplificateur HF; de sorte que le signal de sortie dudit étage d'émission HF, transmis.à une antenne d'émission, contient une information modulée en amplitude et correspondant aux signaux provenant d'une part de ladite tension alternative et dtautre part de ladite tension continue. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'oscillateur HF précité est un oscillateur piloté par quartz. 4. Dispositif selon l'une des revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un récepteur constitué d'un étage de détection à modulation d'amplitude dont la sortie est reliée à un démodulateur FM, ledit démodulateur restituant à sa sortie une information représentative d'une part de ladite tension continue et d'autre part de ladite tension alternative dudit émetteur; un moyen de redressement étant connecté par l'intermédiaire d'un condensateur d'isolement ou analogue à la sortie dudit démodulateur et ayant lui-même sa sortie reliée à un premier ensemble d'amplification différentielle connecté à un premier moteur, tandis qu'un second ensemble dtamplification différentielle est également connecté à la sortie dudit démodulateur par l'intermédiaire d'un moyen d'élimination de composante alternative et d'une résistance variable; la sortie dudit second ensemble d'amplification différentielle étant connectée pour alimenter un second moteur dont l'arbre est mécaniquement couplé à l'organe d'actionnement de ladite résistance variable. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le premier moteur constitue l'organe de commande de la propulsion d'un jouet, le second moteur constituant l'organe de commande de la direction dudit jouet et entratnant un potentiomètre asservi pour ramener constamment l'alimentation dudit second moteur à une valeur nulle correspondant à une direction donnée des moyens de direction du jouet. 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un circuit de sécurité ou d'inhibition, connecté pour détecter la présence d'un signal de commande en provenance dudit émetteur et dont la sortie est connectée pour inhiber les premier et second ensemble d'amplification différentielle lorsque ledit émetteur n'est pas en service. 7. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit premier ensemble d'amplification. différentiel- le. comporte un premier amplificateur de gain donné et un second amplificateur de gain unité; tandis qu'un circuit de contre-rdaction est connecté entre la sortie dudit premier amplificateur et ledit premier moteur d'une part et une entre dudit second amplificateur, de sorte que pour une certaine tension appliquée audit premier ensemble d'amplification différentielle , ledit premier moteur ne tourne pas, tandis qu'il tourne dans un certain sens pour une tension supérieure et dans l'autre sens pour une tension inférieure.