Brevet FR2642324A1 — publié le 19900803

DISPOSITIF DE COMMANDE A DISTANCE POUR UNE INSTALLATION DE JOUET ELECTRIQUE SUR CIRCUIT La présente invention est relative à un dispositif de commande à distance pour une installation de jouet électrique sur circuit, par exemple trains et circuits automobiles. Pour la commodité de l'exposé, elle sera décrite plus particulièrement en relation avec un train électrique. Pour mémoire, une telle installation comprend usuellement un circuit de rails sur lequel circule une ou plusieurs locomotives tractant respectivement des wagons de marchandises ou de voyageurs. De tels circuits sont habituellement complétés d'accessoires faisant partie intégrante du circuit, tels qu'aiguillages, croisements, passages à niveaux, ou indépendants du circuit proprement dits, tels qu'éclairages de maisons ou autres feux de signalisation. Le circuit de rails est généralement mis à profit pour acheminer l'énergie électrique nécessaire à la locomotive qui collecte cette énergie soit au travers des roues ou au travers d'un frotteur spécial. Ainsi, selon le moteur électrique monté dans la locomotive, ce circuit de rails est alimenté en tension continue ou alternative mais en tous les cas sous faible puissance.Un transformateur est donc prévu pour abaisser la tension électrique du secteur, puis la réguler. D'autres moyens électriques ou électroniques permettent d'adapter cette puissance électrique abaissée aux caractéristiques des locomotives mais surtout de contrôler l'alimentation du réseau pour faire varier le sens du déplacement des locomotives ainsi que leur vitesse. Par exemple, pour des locomotives comprenant un moteur à courant continu, on peut utiliser un rhéostat pour modifier la tension appliquée aux circuits, donc la vitesse de la locomotive et un relais inverseur pour changer la polarité appliquée au rail respectivement donc le sens de rotation du moteur de la locomotive. Parmi les accessoires, certains comme les lampes de signalisation, fonctionnent en mode "tout ou rien" c'est-à-dire qu elles sont ou ne sont pas alimentées. Les moyens de contre de tels accessoires sont alors essentiellement constitués par de simples interrupteurs. D'autres accessoires par contre, tels qu'aiguillages ou passages à niveaux, comprennent une bobine électromagnétique pour basculer d'un état à un autre à chaque réception d'une impulsion de courte durée, il convient donc alors de prévoir, à partir de la tension ak,aissée, des circuits séparés de contrhole et d'alimentation de ces accessoires respectifs. Outre l'attrait en tant que maquette de certains modèles sophistiqués et plus particulièrement pour les ferroviphiles, l'intérêt majeur -de ces installations de trains miniatures réside dans la gestion de leur bon fonctionnement. Des progrès réguliers ont ainsi été apportés dans les dispositifs de commande de ces installations. I1 est actuellement possible, par exemple, de contrôler à partir d'une seule console, les différents déplacements de plusieurs locomotives simultanément et faire varier l'état des accessoires rencontrés au fur et à mesure. Il est aussi maintenant possible de commander la majorité des accessoires par signal transitant dans le circuit de rail permettant d'éliminer les anciens réseaux câblés disgracieux.On connait des moyens informatiques logés dans les consoles de commande permettant de gérer dans le temps des séquences de mouvements complexes de trains. I1 est toutefois à noter que la majorité des progrès récemment réalisés concernent des consoles de commande et/ou de contre central, où doit se tenir en permanence l'utilisateur : enfant ou ferroviphile. Cet utilisateur ne peut donc avoir qu'une vue partielle de son réseau ce qui peut être gênant lors de la prise de décision rapide mais aussi, beaucoup plus fréquemment, conduit à un certain ennui après une courte période. A l'inverse, une installation de train miniature devant être conduite a partir de plusieurs postes de commande pose d'autres problèmes, plus sérieux, du fait de l'impossibilité matérielle d'intervenir sur une console lorsque l'on est situé présentement à l'opposé de l'installation. Le but de la présente invention est un dispositif de commande à distance pour une installation de jouet électrique sur circuit comprenant usuellement - au moins un circuit de rail de guidage et d'apport en énergie électrique pour une ou plusieurs motrices ainsi que des moyens électroniques associés de transformation, de régulation, de contre et d'alimentation du circuit en énergie électrique adaptée au moteur embarqué dans la ou les locomotives respectivement, - si désiré, un ou plusieurs accessoires de type 'tout ou rien ainsi que des moyens électroniques associés de cctntrble et d'alimentation de ces accessoires en énergie électrique permanente, - si désiré, un ou plusieurs accessoires réagissant à des impulsions électriques ainsi que des moyens électroniques associés de génération, de contrôle et d'alimentation de ces accessoires en impulsion électrique. Ce dispositif doit développer l'éveil des enfants et un nouvel intérêt des passionés, par exemple ferroviphiles en les libérant de leur console centrale et en leur permettant d'apprécier leur installation de plusieurs points de vues différents. Bien évidemment, un tel dispositif doit être efficace, c'est-à-dire avoir une portée suffisante pour permettre un recul appréciable, être fiable et ce pour quelque soit la commande émise. Le dispositif ne doit pas pour autant obliger l'utilisateur a de quelconques contorsions pour viser un point particulier avec sa télécommande. De plus, ce dispositif ne doit pas interférer avec l'environnement, notamment électrique qui exigerait de se plier à des normes contraingnantes rendant le produit peu vendable auprès d'un large public.Enfin et surtout, comme de nombreux autres jouets, le dispositif selon l'invention doit pouvoir être fabriqué à un très faible coût. Ces buts sont réalisés grace à un dispositif de commande comprenant - un émetteur-radio portatif émettant des signaux radioélectriques différents selon le choix de l'utilisateur, - un récepteur-radio fixe détectant les signaux radioélectriques qu'il transfert à des moyens électroniques interprétant ces signaux pour déclencher les moyens de contrôle correspondants. Utilement, l'émetteur-radio n'émet de signal radio-électrique que lors d'un choix de l'utilisateur. De préférence, un signal radio-électrique émis par l'émetteur-radio peut être essentiellement constitué d'une série de mots semblables qui sont composés d'une suite de présence ou d'absence d'impulsions identiques selon le code associé au choix de l'utilisateur. Selon un mode avantageux de réalisation, l'émetteur-radio comprend un micro-processeur incluant au moins des moyens de stockage de différents codes préétablis et une unité centrale associant un signal généré par un interrupteur basculé par l'utilisateur exprimant son choix à une adresse des moyens de stockage contenant le code correspondant qui est alors appliqué à un modulateur pour coder le signal émis. Comme on le comprendra, le dispositif selon la revendication est toute particulièrement intéressant lorsque l'antenne du récepteur-radio est un rail du circuit. Selon une autre caractéristique avantageuse de réalisation, les moyens électroniques interprétant un signal comprennent un micro-processeur incluant au moins des moyens da stockage des différents codes préétablis et une unité centrale comparant un signal reçu du récepteur radio avec les différents codes mémorisés dans les moyens de stockage pour reconnattre et enclencher les moyens de contrôle correspondant. Le dispositif selon l'invention sera particulièrement peu onéreux à fabriquer si les microprocesseurs sont respectivement réalisés en une seule topographie de semi-conducteur. Un procédé avantageux de commande de l'unité centrale des moyens électroniques interprétant un signal consiste à ce que, à un signal correspondant à un choix d'accélération, l'unité centrale alimente une porte de sortie supplémentaire augmentant ainsi de manière discrète la tension de commande à la sortie des moyens de contrôle de l'alimentation en énergie électrique du circuit, et ce jusqu'à l'alimentation de toutes les portes de sortie. Un procédé avantageux complémentaire pour commander l'unité centrale des moyens électroniques interprétant un signal consiste en ce que, à signal correspondant à un choix de décélération, l'unité centra le - coupe l'alimentation à une porte supplémentaire de sortie réduisant ainsi de manière discrète la tension de commande des moyens de contre de l'alimentation en énergie électrique du circuit - teste si la dernière porte de sortie associée aux moyens de contrôle de l'alimentation du circuit est fermée - si le test précédent est positif, commande le basculement des moyens d'inversion provoquant un arrêt, avec temporisation éventuelle, puis un changement de direction de la locomotive. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description ci-après d'un mode de réalisation appliqué à un train électrique, pris à titre nullement limitatif et illustrée par la figure unique annexée représentant un schéma de principe du dispositif. Dans la partie inférieure de cette figure est illustrée de manière schématique une portion de circuit de rail 600 sur lequel roule une motrice, en l'occurrence une locomotive 610. S'il s'agissait d'un circuit automobile, la motrice serait l'automobile elle-même. Dans cette portion de circuit sont inclus deux accessoires réagissant à des impulsions électriques 630 à savoir un passage à niveaux et un aiguillage. Cette portion de circuit comprend également un accessoire de type "tout ou rien", en l'occurrence un feu de signalisation 620. Cette installation de train miniature est alimentée de manière conventionnelle par un bloc 84. Toutefois, les moyens de contrôle de ce bloc 84 sont commandés par un micro-processeur 240 recevant des informations d'un récepteur radio-électrique 82. Sur la partie gauche de la figure est illustré schématiquement un émetteur-radio 81. Le bloc d'alimentation 84 comprend, par exemple, des moyens de transformation de l'énergie électrique secteur constitués dans le cas présent d'un transformateur 510 abaissant la tension à environ 18 V et un pont redresseur 500 délivrant une même tension ma-is en courant continu. Un premier circuit d'alimentation du circuit de rail comprend un modulateur à commande digitale 310 délivrant à la sortie s une tension continue comprise entre 0 et 14 V selon la tension de commande présente à l'entrée i. Cette tension d'alimentation est ensuite appliquée à un relais inverseur 320 modifiant ou non la polarité selon le signal appliqué sur sa porte d'entrée i'.La tension d'alimentation continue est enfin appliquée au circuit de rail 600 au travers d'un circuit limiteur 330 protégeant le circuit précédent lorsque les rails sont court-circuités ou contre toute autre pertubation extérieure dangereuse. Le bloc d'alimentation 84 comprend un second circuit spécialement prévu pour les accessoires 630 réagissant à des impulsions électriques. Ce circuit comprend un générateur d'impulsions qui en l'occurrence peut être un condensateur 342 dont la borne positive est reliée au redresseur 500 au travers d'une résistance 340 d'assez forte valeur. Cette même borne positive du condensateur est d'autre part reliée à autant d'interrupteurs 345 que d'accessoires à piloter. Ces interrupteurs peuvent être, par exemple, des transistors 345 saturés ou à l'état bloqué selon la tension présente sur leurs bases. La sortie de ces interrupteurs 345 est reliée aux accessoires respectifs au travers de circuits de protection et de limitation 350.Comme on le comprendra, si l'un des interrupteurs est fermé, le condensateur se décharge par une impulsion dans l'accessoire alors que la résistance 340 de forte valeur déconnecte provisoirement ce circuit de l'alimentation générale 500 de courant continu. Une fois l'interrupteur réouvert, ce condensateur se recharge au travers de cette résistance 340. Le bloc d'alimentation 84 comprend enfin un dernier circuit comprenant une résistance de protection 346 en série avec un interrupteur 360, en l'occurrence un transistor, et un circuit de limitation 370. On comprend aisément que, lorsque l'interrupteur 360 est fermé, une tension de 14 V à la sortie de la résistance 346 est fournie au feu de signalisation 620. Le micro-processeur d'action 240 reçoit d'une part des informations du récepteur-radio 82. Cinq sorties 250 du micro-processeur 240 sont respectivement reliées à cinq résistances identiques. Les sorties de ces cinq résistances sont reliées à une sixième sortie et à la borne de commande i du modulateur 310. Une septième sortie est reliée à la borne d'entrée i' de l'inverseur 20. Trois autres sorties sont respectivement reliées aux borne de commande (base) des interrupteurs (transistors) 345,360. Le récepteur 82 fonctionne en mode dit "superréaction". L'antenne 200 peut être une antenne télescopique. Avantageusement, cette antenne 200b peut aussi être le rail plus du circuit de rail 600. L'antenne est reliée à un mélangeur 220 recevant d'autre part une fréquence d'interférence de la part d'un oscillateur d'accord 210. La fréquence intermédiaire résultante est corrigée puis amplifiée dans le circuit 230 avant d' & re analysée dans le circuit 235. Dans ce circuit 235, un signal digital en série est traduit de manière parallèle avant d'être appliqué dans des moyens électroniques de tampon pour transfert dans le micro-processeur 240. L'émetteur radio-électrique 81 comprend une batterie 5 alimentant d'une part un micro-processeur 10 et d'autre part un oscillateur 20. La sortie de l'oscillateur 20 est appliquée à un transistor de modulation 30 dont la sortie est reliée à une antenne 40 et éventuellement à une lampe de faible consommation dite "LED" 50. Le micro-processeur 10 est d'une part relié en entrée à plusieurs boutons dont notamment un bouton "+", "-" et quatre boutons numérotés "1"-"4". Ce microprocesseur 10 comprend d'une part une mémoire 12 et une unité de centrale 11, cette dernière appliquant un résultat sur la borne de commande du transistor 30. Tel que décrit précédemment, le dispositif de commande à distance fonctionne de la manière suivante. Lorsque l'utilisateur appuye sur l'un des boutons "+", "-", "l"-"4", une tension spécifique à ces boutons apparat à l'entrée du micro-processeur 10 et de son unité centrale 11. La valeur de cette tension est une indication pour l'unité centrale 11 d'une adresse de la mémoire 12 dans laquelle elle doit chercher un code particulier. Ce code est immédiatement appliqué a l'organe de commande du modulateur 30, en l'occurrence la base d'un transistor. Un signal radio-électrique 15 est alors émis par l'antenne 40. Ce signal électrique est constitué d'une suite d'impulsions identiques générées par l'oscillateur 20 dont la présence ou l'absence dans le temps est contrôlée par le modulateur 30 sous contrôle du code appliqué par le micro-processeur 10. Compte-tenu en fait du faible nombre de touches (six en l'occurrence, à caractériser), le codage peut être simplifié et ne nécessiter que cinq impulsions électriques réunies dans un mot. A titre d'exemple nullement limitatif, le mot correspondant à la touche "+" peut être composé de trois présences successives d'impulsions, une absence d'impulsion et d'une dernière présence- d'impulsion.Ce mot est répété par l'émetteur-radio tant que l'utilisateur tient enfoncé le bouton correspondant de ltémetteur-radio. Compte-tenu de la vitesse de génération d'ondes radio-électriques par le radio-émetteur par rapport au mouvement d'un doigt, même très bref, sur la touche il est bien évident qu'une série de mots semblables sera systématiquement émis et non pas un seul mot unique. Ce phénomène est essentiellement dû à la fréquence de l'oscillateur qui a été volontairement choisi particulièrement élévé pour des considérations de normes et d'interférences avec d'autres émissions radio-électriques permanentes. Par exemple, cette fréquence d'émission est largement supérieure au 110 MHz constituant la limite -supérieure d'émission des radio en "modulation de fréquence".Enfin, il faut noter que la puissance appliquée dans l'antenne est faible de l'ordre 0,5 mW assurant une grande économie de batterie 5, limitant d'autant les interférences possibles à l'extérieur du b timent tout en assurant une émission suffisante pour le récepteur 2. Une lampe à faible consommation LED 50 en relation avec l'antenne 40 permet de vérifier sle bon fonctionnement de l'émetteur. L'émission radio-électrique 15 est reçue dans l'antenne constituée soit par l'un des rails 200b, le positif du circuit 600 ou une antenne particulière 200. Ce signal reçu est appliqué au mélangeur 220 où il est mis en interférence avec un signal d'accord généré par l'oscillateur 210. A la sortie du mélangeur 220 apparaît un nouveau signal de fréquence inférieure qui est détecté puis reconstitué dans le circuit 230 avant transfert dans le circuit d'analyse 235. Dans ce circuit 235, une information dite "en série" dans le temps est accumulée puis transférée en parallèle dans une mémoire tampon permettant de reconstituer ainsi le mot entier donc le code de la touche de l'émetteur-radio enfoncée. Le code est par la suite lu par l'unité de centrale 244 qui le compare alors aux codes préétablis préalablement enregistrés dans des moyens de stockage tel que ROM 242. Si aucun code ne correspond au mot reçu l'unité de centrale 244 conclut à la présence d'un parasite et le rejette, c'est-à-dire qu'il attend une nouvelle réception. Si à l'inverse le mot reçu ressemble à l'un des codes prédéterminés, l'unité centrale 244 conclut que telle ou telle autre touche de l'émetteur- radio est enfoncée. I1 peut alors agir selon les ordres de l'utilisateur. Si l'un des boutons "1"-"4" est enfoncé, l'unité centrale du micro-processeur 240 applique une impulsion de saturation à la borne de sorte liée à l'élément de commande de l'interrupteur 345 ou 360 correspondant. L'accessoire associé est alors basculé de manière usuelle. Si l'unité centrale 244 comprend que la touche "+" est enfoncée, elle bascule à l'état positif la sortie 250 suivante de celles qui le sont déjà. Ceci augmente d'une valeur discrète la tension de commande apparaIssant à la porte i du modulateur 310 qui augmente donc d'un cran la tension appliquée au réseau de rail donc la vitesse de la locomotive. Si après un temps de latence fixé à 8/10 de seconde par- exemple, le mot correspondant à la touche "+" est toujours présent à l'entrée du microprocesseur 240, celui-ci comprend qu'il doit poursuivre l'accélération et bascule la porte 250 suivante jusqu'à ce que les six portes soient à l'état 1. Ce temps de latence a été établi de telle sorte qu'une pleine accélération de la locomotive s'effectue en cinq secondes. A l'inverse, si le micro-processeur 240 établi que la touche "-" est enfoncée, il remet la dernière porte 250 basculée à l'état 0. De plus, le microproccesseur teste si cette dernière porte basculée n'est pas aussi la première de la série correspondant à une vitesse nul le. Dans ce cas, la persistance du mot correspondant à la touche "-" à l'entrée du microprocesseur 240 signifie qu'une inversion de sens de déplacement de la locomotive doit être effectuée et la porte correspondante à l'entrée i' du relais inverseur 320 est elle-même changée. I1 est à noter que l'enfoncement simultané des touches "+" et "-" correspond à un code particulier générant une série de mots caractéristiques interprétée par la suite dans le micro-processeur 240 comme un arrêt d'urgence, Comme on a pu le constater, ce dispositif de commande à distance permet à un utilisateur de se déplacer a cer tout autour de son iTlstallatioli de train miniature tout en continuant à transmettre des ordres à la centrale d'alimentation décrite dans le bloc 84 précédemment. Outre la commodité dans la prise de décision du fait d'une meilleure vision d'une situation locale, ce dispositif éveille surtout l'intérêt de nombreuses personnes pouvant maintenant apprécier et admirer leur installation complexe dans les moindres détails.De plus, ce dispositif permet maintenant la réalisation d'installations non plus confinées dans une pièce unique, mais pouvant déborder dans tout un appartement entier ou à l'extérieur augmentant d'autant le plaisir. Comme a pu le constater à la lecture de cet exposé, la fréquence à l'émission et à la réception de la transmission radio-électrique est fixée simultanément par l'oscillateur 20 de l'émetteur portatif 81 et de l'ocillateur 210 dans le récepteur 82. On peut prévoir, par un dispositif comprenant deux jonctions. le choix entre quatre fréquences d'émission distinctes. il suffit alors de modifier, par exemple avec un tournevis, la fréquence de l'oscillateur 210 pour à nouveau accorder le récepteur 82 avec l'émetteur 81. Or, compte-tenu des très hautes fréquences mises en jeu, il est possible d'avoir une distinction claire entre deux fréquences voisines. En d'autres termes, il est tout-à-fait réalisable d'avoir deux dispositifs de commande voisins. Toutefois, il reste évident que les circuits de rail 600 devont être indépendants. Par ailleurs, on se rend compte que les fonctions réalisées par les micro-processeurs 10 et 240 respectivement sont plutôt simples vu qu'il s'agit de reconnaître un signal d'entrée pour appliquer un nouveau code à la sortie et inversement, Dans ce cas particulier, il peut être avantageux, d'utiliser non plus des microprocesseurs programmables mais de simples topographies semi-conductrices dont la logique est fixée une fois pour toute. Cet emploi de topographies semi-conductrices permet un abaissement remarquable des coûts de production du dispositif n'impliquant qu'une faible augmentation du coût général d'une botte de base (bloc d'alimentation 84, rails composant le circuit 600, une locomotive plus trois wagons) alors que l'intérêt apporté par ce nouveau dispositif est considérable. De nombreuses amél iorationspeuvent être apportées à ce dispositif dans le cadre de cette invention REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande à distance pour une installation de jouet électrique sur circuit comprenant - au moins un circuit de rail (600) de guidage et d'apport en énergie électrique pour une ou plusieurs motrices (610) ainsi que des moyens électroniques associés de transformation, de régulation, de contrble (310,320), et d'alimentation (330) du circuit (600) en énergie électrique adaptée au moteur embarqué dans la ou les motrices (610) respectivement, - si désiré, un ou plusieurs accessoires de type "tout ou rien" (620) ainsi que des moyens électroniques associés de contrôle (360) et d'alimentation (346,360) de ces accessoires en énergie électrique permanente, - si désiré, un ou plusieurs accessoires (630) réagissant à des impulsions électriques ainsi que des moyens électroniques associés de génération (340,342), de contrôle (345) et d'alimentation (350) de ces accessoires en impulsion électrique, caractérisé en ce que le dispositif de commande comprend - un émetteur-radio (81) portatif émettant des signaux radio-électriques différents (15) selon le choix de l'utilisateur, - un récepteur-radio fixe (82) détectant les signaux radio-électriques (15) qu'il transfert à des moyens électroniques (240) interprétant ces signaux pour déclencher les moyens de contre correspondant (310,320,345,360). 2. Dispositif selon la revendication 1. caractérisé en ce que l'émetteur-radio (81) n'émet de signal radio-électrique (15) que lors d'un choix de l'utilisateur. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un signal radio-électrique (15) émis par ltemetteur-radio (81) est essentiellement constitué d'une série de mots semblables qui sont composés d'une suite de présence ou d'absence d'impulsions identiques selon le code associé au choix de l'utilisateur. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'émetteur-radio (81) comprend un micro-processeur (10) incluant au moins des moyens de stockage (11) de différents codes préétablis et une unité centrale (244) associant un signal généré par un interrupteur ("1"-"4", "+", "-") basculé par l'utilisateur exprimant son choix à une adresse des moyens de stockage (12) contenant le code correspondant qui est alors appliqué à un modulateur (30) pour coder le signal émis (15). 5. - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé- en ce que l'antenne (200b) du récepteur-radio (82) est un rail du circuit (600). 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens électroniques interprétant un s-ignal comprennent un micro-processeur (240) incluant au moins des moyens de stockage (242) des différents codes préétablis et une unité centrale (244) comparant un signal reçu du récepteur-radio (82) avec les différents codes mémorisés dans les moyens de stockage (242) pour reconnaître et enclencher les moyens de contrôle correspondant (310,320,345,360). 7. Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 6, caractérisé en ce que les micro-processeurs (10,240) sont respectivement réalisés en une seule topographie de semi-conducteur. 8. Procédé de commande de l'unité centrale (244) des moyens électroniques interprétant un signal selon la revendication 6, caractérisé en ce que, à un signal correspondant à un choix d'accélération, l'unité centrale (244) alimente une porte de sortie supplémentaire (250) augmentant ainsi de manière discrète la tension de commande à la sortie des moyens de contrôle (310) de l'alimentation en énergie électrique du circuit (600), et ce jusqu'à l'alimentation de toutes les portes (250) de sortie. 9. Procédé de commande de l'unité centrale (244) selon la revendication 6, caractérisé en ce que, à un signal correspondant à un choix de décélération, l'unité centrale (244) - coupe l'alimentation à une porte supplémentaire (250) réduisant ainsi de manière discrète la tension de commande des moyens de contrôle (310) de l'alimentation en énergie électrique du circuit (600) - teste si la dernière porte de sortie (250) associée aux moyens de contrôle de l'alimentation du circuit est fermée - si le test précédent est positif, commande le basculement des moyens d'inversion (320) provoquant un arrêt, avec temporisation éventuelle, puis un changement de direction de la motrice.