Brevet FR2399164A1 — publié le 19790223

L'invention concerne un dispositif électrique de commande multiplexée, avec transmission d'horloge, applicable notamment en électricité automobile. Jusqu'à présent, les fonctions de commande sont réalisées à bord des automobiles à l'aide de commutateurs qui agissent soit directement sur le courant de puissance commandé soit sur des relais lorsque ce courant est trop important. Il en résulte la nécessité d'amener de nombreuses liaisons électriques au tableau de bord. Le ctblage à bord des automobiles comporte donc une masse de cuivre substantielle. De plus, comme certaines des liaisons sont traversées par un courant important (phares par exemple), et qu'elles ont nécessairement une certaine résistance résiduelle, la circulation de ces courants importants s'accompagne de pertes non négligeables par effet Joule. La présente invention offre un dispositif de commande multiplexée qui permet de diminuer substantiellement le nombre de connexions nécessaires, ainsi que lesdites pertes par effet Joule. Elle s'applique non seulement aux autoiobiles, mais aussi à toute machine de grandes dimensions. L'invention prévoit généralement un circuit émetteur, placé au niveau d'un poste de commande, ainsi. qu'un circuit récepteur, placé au niveau d'organes commandés. La liaison électrique de commande entre le circuit émetteur et le circuit récepteur ne comporte aucun seul fil, qui permet de commander une pluralité de fonctions. On comprend alors qu'il suffit de ce seul fil de commande, et d'un circuit d'alimentation qui va vers les organes commandés pour leur apporter l'énergie électrique dont ils ont besoin. Selon l'invention le circuit émetteur envoie en meme temps sur la ligne des informations de commande et des signaux d'horloge affaiblis. Avantageusement, le niveau des signaux de commande est environ 5 à 30 fois plus fort, de préférence environ 5 à 15 fois plus fort que le niveau des signaux d'horloge. Dans le mode de réalisation préférentiel, le niveau des signaux de commande est environ 7,5 fois plus fort que celui des niveaux d'horloge. Le circuit émetteur comprend une source d'impulsions d'horloge, un registre d'ordres, - un compteur définissant des cycles à nombre préétabli d'impulsions d'horloge, ces impulsions étant appliquées au registre d'ordres pour en faire sortir séquentiellement des signaux de commande, ainsi que des moyens de sommation pour-appliquer sur la ligne de transmission un signal composite constitué de ces signaux de comme mande séquentiels et d'une fraction en amplitude des impulsions d'horloge. Le récepteur comprend des moyens de bascule à seuil pour traiter le signal composite afin d'en extraire les signaux de commande, des moyens soustracteurs pour reconstituer les impulsions d'horloge en soustrayant les signaux de commande du signal composite, et un registre de réception recevant lês signaux de commande à la cadence des impulsions d'horloge ainsi reconstituées. Avantageusement, le récepteur comprend aussi un registre d'exécution susceptible d'être chargé parallèlement à partir du registre de réception, et un doyen réagissant à d'impulsions d'horloge en réalisant ce chargement. Pour la transmission, la fréquence des impulsions d'horloge est avantageusement comprise entre tO et 100 kHz, de préférence voisine de 50 kHz. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés et donnée pour illustrer à titre non limitatif un mode de réalisation préférentiel de l'invention. Sur les dessins : la figure 1 représente le circuit d'alimentation du dispositif selon l'invention dans son application aux véhicules automobiles ; les figures 2 et 3 représentent respectivement le circuit émetteur et le circuit récepteur du dispositif selon l'invention, appliquée aux automobiles ; et les figures 4 et 5 illustrent deux circuits de commande utilisables en association avec le dispositif de commande selon l'invention. La description détaillée vise l'application aux véhicu les automobiles, mais il est clair que cette application n'est nullement limitative. Dans cette application, on considère la commande des fonctions associées à l'un des côtés avant du véhicule - appel de phare - veilleuse - code - phare - clignotant - essuie-projecteur. On admet que l'alimentation générale du véhicule se fait sous 12 volts continus, p8le moins à la masse. La figure 1 illustre le circuit d'alimentation utilisé par les circuits émetteur et récepteur de l'invention, à partir de cette alimentation générale. Un transistor NPN 10 (par exemple du type 2N 2905 A) a son collecteur relié à la masse du véhicule, (O V) tandis que son émetteur est relié à une ligne de sortie + 3V. La base du transistor 10 est reliée à travers une diode Zener 101, montée en inverse, et une diode classique 102 à la ligne + 12V du véhicule. Ladite base est également reliée au point milieu d'un ensemble série constitué d'un condensateur 103 allant vers la ligne + 12V, et d'une résistance 104 allant vers la ligne OV.L'homme de l'art comprendra que l'émetteur du transistor 10 reste à un potentiel de + 3V de façon régulée par la diode Zener 101, si la chute de tension nominale de celle-ci est de 9,1 V. Un circuit intégré 71 est également monté sur la ligne + 12V, et relié à l'émetteur du transistor 10, pour fournir en sortie une tension de +8V. Ce circuit intégré est avantageusement du type LH 309.La sortie du circuit intégré est reliée à la ligne +3V par un condensateur de filtrage, Ainsi, la sortie du circuit d'alimentation de la figure 1 comporte 4 connexions, l'une à + 12V (pile + de la batterie), l'une à +8V qui est la sortie du circuit intégré 11 l'une à + 3V qui est donnée par 11 émetteur du transistor 10, et l'une à OV (pôle - de la batterie). On notera que la masse du véhicule, reliée à la ligne OV, est illustrée schématiquement par trois traits horizontaux parallèles. Au contraire, la masse des circuits électroniques, qui est donnée par la sortie de la ligne + 3V, est illustrée par un trait horizontal, qui surmonte des hachures obliques. Sur la figure 2, qui réprésente le circuit émetteur de l'invention, on voit tout d'abord un registre d'entrée, du type parållèle-série, circuit intégré 74 165 par exemple. Le commodo du véhicule (non représenté fournit, après adaptation convenable des signaux d'entrée en parallèle à ce registre. Ces entrées ont été représentées par de simples contacts pour la clarté du dessin. Le registre 20 est de capacité décimale, c'est-à-dire quTil comporte 10 positions de mémoire. Une horloge 21 fournit sur sa sortie 210 un signal d'horloge dont la fréquence est par exemple égale à 50 kHz. L'horloge 21 peut s'articuler autour d'un circuit intégré 74 123 monté comme indiqué sur le dessin. La sortie 210 de horloge est appliquée tout d'abord à un circuit compteur 22, constitué par exemple d'un compteur décimal du type 7490. Des portes NON-ET 220, 221 et 222 sont couplées à ce compteur, de façon que la sortie de la porte 222 ne reste validée que pour les six premières impulsions d'horloge qui sont comptées à chaque cycle par le compteur 22. Cette sortie de la porte 222 est appliquée en même temps que la ligne 210 à une paire de portes NON-ET 230 et 231 montées en série. La sortie de la porte NON-ET 231 ne comprendra donc que les- six premières impulsions d'horloge de chaque cycle. D'autres portes NON-ET 240 à 243 coopèrent avec l'en- trée ainsi que les sorties du compteur 22, de façon connue en soi, de façon que la porte NON-ET 243 ne fournisse d'impulsion d'horloge en sortie que pour la neuvième impulsion comptée par le compteur 22 à chaque cycle. Les six impulsions d'horloge fournies par la sortie de la porte NON-ET 231 sont appliquées à une entrée d'horloge du registre 20. La sortie de la porte NON-ET 243 appliqué à la neuvième impulsion d'horloge à l'entrée de commande de chargement du même registre 20. Ainsi, à la neuvième impulsion de chacun de ces cycles de comptage, le compteur 22 commande le chargement parallèle des informations d'entrée dans le registre 20. Les six impulsions d'horloge du cycle suivant se traduisent par l'apparition en série des différentes informa tions contenues dans le registre sur sa sortie 204. Et à la fin de ce cycle se produit un nouveau chargement des informations d'entrée dans le registre 20. Le circuit émetteur de la figure 2 comprend encore un amplificateur sommateur 25, qui peut être par exemple un amplificateur différentiel du type LH0062. Cet amplificateur est monté de manière illustrée sur le dessin, son entrée inverseuse reçoit comme référence à la ligne 0V, à travers une résistance de 75 kilohms. Son entrée non inverseuse reçoit le signal à amplifier, qui est constitué de la somme du signal provenant de la porte NON-ET 231, et du signal de sortie 204 du registre 20. Cette somme est réalisée par deux résistances 251 et 254. La résistance 251 a une valeur 7,5 fois plus grande que la résistance 254, la première étant par exemple de 75 kilohms, et la seconde par exemple de 10 kilohms. Ainsi, l'amplificateur sommateur 25 reçoit du registre 20 le signal à transmettre sous forme série, à quoi s'ajoute le signal d'horloge, affaibli par rapport au premier d'un facteur environ égal à 7,5. L'amplificateur sommateur 25 applique par sa.sortie le signal mixte ainsi obtenu sur une ligne unique de transmission 26. La figure 3 illustre l'allure d'un cycle de transmission d'informations, dans les hypothèses suivantes : B = 1, ctest-à-dire appel de phare ; C w 1, c'est-à-dire veilleuse allumée ; D 3 O, c'est-à-dire feux de code éteints ; E = O, est-à-dire feux de phare éteints; F ç 1, c'et-à-dire clignotant en action ; G = Q, ctest-à-dire essuie-projecteur au repos. La première ligne de la figure 3 illustre l'impulsion de chargement parallèle du registre 20, produite par la sortie de la porte NON-ET 243. La seconde ligne de la figure 3 illus- tre la sortie de la porte NON-ET 231 qui fournit six impulsions d'horloge. La troisième ligne de la figure 3 correspond aux états apparaissant séquentiellement en sortie du registre 20, en réponse aux six impulsions d'horloge. On voit que ces états reflètent exactement les ordres qui viennent d'être indiqués. On notera que dans le cycle de multiplexage de la figure 3, les informations sont transmises dans l'ordre inverse, c'est-à-dire en commançant par la dernière de l'énoncé qui vient d'en être fait. Enfin, la quatrième ligne de la figure 3 montre la sortie de l1amplificateur-sommateur 25, où lton- retrouve les impulsions d'horloge modulant faiblement le signal de sortie du registre 20. Ainsi, tout au début lorsque G = O, on ne voit que l'impulsion d'horloge qui apparat fai blessent. Ensuite, pour F = t, l'impulsion d'horloge module faiblement un niveau logique haut ; puis, pour E P: o et D = O, on ne retrouve que l'impulsion d' horloge seule avec son faible niveau.Ensuite, pour C = 1 et B = 1 on retrouve l'impulsion dthorloge modulant un niveau haut. A noter que ce niveau haut se produit jusqu'à la fin du cycle c'est-à-dire jusqu'à la nouvelle impulsion du chargement. On décrira maintenant le circuit récepteur du dispositif de l'invention, à propos de la figure 4. L'entrée de ce dispositif est constituée par la ligne de transmission 26 déJà mentionnée. Ce signal est reçu tout d'abord par deux bascules amplificatrices à seuil (trigger), désignées par les références numériques 301 et 302, et montées en série. Du fait que le signal d'horloge incorporé au signal composite de la figure 4 est insuffisant pour déclencher ces dispositifs 301 et 302, on ne retrouve en sortie du circuit 302 que le signal de base correspondant à la sortie du registre 20 du circuit émetteur, sans sa modulation par le signal d'horloge. Ce signal est donc appliqué directement à un registre 31 du circuit récepteur de la figure 4. La sortie du dispositif 302 est également appliquée à l'entrée inverseuse d'un amplifica- teur différentiel 32. L'entrée non inverseuse de l'amplifi- cateur différentiel 32 reçoit directement le signal de la ligne 26, après son-passage dans un diviseur de tension constitué de deux résistances 320 et 321. Entre la sortie et l'entrée non inverseuse de l'amplificateur 32 est égalementplacée une résistance 324, tandis que l'entréeinverseuse re çoit la sortie du dispositif 302 par une autre résistance 323. Les quatre résistances 320, 321, 323 et 324 sont choisies pour équilibrer les deux entrées de l'amplificateur 32. Par exemple, les résistances 320 et 323 sont de valeur égale, et les résis tances 321 et 324 sont elles aussi de même valeur. Ainsi, l'amplificateur 32 peut soustraire du signal composite apparaissant sur la ligne 26 la partie information, qui correspond à la sortie du dispositif 302. On ne retrouve en sortie de ltarnplificateur 32 que le signal d'horloge, qui peut alors être appliqué par l'intermédiaire d'un amplificateur logique et inverseur 33 à l'entrée d'horloge du registre 31 déjà mentionné. De préférence, les amplificateurs basculeurs à seuil 301 et 302 sont realisés à l'aide de circuits 7415 N, lramplifi- cateur 32 est du type Lu308, et le registre 31 est du type 74164. Du fait qu'il reçoit de la part de l'amplificateur logique 33 les impulsions d'horloge, et de la sortie du dispositif 302 les informations sous forme série, ces deux types de signaux ayant transité ensemble sur la ligne de transmission unique 28, le registre 31 va se trouver chargé en série des mêmes informations que celles qui étaient contenues initialement dans le registre 20 du circuit émetteur. Les impulsions d'horloge amplifiées par la sortie de l'amplificateur 32 sont également appliquées à un circuit monostable 35, qui est par exemple du type 74 123 On peut régler la constante de temps de ce circuit monostable, qui est du type à redéclenchement, à l'aide d'une résistance 350 et d'un condensateur 351. La constante de temps du circuit monostable 35 est réglée de manière qutil fournisse un front montant quand il ne reçoit plus de signal d'horloge. On donne par exemple à ce mono stable une période de récupération égale à 4,7 fois la période d'horloge de l'émetteur. Ledit monostable fournira donc une impulsion de sortie avec un retard égal à environ 3,7 impulsions d'horloge par rapport à la dernière impulsion reçue sur la ligne unique de transmission 26. Cette impulsion de sortie du monostable 35 est appliquée à un ensemble de six bascules mémoires 36, connectées en parallèle aux sorties du registre 31. Les bascules mémoires sont par exemple réalisées à l'aide dtun circuit intégré 74 174. On voit immédiatement que ces bascules conservent le même état, indépendamment de la séquence des signaux transmis sur la ligne unique de transmission 26, jusqu'à ce que celle-ci ne traduise un changement d'état. Au contraire, le contenu du registre 31 est rafraîchi à chaque cycle de multiplexage. Ce sont donc les sorties des bascules 36 qui vont réaliser les fonctions commandées par la ligne unique de multiplexage. On remarquera que le circuit récepteur de l'invention est extrêmement simple, puisqu'il suffit des deux amplificateurs basculeurs à seuil 301 et 302 pour débarrasser le signal utile de l'horloge, et d'un amplificateur différentiel 32 pour recouvrer le signal horloge, les deux signaux ainsi séparés pouvant alors charger le registre 31. Et les informations sont mises en mémoire dans un registre mémoire 36, commandé de façon très simple par le monostable 35. La demanderesse a observé que le circuit ainsi obtenu fonctionne très bien, malgré l'absence d'une source d'horloge au niveau du circuit récepteur. En particulier, il reste possible de recouvrer les signaux d'horloge malgré leur faible niveau, et ceci même dans une ambiance fortement parasitée, comme c'est le cas dans les véhicules automobiles. Par ailleurs, on notera que s'il se produit une anomalie au cours d'un cycle de multiplexage, du fait de la transmission séquentielle des informations, celles-ci peuvent se trouver brouillées. Toutefois, si le cycle suivant est correct, il ne s'ensuivra qu'un trouble-très bref des commandes, un tel trouble tétant généralement pas sensible sur des dispositifs à forte inertie tel que des lampes à filament, ou le moteur dans le cas de ltessuie- projecteur.De surcroît, la plupart du temps, il y aura un excès d'impulsions d'horloge, qui apparaîtront donc par différence en sortie dans l'amplificateur 32, et maintiendront le monostable 35 à l'état excité. Celui-ci ne produira donc pas d'impulsion de chargement en sortie, et l'on voit que la plupart du temps les indications erronées ne seront même pas chargée dans le registre 36. La figure 5 illustre schématiquement comment on peut commander une lampe à partir de la sortie du registre 36. Cette sortie est appliquée directement à une diode Zener de 3,9 volts montée en inverse, qui est reliée à la base d'un transistor double du type ESM 117. La base du transistor est également re liée à la masse à travers une résistance de 1,5 kilohm. Et le filament de la lampe à commander est monté en série dans le circuit collecteur du transistor double ESM 117. La figure 6 montre comment on peut commander le moteur d'un essuie-projecteur à partir de la sortie G du registre 36. Deux transistors symétriques 60 et 61 sont montés en totem, interconnectés par leur collecteur. L'émetteur du transistor 6o de type PNP va à la ligne + 12V, tandis que l'émetteur du transistor 61 de type NPN va à la ligne OV. Le transistor 60 est par exemple du type 2N2905A, et le transistor 61 du type 2N2222. Chacun des transistors possède une résistance entre base et émetteur, et ils sont tous les deux commandés sur leur base à travers des diodes Zener respectives, dont les valeurs sont adaptées à leur tension de base, les deux diodes Zener étant par ailleurs reliées à la sortie du registre 36. La moteur 63 est branché entre les deux collecteurs des transistors 60 et 61 d'une part, et la masse du circuit d'autre part. On a ainsi décrit une installation de commande multiplexée qui convient notamment aux véhicules automobiles. Dans l'exemple d'application décrit, il suffit d'associer le circuit émetteur au commodo disposé au tableau de bord. Comme le tableau de bord est normalement alimenté en énergie électrique à partir de la batterie, on pourra prévoir un seul circuit d'alimentation pour les différents circuits émetteurs affectés aux différents groupes de fonctions à commander. Une ligne de commande unique ira alors depuis un circuit émetteur jusqu'à la partie avant droite du véhicule (par exemple)od elle est connectée au circuit récepteur. Par ailleurs, un circuit d'alimentation de puissance fait le tour du véhicule.Au niveau du récepteur, une autre alimentation est branchée à cette ligne d'alimentation de puissance pour produire, de la manière indiquée à propos de la figure 7, les différentes tensions nécessaires au circuit récepteur. Et celui-ci commande de la manière indiquée à propos de la figure 4 les fonctions relatives à la partie avant droite du véhicule. On a montré à propos des figurés 5 et 6 comment on peut commander une lampe ou un moteur à partir des sorties du registre 36. (Avantages quant au poids de cuivre nécessaire, et bilan sur le plan de consommation d'électricité). Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée à l'application décrite. Elle peut être également utilisée pour le câblage de grandes machines, qui s'étendent sur plusieurs dizaines de mètres. Le mode de réalisation décrit concerne 6 informations, ctest-à-dire 6 chiffres binaires. Bien entendu, on peut étendre les capacités de transmission à un plus grand nombre de chiffres binaires. A cet effet, il suffit d'augmenter la capacité du registre 20 du circuit émetteur de la figure 2, en adaptant en conséquence le compteur 22. Au niveau du rupteur , il suffit d'augmenter parallèlement la capacité du registre 31, et celle du registre mémoire 36. Un moyen très simple pour augmenter les capacités des registres consiste à monter plusieurs registres en série, à l'égard de la ligne de transmission. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande multiplexée, comprenant un circuit émetteur placé en un poste de commande, un circuit récepteur disposé auprès d'organes à commandes, et une ligne de transmission entre le circuit émetteur et le circuit récepteur, caractérisé par le fait que le circuit émetteur envoie en meme temps sur la ligne des informations de commande et des signaux d'horloge affaiblis. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le niveau des signaux de commande est environ 5 à 30 fois plus fort, de préférence environ 5 à 15 fois plus fort que le niveau des signaux horloge. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le niveau des signaux de commande est environ 7,5 fois plus fort que celui des niveaux d'horloge. 4. Dispositif selon ltune des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le circuit émetteur comprend une source d'impulsions d'horloge, un registre ordres, un compteur définissant des cycles à nombre préétabli d'impulsions d'horloge, ces impulsions étant appliquées au registre d'ordres pour en faire sortir séquentiellement des signaux de commande, ainsi que des moyens de sommation pour appliquer sur la ligne de transmission un signal composite constitué de ces signaux-de commande séquentiels et d'une fraction en amplitude des impulsions d'horloge. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le récepteur comprend des moyens de bascule à seuil pour traiter le signal composite afin d'en extraire les signaux de commande, des moyens soustracteurs pour reconstituer les impulsions d'horloge en soustrayant les signaux de commande du signal composite, et un registre de réception recevant les signaux de commande à la cadence des impulsions d'horloge ainsi reconstituées, 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le récepteur comprend aussi un registre d'exécution susceptible d'être chargé parallèlement à partir du registre de réception, et un moyen réagissant à l'absence d'im- pulsions d'horloge en réalisant ce chargement. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la fréquence des impulsions d'horloge est comprise entre 10 et 100 kHz, de préférence voisine de 50 kHz. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, appliqué à bord des automobiles.