Brevet FR2518336A1 — publié le 19830617

L'invention se rapporte à un système de transmissions d'informations codées par infrarouge. La transmission d'ordres par infrarouge est très intéressante pour les faibles distances de liaison. La transmission d'information an infrarouge ne produit aucun brouillage dans le spectre des fréquences radio. A la réception, le capteur infrarouge est totalement insensible aux brouillages haute fréquence parasites d'origine électromagnétique'. L'invention concerne les dispositifs de télécommande A plusieurs voies simultanées en infrarouge modulé. Le système comprend un émetteur portatif ou kventuellet ment fixe dont les commandes se font au moyen de combinateurs et de boutons poussoirs ou par tout autre système. L'alimentation de l'émetteur se fait par batteries d'aecumulateurs, Le récep- teur muni d'une sonde infrarouge amplifie, démodule et traite les informations pour les restituer sous forme d'impulsions Xlec- triques au moyen de relais. Ce principe de télécommande est déjà connu en onde hertzienne. L'invention vise un dispositif de télécommande par infrarouge modulé qui présente une trbs grande sécurité de fonc- tionnement. Utilisable pour des distances de quelques dizaines de mètres. Les systèmes connus, par exemple : Télécommande infrarouge appliquée aux téléviseurs ou chaine hauts fidélité. Inconvénients : La liaison peut se faire seulement sur une distance faible, quelques mètres, elle est fortement influencée par la libre ambiante. Les ordres ne peuvent hêtre transmis que les uns après les autres et non simultanément. Le délai d'enregistrement de l'ordre est assez long. L'invention vise un dispositif de télécommande infra rouge beaucoup plus performant ne présentant pas les inconvé- nients que l'on vient de citer. L'invention consiste en un dispositif de transmission de signaux codés en infrarouge dont la portée peut atteindre plusieurs dizaines de mètres, la liaison ne se trouvant pas affectée par les lumières ambiantes. La directivité de la liaison n'est pas très marquée, elle s1 inscrit dans un cône de 90 degrés à l'émission et dans un cône de 160 degrés au moins à la réception. Cette caractéristiqua de directivité est valable même pour les distances maximales de fonctionnement. L'invention concerne enfin le système de télécommande par infrarouge que l'on vient de mentionner ci-dessus, et dont les caractéristiques principales résident dans le fait que - L'émetteur produit un faisceau infrarouge modulé en amplitude par une fréquence quelconque, par exemple de 30 à 500 KHz. Cette fréquence que l'on va appeler.porteuse, sera modu- lée en fréquence par un train dtimpulsions codées. Le train d'impulsions renferme les signaux utilises pour la com- mands d'ordres, mais renferme également des signaux d'identifica- tion, ces signaux d'identifications permettent de composer un programme interne différent pour chaque émetteur. Ce système de programmation interne sera très apprécié dans le cas d'utilisation de plusieurs émetteurs dans le meme local ou dans une petite zone de travail. La programmation n'est pas nécessairement fixe, mais peut-ttre modifier par l1opérateur d'une façon très simple extérieurement à l'appareil émetteur. Ce système présente ltavant2ge de pouvoir commander séparément avec un seul émetteur plusieurs engins ou machines simplement en faisant correspondre les signaux d'identi- fication entre l'émetteur et les récepteurs respectifs. Dans ce cas précis le signal d'identification est différent sur chaque récepteur, à moins de vouloir faire fonctionner deux ou plusieurs récepteurs simultanément avec le meme émetteur. - Le récepteur est destiné à recevoir le signal infrarouge que s'il possède la particularité d'entre modulé en amplitu- de par une fréquence donnée, correspondant à celle émise. Cette fréquence doit être très précise. Cette fréquence étant reçue, elle est fortement amplifiée puis démodulée par un détecteur en modulation de fréquence pour en extraire le codags sous forme d'impulsions. Ensuite un décodeur prend en charge le signal démodulé pour en extraire l'ordre transmis et le rétablir sous forme de la fermeture d'un relais. Le système qui vient deAtPe décrit peut transmettre 20 ordres simultanément, et possède 16 ppssibilités de programma- tions différentes. Il va de soi que si le nombre d'ordres est différent ou si le nombre de possibilités de programmations est différent le système reste dans le cadre de l'invention. SECURITE DE TRANSMISSION PAR RAPPORT AU SYSTEME A ONDE HERT ZIENNE : -- Abscence totale de brouillage venant de ltextérieur. - Aucun rayonnement haute fréquence produit. - Possibilité de délimiter avec précision le rayon d'ac tion de l'appareil. - Obligation pour l'opdrateur de s'orienter vers la ma chine à commander. - Abscence totale de l'influence de parasites radioélec triques, fort nombreux -et puissants en ambiance in dustrielle. Le récepteur après avoir reçu et amplifié le signal infrarouge modulé à une fréquence bien précise, doit après démodulation reconnaitre si le train d'impulsion a bien les caractéristiques requises à savoir : - Chaque train d'impulsions doit-être séparé du train d'impulsions suivant par une période d'abscence de modulation permettant au compteur d'impulsions de se remettre h zéro, pour se préparer à compter de nouveau les impulsions du prochain train d'impulsions. Cette période de remise à zéro des compteurs doit être égale à la dite durée donnée. - Le nombre d'impulsions contenu dans chaque trains d'impulsions doit être le dit nombre donné. - La largeur des impulsions servant à l'identification du code, cette largeur doit être d'une valeur donnée et les impulsions concernées à un emplacement donne à l'intérieur du train d'impulsions. Divers autres avantages de l'invention seront mis en évidence dans la description qui va suivre faite-en regard des dessins annexés et donnant, à titre explicatif mais nullement limitatif, un exemple de réalisation. Ces dessins'montrent : En fig. 1 : Une vue schématique eneperspective d'un ensemble émet teur récepteur de télécommande en infrarouge selon l'invention. En fig. 2 : Le schéma synoptique de l'émetteur infrarouge dont chaque module correspond à un circuit électronique spécialisé. En fig. 3 : Le système de codage. En fig. 4 : Le schéma synoptique du récepteur infrarouge. Sur la fig. 1 L'émetteur 11 est un pupitre qui peut être fixe ou portatif, il comporte sur la face supérieure des télémanipu- lateurs ou des combinateurs 13 et éventuellement plusieurs boutons poussoirs de commande 14. L'émetteur 11 lorsqu'il est en fonc tionnement émet un faisceau d'infrarouge modulé au moyen d'un groupe de diodes électroluminescentes 12. Ce faisceau d'infrarou ge est modulé à 100 % en amplitude par un signal de fréquence donné (par exemple 100 KHz). Cette fréquence de 100 KHz est ellemême modulée en fréquence au rythme des impulsions provenant du codeur. Le boitier récepteur 17 renferme toute l'électronique ain- si que les relais de sortie. Le récepteur 17 est relié au boitier 15 au moyen d'un câble coaxial de lonqueur quelconque d'impédance 50 OHMS. Le boi- tier 16 est un capteur infrarouge, il contient un préamplificateur accordé sur la fréquence porteuse transmise par le rayonnement infrarouge. Le boitier 1-6 comporte sur une de ses faces, une ou plusieurs photodiodes 15 sensibles à ltinfrarouge eimunies dtun filtre infrarouge dans la longueur d'onde 900 à1OO0 nm. Le boitier 16 du fait de ses petites dimensions et de son faible poids, peut être fixé à l'endroit idéal pour établir une transmission dans de très bonnes conditions. Lorsque lton veut obtenir une portée supérieure à quelques dizaines de mètres, ou lossque l'on désire obtenir une bonne transmission parmi des obstacles susceptibles de couper la liaison optique entre l'émetteur et le capteur 16. On a la possibilité de réunir plusieurs capteurs 16 en dérivation, an installant ces capteurs à des endroits choisis en vue de supprimer les interruptions de transmissions.Les sorties électriques des relais 18 sont disponibles sur un connecteur à la base du coffret Une télécommande du type indiqué ci-dessus en raison de la haute sécurité de transmission, de l'abscence de brouillage d'origine électromagnétique, et surtout de la possibilité de délimiter avec une bonne précision le rayon d'action de l'appareil lorsqu'il s'agit de liaison de quelques dizaines de mètres, et en raison également de la directivité réglable du faisceau infrarouge trouve une application particulièrement intéressante dans différentes industries telles que : - Travaux publics : commande de bull dozers, chargeurs, pelles mécaniques etc. - Mines, carrières etc. - - Sidérurgie : engins de manutentions, ponts roulants, télémanipulateurs, machines outils etc. - Cette liste n'est pas limitative. En fig. 2 elle donne le shama synoptique simplifié de l'émetteur 11. L'émission infrarouge consiste à faire passer un courant don- né dans une ou pulsieurs diodes électroluminescentes 24 connectées en série. Ce courant déterminé avec précision est fourni par le module 23, le courant est découpé par le module 22 à la fréquence correspondant à celle de la porteuse citée antérieurement. Cette fréquence porteuse prend naissance dans un oscillateur 19 réglé pour ce cas précis à 100 KHz. Cet oscillateur peut-être, à oscillateur libre, type Hartley ou autres ou synthétisé par une fréquence ce d'oscillation à quartz ou système à verrouillage de phase (PLL). Cet oscillateur 19 voit sa fréquence varier légèrment en plus et en moins par le modulateur 20 suivant le niveau logique des im- pulsions venant du codeur 25. Un étage séparateur amplificateur 21 est conseillé. Les quatre interrupteurs 26 suivant leur état, fermé ou ouvert donnent la possibilité de 16 programmes différents. Les interrupteurs 26 peuvent être réalisés sous forme de bouchons de codage ou de sélecteurs à commutateurs. Le train d'impulsions généré par le codeur 25 est composé de 24 impulsions. Quatre sont réservées au programme d'identi- fication. Les vingt autres sont utilisées pour la commande d'ordres La largeur de chacune de ces impulsions étant déterminées par l'ouverture ou la fermeture des interrupteurs 27 correspondants. La Fig. 3 montre la forme d'une partie du signal de codage. La configuration du signal 28 signifie que les voies d'ordres 1, 2 et 3 sont à ltétat repos. C'est-à-dire que les interrupteurs 27 correspondants sont ouverts. En 28, la voie 1 est représentée en pointillé à l'état travail. Une partie d'un nouveau train d'impulsions est représen tée an 29 avec la voie 1 et 3 à l'état travail. Ce qui se concré- tise à la réception par une sortie à niveau logique 1 pour les voies 1 et 3 et niveau logique 0 pour les 18 autres voies. Deux trains d'impulsions consécutifs 30 sont représentés avec un espace libre entre les 2 trains, cet espace permet aux compteurs de se remettre à zéro, au niveau du décodage à la réception. La fig. 4 montre sous forme de schéma synoptique le principe du récepteur infrarouge. Ce récepteur se caractérise par la boite capteur 16 qui renferme un préamplificateur à grand gain 31 et faible bruit ayant une bonne sélectivité pour une fréquence don lée. L'entrée du préamplificateur 31 est directement excitée par la ou les photodiodes 15. La sortie du préamplificateur 31 comporte une prise coaxiale ou autre permettant de diriger le signal déjà amplifier au travers d'un câble de type caaxia-l ou autre vers un amplificateur sélectif 33 lui aussi accordé sur la même fréquence par exemple 100 KHz. Le signal infrarouge capté par la photodiode diminuant très fortement avec la distance d'émission, il faut amplifier d'une façon considérable le très faible signal utile reçu. Le signal utile, car il y a grand nombre de sources de signaux infrarouge parasites. La discrimination entre le signal utile sn loccurence la fréquence porteuse de 100 KHz et las signaux parasites générés : par des lampes d'éclairage, par les arcs électriques, par le soleil, le rayonnement provenant du métal en fusion etc, se fait dès le départ dans le circuit préamplificateur 31. Mais on ne peut amplifier indéfiniment un signal aussi faible sans obtenir des phénomènes d'instabilité et surtout un mauvais rapport signal / bruit. Le bruit dans l'amplication d'un signal est également fonction de la sdlectivitd du circuit amplificateur. Plus le circuit est sélectif, plus le bruit est faible, donc plus le gain utile est élevé. Le principe qui est appliqué ici à l'amplification d'un signal issu d'une photodiode est le principe du récepteur superhétérodyne. Sorti de l'amplificateur sélectif 33 le signal de 100 KHz toujours modulé en fréquence parvient dans le mélangeur 34. Ce mélangeur 34 reçoit-aussi le signal d'un oscillateur fixe 35 d'une fréquence F 1. Le signal résultant de ce mélange peut être Fl + 100 KHz ou bien F1 - 100 KHz. On sélectionne le battement supérieur ou inférieur au moyen d'un filtre à la sortie du mélangeur 34. Le signal est dé nouveau fortement amplifié, mais sur une autre fréquence, par un amplificateur de fréquence intermédiaire 36. Cet amplificateur peut être doté d'un filtre mécanique ou céramique adapté à la fréquence et à la largeur de bande à transmettre. Le signal est ensuite acheminé vers un détecteur de modulation de fréquence 37 à-coincidence ou en quadrature ou å un 'détecteur de rapport. Après démodulation on extrait enfin le signal digital qui sera appliqué au décodeur 38 Le dispositif d'amplification au moyen d'un amplificateur type superhétérodyne a été utilisé ici afin d'obtenir une amplification très poussée avec ltassurance d'une bonne stabilité. Le gain exploitable obtenu avec ce dispositif peut dépasser 120 dS Le décodeur 39 reçoit les trains d'impulsions amplifiés et mis en forme par 38. Le décodeur 39 est composé d'un compteur décimal à trois décades qui ne prend en compte que les 24 impulsions qui caractérisent un train d'impulsions complet. Les vingts premières sont triées et dirigées respewtiw vement suivant leurs largeurs vers 20 mémoires. Les quatre dernières impulsions sont réservées pour les instructions de validation prises en compte par le circuit d coincidence 40 Le nombre binaire formé par l'état des interrupteurs de sélection 44 doit correspondre rigoureusement au nombre binaire établi à l'émission de code. Si la coincidence des 2 nombras ngest pas établie, il y a blocage au niveau "logique O" de toutes ses sortis vers la platina à relais 42. Il est bien entendu que de nombreuses variantes paument être apportées aux dispositifs dXcritsS en particulier par un homme de l'art, sans pour cela sortir du cadre ni de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de télécommande à distance de-20 ordres simultanés utilisant émission d'un faisceau infrarouge modulé en amplitude par une fréquence porteuse de plusieurs dizaines ou centaines de KHz, fré-quence porteuse qui elle-même se trouve modulée en fréquence par un train d'impulsions codées porteur de l'information à transmettre, caractérisé en ce qufil comprend un dispositif d'émission de source infrarouge (11) modulé au moyen de diodes électroluminescentes à partir d'un pupitre de commandes fixe ou portatif (11), un boitier métallique capteur (16) amovible ou fixe permettant la réception du signal infrarouge modulé, ce boitier contenant sur une de ses faces une ou plusieurs photodiodes et à l'intérieur un préamplificateur à faible bruit accordé sur la fréquence porteuse d'émission, le signal étant transmis sous faible impédance par câble coaxial (32) jusqu'au récepteur 17 proprement dit, qui amplifie fortement ce signal et le restitue, après démodulation, sous forme dlimpulsions d'ordres. 2. Dispositif selon la rev. 1 caractérisé en ce que le support de l'information et un rayonnement infrarouge modulé en amplitude à 100 % par une fréquence porteuse. 3. Dispositif selon la rev. 2 caractérisé an ce que ladite fréquence porteuse se trouve elle-même modulée en fréquence au rythme des impulsions provenant du codeur. 4. Dispositif selon la rev. 1 carac-térisé en chaque la circuit (23) alimentant les diodes électroluminescentes d'émission infrarouge est modulé en amplitude par une fréquence porteuse générée par un oscillateur libre (35) ou bien par un circuit à verrouillage de phase appelé PLL (Phase Locked Loop) ou bien par une synthèse de fréquences d'oscillateurs à quartz. 5. Dispositif selon la rev. 1 caractérisé par le fait que la ou les photodiodes de réception (ils) placées sur le boitier capteur (16) sont munies d'un filtre INFRAROUGE entre 900 et 1000 nm. 6. Dispositif selon la rev. 5 caractérisé par le fait qu'à l'intérieur du boitier capteur (16) se trouve un amplificateur accordé à haute sensibilité et à sortie basse impédance. 7. Dispositif selon la rev. 1 caractérisé par le fait que le récepteur (17) amplifie et démodule le signal issu du préamplificateur (31). 8. Dispositif selon la rev. 7 caractérisé en ce que le signal issu de la photodiode après préamplification est de nouveau amplifié dans un.système à mélange de fréquences appelé superhétérodyne. 9. Dispositif selon la rev. 1 caractérisé en ce que le signal numérique ou bloc d'information contient un certain nom bre d'impulsions réservées à l'identification du du message. 10. Dispositif selon la rev. 1 caractérisé par le fait que las ordres envoyés depuis le pupitre émetteur (11) sont exécutés au moyen de combinateurs ou télémanipulateurs (13) et boutons poussoirs (14). 11. Dispositif selon les rav. i et 4caractérisé par le fait que la source génératrice d'infrarouge est constituée de plusieurs diodes électroluminescentes (24) connectées en série et disposées de telles sortes que la conne d'émission offre une ouverture de t 450 par rapport' à l'axe.