Brevet FR2545623A1 — publié le 19841109

La présente invention concerne un dispositif électronique temporisateur qui, de par sa conception électronique, peut être miniaturisé et dont le fonctionnement ne nécessite qu'une quantité d'énergie réduite. Jusqu'à présent, il existe un grand nombre de temporisateurs réalisés à partir de moyens mécaniques ou électroniques Il st apparu récemment des temporisateurs électroniques programmables, utilisant des diviseurs réalisés an technologie d'intégration à grande échelle dite o pilotés par une horloge à quartz. Ces tempori- sateurs qui présentent déjà un progrès important quant à 1 économie d'énergie qu'ils procurent, nécessitent néanmoins une quantité d'énergie relativement importante cette quantité d'énergie est souvent une fonction croissante de la précision. La présente invention, également basée sur l'utilisation d'oscillateurs, a pour avantage principal de programmer des durées de temps avec une très grande précision tout en ne nécessitant qu'une très faible énergie de fonctionnement. Le dispositif, capable de délivrer un signal lorsque un temps que l'on aura déterminé à l'avance sera écoulé, peut être utilisé pour différents besoins : à des fins militaires pour l'auto-amorçage de mines ou de fusées ..., ou à des fins commerciales (horlogerie, temporisations diverses...). Dans son principe, la présente invention utilise deux oscillateurs. Le premier, qui peut être du type oscillateur " résistance capacité ", est toujours en fonctionnement et oscille à une fréquence f@ très basse (par exemple environ 1 Hz). Le second, qui peut être du type oscillateur à quartz, est mis an fonctionnement seulement pendant certains intervalles de tempe et pour de courtes durées Il oscille à une fréquence P2 plus élevée, par exemple de l'ordre de 32 KHz. Le premier oscillateur est utilisé comme une horloge et envoie des impulsions périodiquement dans un compteur. C'est au niveau de ce compteur et par un remplissage préalable des niveaux internes du compteur que se fait la programmation. Le second oscillateur sert de synchronisation, il contrôle et " réajuste la fréquence du premier oscillateur. L'ensemble des deux oscillateurs adjoint à un système logique de comm#ande est capable de délivrer un signal su bout du temps prédéterminé par le remplissage des niveaux du compteur. De par sa conception, un tel programmateur ne nécessite pas un oscillateur du type " résistance capacité " de grande précision puisque sa fréquence est automa- tiquement corrigée par l'oscillateur secondaire à quartz. L'utilisation d'une treks basse fréquence pour l'oscillateur du type " résistance capacité " et la mise en fonctionnement séquentielle de l'oscillateur à quartz font que l'ensemble, objet de la présente invention, ne nécessite pour son fonctionnement que très peu d'énergie. in effet, dans ce genre de technologie utilisée, la consommation est directement proportionnelle à la fréquence. D'autre caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 de la planche I est un schéma-bloc des différents éléments constituant un mode de réalisation possible de l'invention, la figure 2 de la planche II représente de façon détaillée un exemple de circuit correspondant au schéma général do la figure 1 la figure 3 de la planche III donne la forme des signaux aux différents points du circuit de la figure 2. La description d'une réalisation possible de l'invention est détaillée ci-après p en se référant à la figure i do la planche I. L'oscillateur 1 du type " résistance capacité " oscille sur une fréquence légèrement inférieure à 1 Hz et avec une précision qui peut être médiocre. L'oscillateur 2 du type oscillateur b quertz oscille sur une fréquence élevée de l'ordre de 32 EEss de par sa conception ; sa fréquence d'oscillation est connue avec une grande précision. Un ensemble 3 composé d'un élément diviseur d'impulsions et d'un décodeur envoie vers l'oscillateur 2 des impulsions qui serviront à mettre en fonctionnement ou à stopper l'oscillateur 2. Un comperateur logique 4 qui divise les impulsions de l'oscillateur 2 et les compare aux impulsions de l'oscillateur 1. Il délivre en sortie un signal dont la durée est une série d'impulsions dont le nombre est proportionnel 5r l'erreur sur la période de l'oscillateur 1. Cette période doit toujours avoir, quelle que soit sa dérive, une valeur supérieure à sa valeur idéale telle que l'erreur sur le temps serait nulle Ce même signal est envoyé dans un correcteur 5. Le correcteur 5 divise le nombre d'impulsions qu'il reçoit afin de modifier la programmation préalable et de compenser les " écalEs " en fréquence de l'oscillateur le Leélément 6 e1t composé d'un compteur qui, lorsque ses niveaux seront rem- plis délivrera un signal sur la sortie 8. Ce compteur 6 reçoit des impulsions provenant de l'élément 7 qui est composé d'une porte OU à trois entrées.Le compteur 6 pourra recevoir des impulsions t soit de l'oscillateur 1, soit ds correcteur 5, soit de l'ensemble de programmation extérieur au système. Le fonctionnement d'une telle réalisation est détaillé ci-après. L'oscillateur 1 délivre un signal de fréquence basse f1, sans grande stabilité et toujours inférieure quelle que soit sa dérive à la valeur idéale f 2, que devrait avoir f 1 pour que l'erreur sur le temps soit nulle. L'oscillateur 2 de fréquence F 2 multiple de f 2 et de grande stabilité, est normalement bloqué. Il ne fournit un signal que toutes les N impulsions de l'oscillateur 1 pendant une période t 1 de l'oscillateur 1. Son fonctionnement est pour cela commandé par le compteur décodeur 3. Le comparateur 4 compare alors les fréquences f 1 et f 2 et fournit au circuit correcteur 5 un nombre d'impulsions proportionnel à l'erreur sur f 1. Ce circuit correcteur envoie alors par l'intermédiaire de la porte OU 7 une serie d'impulsions corrigeant l'affichage du compteur de sortie 6 qui est normalement piloté par i à travers la porte 7. La programmation se fait à travers 7, à une fréquence beaucoup plus élevée que f 1 et fonction du temps maximun de programmation disponible. Elle consiste, de façon classique, à un prépositionnement du compteur 6 par l'envoi d'un nombre d'im- pulsions complémentaires au temps à programmer. Le temps maximun programmable s'obtient par conséquent par l'utilisation de toute la capacité du compteur 6. Une description détaillée d'un circuit basé sur ce principe et de son fonctionnement est décrite ci-après à titre d'exemple su se référant aux figures 2 et 3. il constitue une temporisation programmable de O à 24 heures avec une précision meilleure que 1 mn. Le multivibrateur 1 constitue d'un circuit logique à transistors NOS complémentaires, fournit un signal de fréquence f 1 - 0,8 Hz (période t 1 = 1,25 seconde). La valeur maximun de f 1 est f 2 = 1 Hzo Ce signal apparaît sur la sortie 16 de l'élément i. Un signal de période double est fourni par la sortie annexe 17. Le signal de la sortie 16 est appliqué s - Â la porte Og 7 d'où il attaque le diviseur de sortie 6 de capacité 217. - Au diviseur 3 de capacité 26 associé au décodeur 28 qui permet d'obtenir un créneau de durée t I au point 18, toutes les 64 périodes de l'oscillateur I. Les éléments 1 et 3 sont mis en fonctionnement par le passage de l'entrée blocage " 26 du niveau logique " 1 " au niveau logique " 0 ". Le temps de la tempo- risation est compté à cet instant jusqu'au front de montée de l'impulsion de sortie du compteur 6. Le même décodeur 28 su liaison avec le signal provenant de la sortie 17 fournit un signal identique au signal issu de 18 mais décalé de t 1. La porte 9 combinant ces deux signaux permet d'obtenir en 20 un créneau de 1,5 t 1 (la première demi-période servant à la mise en fonctionnement et à la stabilisation de l'oscillateur à quartz 2). Cet oscillateur à quartz fournit en 21 pendant ,5 t 1 un signal à 32768 Hz après être resté bloqué pendant 62,5 t 1. Ce signal attaque un diviseur 10 de capacité 2 15(32 768) par l'intermédiaire de la porte 11. Ce diviseur bascule au bout d'un temps @ 2 = une seconde (obtenu avec la précision du quartz), bloquant la porte il et ouvrant la porte 12. Il n'apparaît donc en 22 que des impulsions issues de 2 pendant le temps t 1 - t 2. Ces impulsions attaquent le compteur 13 dont le rab est de fournir le nombre d'impulsions nécessaires pour corriger le retard acoumulé pendant les 64 pé- riodes d'oscillation de l'oscillateur 1. La capacité du compteur 13 doit donc être de ###### = 512 soit 2 6. Ce compteur conserve le reste de la division qui sera pris en compte lors de la correction suivante. Au point 23, le circuit 14 met sous forme d'impulsions le signal de sortie du compteur 13 pour que ce signal vienne bloquer la porte 7 lorsque le compteur 13 reste en position haute. La porte 15 effectue une remise à zéro du compteur 6 lors de la mise sous tension ; les éléments 1, 3 et 13 sont débloqués au départ de la temporisation, puis ne subissent plus de remise à zéro, le diviseur 10 est remis à zéro à chaque correction. Les circuits logiques OU et ET sont réalisés par des circuits NOR et NAND. Un exemple de fonctionnement est décrit ci-après : - temps à programmer = 3 h 25 mn, soit 12 300 secondes ; - nombre d'impulsions à introduire lors de la programmation - 2 17 - 12 300 = 118 772 ; - intervalle entre deux créneaux de fonctionnement de l'oscillateur 2 = 1,25 x 64 = 80 secondes ( si t 1 = 1,25 seconde) p - durée de fonctionnement de l'oscillateur 2 = i ,25 x 1 ,5 = 1,875 seconde - largeur du créneau en 24 = 1 seconde é - nombre d'impulsions en 22 = 32 768 x (1,25 - 1) = 8 192 ; - nombre d'impulsions correctrices = 8 192 = 16. 512 Donc, en fin des 64 périodes, on rajoute 16 impulsions qui permettent d'obtenir au total 64 + 16 = 80 impulsions correspondant bien aux 80 secondes en temps réel. Avec un tel système, on peut évaluer la consommation d'énergie comme étant environ 34 fois plus faible que la consommation quarrait nécessité un temporisateur fonctionnant en permanence. Une précision plus grande dans la programmation peut être obtenue en multi- pliant les séquences de correction (fonctionnement de l'oscillateur à quartz). Dans ce cas, la consommation se trouve elle aussi augmentée. R E V E N D I C A T I O N S 1. Temporisateur programmable de grande précision à très faible tien comportant un compteur 6 capable de délivrer un signal lorsqu'il a reçu un nombre déterminé d'impulsions, uns entrée directe sur le compteur permettant en outre, grâce à un remplissage préalable des éléments du compteur, de pouvoir faire une programmation, caractérisé en ce qu'il comprend - un premier oscillateur 1 basse fréquence envoyant des impulsions dans le compteur à une fréquence f 1 pendant toute la durée de la temporisation, - un deuxième oscillateur 2 de référence, dont la fréquence d'oscillation F 2 est un multiple d'une fréquence f 2, f 2 étant choisie de telle sorte que la fréquence réelle f 9 du premier oscillateur 1 reste toujours, quelle que soit sa dérive, inférieure à f 2, - un ensemble 3 compteur - décodeur auquel est appliqué le signal issu du premier oscillateur 1 ledit ensemble 3 délivrent des impulsions qui déclenchent et arrêtent périodiquement le fonctionnement du deuxième oscillateur 2 de référence, an cours de la temporisation, - un ensemble comparateur-correcteur 4,5 qui divise en fréquence le signal issu du deuxième oscillateur 2 de référence de façon à obtenir un signal de fréquence f 2, compare ledit signal de fréquence f 2 au signal de fréquence f 1 su du premier oscillateur 1 et fournit au compteur 6 un nombre d'impulsions correctrices qui compense les écarts en fréquence du premier oscillateur 1 par rapport à la fréquence de référence f 2. 2. Temporisateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le premier oscillateur 1 est du type " résistance-capacité ". 3. Temporisateur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caracté- risé en ce que le second oscillateur 2 de référence est du type à quartz. 4. Temporisateur selon l'ensemble des revendications 2 et 3 caractérisé en ce que la fréquence d'oscillation da premier oscillateur 1 est d'environ 1 Hz et la fréquence d'oscillation du deuxième oscillateur 2 de référence est de l'ordre de 32 Khz .