Brevet FR2648053A2 — publié le 19901214

FR 2648053 A2 19901214 FR 8907748 A 19890607 DISPOSITIF DE CONNMMANDE A DISTANCE POUR UNE INSTALLATION DE JOUET ELECTRIQUE SUR CIRCUIT La présente invention est relative & un dispositif de commande à distance pour une installation de jouet électrique sur circuit, par exemple train et circuit automobile. Pour la commodité de l'exposé, elle sera décrite plus particulièrement en relation avec un train électrique. Pour mémoire, une telle installation comprend un circuit de rails de guidage et d'apport en énergie électrique pour une ou plusieurs motrices ainsi que des moyens électroniques associés de transformation, de régulation, de contrôle et d'alimentation de ce circuit en énergie électrique adaptée aux moteurs embarqués dans la ou les motrices respectivement. Cette installation peut être complétée par un ou plusieurs accessoires de type "tout ou rien", tels qu'éclairages ou feux de signalisation ainsi que par des seconds moyens électroniques associés de contrôle et d'alimentation de ces accessoires en énergie électrique permanente. Cette installation peut de plus être munie d'un ou plusieurs accessoires réagissant & des impulsions électriques, tels qu'aiguillages ou barrières, ainsi que de troisièmes moyens électroniques associés de génération, de contrôle et d'alimentation de ces accessoires en impulsions électriques. Dans le brevet principal no 89.01565 non encore publié, le dispositif de commande de cette installation 2648b53 -2- comprend d'une part un émetteur-radio portatif émettant des signaux radio- électriques différents selon le choix de.l'utilisateur et d'autre part un récepteur-radio fixe détectant les signaux radio-électriques qu'il transfert & des moyens électroniques interprétant ces signaux pour déclencher les moyens de contrôle précédemment cités. Le but de la présente invention est une seconde forme d'exécution du dispositif de commande à distance qui soit encore plus performant tout en étant plus économique à réaliser. Selon une première caractéristique, le signal radio-électrique émis par l'émetteur-radio' est essentiellement constitué d'une répétition d'un mot composé d'une suite de présences ou d'absences de paquets identiques d'impulsions électriques, lequel mot est composé selon un signal codé associé au choix de l'utilisateur. Selon une autre caractéristique, l'émetteur- radio comprend: - un oscillateur à fréquence fixe réglable incluant un élément faisant office d'antenne et déclenché par l'application d'une tension sur une borne d'entrée, - une suite d'interrupteurs reliée à une source de tension, - un micro-contrbleur dont les circuits d'entrée sont respectivement reliés aux interrupteurs et dont l'un des circuits de sortie est relié A la borne d'entrée de l'oscillateur, ce microcontrôleur incluant au moins des moyens de stockage de différents codes préétablis et une unité centrale associant à un signal reçu d'un -3interrupteur basculé par l'utilisateur exprimant son choix une adresse des moyens de stockage contenant le code correspondant, puis appliquant grace au circuit de sortie un signal codé & l'oscillateur provoquant l'émission d'un signal radio-électrique. Selon une autre caractéristique, le récepteur- radio fixe comprend: - un osciilateur dont la fréquence du signal de sortie est modulée par les signaux radio-électriques reçus sur 4 une antenne, - un démodulateur-décodeur restituant un signal codé A partir du signal reçu de l'oscillateur, lequel signal codé est appliqué à l'un des circuits d'entrée d'un micro-contrôleur constituant les moyens électroniques interprétant ce signal pour déclencher les moyens de contrôle correspondant du circuit. Dans ce cas, les moyens de contrôle respectifs du circuit comprennent un ou plusieurs interrupteurs chacun sous la forme d'un montage en Darlington de transistors, lequel montage est directement commandé par un circuit de sortie du micro- contrOleur. Selon une autre caractéristique, le micro- contrôleur présent dans l'émetteur-radio et celui présent dans le récepteur-radio fixe sont chacun réalisz par une même topographie de semiconducteurs, le branchement au montage d'une ou de plusieurs bornes d'entrée à un ou plusieurs potentiels de référence déterminant la fonction "micro-contrôleur d'émetteur" ou "micro-contrbleur de récepteur" prise par la topographie. -4- Avantageusement, le procédé de commande du micro-contrôleur de l'émetteur-radio consiste, lors de l'auto-initialisation du microcontrôleur suite à la première mise sous tension, à attendre qu'un premier interrupteur soit basculé par l'utilisateur, puis à écrire dans les moyens de stockage une famille de codes en fonction de ce premier interrupteur basculé. De préférence alors, le procédé de commande du micro- contrôleur du récepteur-radio consiste, lors de l'auto- initialisation du micro-contrôleur suite à la première mise sous tension, & attendre la réception d'un premier signal radio-électrique, puis à écrire dans les moyens de stockage la famille de codes correspondant à ce premier signal. L'invention est décrite ci-après de façon plus détaillée à l'aide d'un exemple d'exécution sans caractère limitatif appliqué à un train électrique, 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 installation de train miniature comprenant une locomotive 610, deux accessoires réagissant à des impulsions électriques 630, & savoir un passage à niveaux et un aiguillage, et un accessoire de type "tout ou rien", en l'occurrence une lampe d'éclairage ou un feu de signalisation 620 basculant d'un feu vert à un feu rouge. Cette installation est alimentée par un bloc 460 dans lequel sont générées, régulées et contrôlées les différentes énergies électriques nécessaires à l'installation. Le dispositif de commande à distance de ce bloc - 5 d'alimentation 460 comporte d'une part un émetteur-radio portatif 400 et d'autre part un récepteur-radio fixe 450 dont les sorties sont reliées aux moyens de contrOle du bloc d'alimentation 460. Dans la pratique, le récepteur- S radio fixe 450 et ce bloc d'alimentation 460 sont & l'intérieur d'un même bottier. Le bloc d'alimentation 460 comprend en premier un circuit 500 de transformation du courant électrique secteur en courant continu basse tension. De manière habituelle, ce circuit 500 inclut un transformateur abaissant la tension secteur à environ 18 V suivit d'un pont redresseur à diodes délivrant cette même tension mais en continu. Deux régulateurs électroniques permettent d'obtenir également des tensions de 12 et de 5 V respectivement à partir de cette première tension de 18 V. Un second circuit du bloc 460 prévu pour alimenter les rails 600 est constitué d'un modulateur 312 branché d'une part au 18 V du bloc 500 et d'autre part à la première entrée d'un relais inverseur 320 dont l'autre entrée est reliée à la masse. Les deux sorties de ce relais inverseur 320 sont respectivement reliées à chacun des deux rails du circuit 600. Le module 312 délivre à sa sortie s une tension continue comprise entre 0 et 14 V selon la tension de commande présente en la porte i. Cette porte i est reliée à quatre résistances 276 en parallèle qui sont respectivement reliées d'autre part à des interrupteurs ayant chacun la forme d'un montage en Darlington de transistors. Cette porte i est de plus reliée directement -6- à un cinquième interrupteur toujours sous la forme d'un montage en Darlington de transistor. Ces cinq montages sont respectivement commandés par cinq circuits de sortie indépendants d'un micro-contrôleur 270 appartenant au récepteur-radio fixe 450 décrit par la suite. Ainsi, en combinant l'ouverture ou la fermeture de ces interrupteurs, il est possible d'appliquer è volonté trente deux valeurs distinctes de tension de commandes sur la porte i, soit autant de valeurs discrètes pour la tension de sortie s. Le relais inverseur 320 permet de modifier la polarité entre les deux rails selon le signal appliqué sur sa porte de commande i'. Pour des considérations de sécurité, un relais mécanique et non pas électronique est préféré. De manière analogue, la porte de commande i' est reliée à un interrupteur sous la forme d'un montage en Darlington de transistors luimême commandé par un sixième circuit de sortie du micro-contrtleur 270 appartenant au récepteur-radio 450. Dans la pratique, huit montages en Darlington de transistors sont réunis dans un seul et même bottier tel que celui commercialisé par la Société THOMSON sous la référence ULN 2803 et symbolisé par le bloc 275. Un troisième circuit du bloc 460 prévu pour alimenter les accessoires 620 fonctionnant en "tout ou rien" est constitué d'un circuit limiteur de courant 314 branché d'une part au 18 V du bloc 500 et d'autre part à la première borne de l'accessoire 620, la seconde borne étant reliée à la masse au travers d'un interrupteur identique au précédent c'est-à-dire un montage en -7- Darlington de transistors directement piloté par un circuit de sortie du micro-contrOleur 270 du récepteur- radio 450. L'avantage de disposer cet interrupteur proche de la masse est qu'une faible tension commande suffit pour le basculer. A titre d'exemple, le circuit 314 peut comprendre un composant électronique variant son impédance en fonction de la différence entre le potentiel & la sortie et le potentiel présent à une porte de commande. Une résistance de faible valeur ohmique est alors disposée derrière ce composant électronique mais avant l'accessoire 620 et une liaison électrique rapporte le potentiel présent à la sortie de cette résistance & la porte de commande du composant électronique. Comme on peut aisément le comprendre, la différence entre le potentiel à la sortie est celui à la porte de commande est égale à la chute de potentiel créée par le passage du courant au travers de la résistance donc est bien représentatif de l'intensité de courant continu passant dans l'accessoire. Ainsi, si cette intensité tend à devenir trop forte par exemple due à un court-circuit de l'accessoire 620, l'élément électronique augmente automatiquement son impédance pour limiter l'intensité. A titre d'exemple, le composant électronique est commercialisé par la Société THOMSON sous la référence LN 317. Un quatrième circuit du bloc 460 prévu pour alimenter les accessoires 630 fonctionnant par impulsions, comprend un circuit 314 de limitation de courant analogue à celui décrit précédemment branché d'une part au 18 V du bloc 500 et d'autre part aux premières bornes de chacun des accessoires 630. De plus, un condensateur 318 de forte valeur est branché d'une -8 part & la sortie du circuit 314 et d'autre part à la masse. Enfin, toutes les secondes bornes des accessoires 630 sont respectivement reliées & des interrupteurs, toujours sous la forme de montages en Darlington de transistors, lesquels montages sont réunis dans un second bottier 275 inférieur. En fait, chaque accessoire 630 comprenant deux circuits distincts: l'un pour engager l'autre pour dégager, il convient de prévoir deux interrupteurs par accessoire. Dans ce quatrième circuit, le condensateur 318 est prévu pour emmagasiner une charge électrique suffisante pour générer une brève impulsion mais de forte intensité, de l'ordre de l'ampère, à la fermeture d'un interrupteur alors que le circuit 314 n'autorise qu'une intensité maximale de l'ordre de 300 milli- ampères. En d'autres termes, le condensateur 318 ne peut se charger que lorsque que tous les interrupteurs des accessoires 630 sont ouverts et qu'un courant de charge contrOlé par le circuit 314 peut s'écouler. Sur la partie gauche de la figure est illustrée schématiquement l'émetteur-radio 400 portatif. Cet émetteur comprend un micro-contrOleur 270 c'est-à-dire un composant électronique incluant dans un même bottier un micro-processeur, également appelé unité centrale, en communication grace A une ligne interne de transfert de données appelée "bus" avec une mémoire morte ROM dans laquelle sont stockées les données relatives aux procédures d'action (ou programmes du micro-processeur), une mémoire vive RAM dans laquelle peuvent être écrites puis relues des données nécessaires aux étapes des actions, ainsi que plusieurs séries de circuits d'entrée et/ou de sortie selon les affectations attribuées par le programme. Ce micro-contrôleur est alimenté en 5 V à - 9 - partir d'une batterie 50 grâce & un circuit 55 d'adaptation et de régulation de tension. Deux circuits d'entrée numérotés 27 et 28 sont reliés à la masse et au circuit 55 délivrant 5 V respectivement. Six des circuits d'entrée sont respectivement reliés & des interrupteurs "1-"5", "+" et "-", ceux- ci étant tous reliés à un circuit 60 délivrant à partir de la batterie 50 une tension compatible avec ces circuits d'entrée. Par ailleurs, l'un des circuits de sortie est branché à l'entrée d'un circuit oscillateur 25 à fréquence fixe incluant un élément faisant office d'antenne et un autre élément permettant le règlage de cette fréquence. A titre d'exemple nullement limitatif, ce circuit oscillateur peut être composé d'un simple transistor dont la base constitue l'entrée du circuit, dont l'émetteur est relié à la masse et dont le collecteur est branché à la pile 50 au travers d'un bobinage d'amortissement ainsi que d'un circuit oscillant, tel qu'un montage en parallèle de condensateurs et d'un bobinage faisant office d'antenne, entre le collecteur et la base du transistor. Le récepteur-radio fixe 450 correspondant comprend un premier oscillateur 215 dont la fréquence du signal de sortie (c) est modulée par les signaux radio- électriques (b) reçus sur une antenne. Ce signal de sortie (c) est appliqué à l'entrée d'un' circuit démodulateur-décodeur 225 dont le signal résultant (a) est appliqué & l'un des circuits d'entrée d'un micro- contrôleur 270. Comme précédemment, ce micro-contrtleur comprend dans un même bottier un micro-processeur en relation grâce à une ligne interne "bus" à une mémoire morte ROM pour le stockage des informations relatives aux séquences d'action du micro-processeur, à une mémoire - 10 - vive RAM dans laquelle peuvent être écrites puis relues des informations nécessaires lors de l'action du micro- processeur, le circuit d'entrée relié au démodulateur 225 ainsi que plusieurs circuits de sortie qui sont respectivement reliés aux interrupteurs 275 cités lors de la description du bloc d'alimentation 460. Enfin, deux circuits d'entrée 27 et 28 sont reliés au 5 V et à la masse respectivement. Les circuits 215 et 225 sont alimentés en 12 V et le micro-contrôleur 270 en 5 V à partir du circuit 500 du bloc 460. Les micro-contrôleurs présents dans l'émetteur et le récepteur peuvent être d'un type connu, tel que le modèle EF68HC commercialisé par la Société THOMSON. Toutefois, une fois que les procédures de fonctionnement sont bien établies et pour des considérations de coot, on peut envisager la conception d'une topographie de semi- conducteurs ayant les mêmes fonctions. En effet, compte- tenu de la similitude de l'architecture des deux micro- processeurs, et que les seules différences résident essentiellement dans le fonctionnement établit par les procédures préécrites dans les mémoires ROM, il est envisageable de concevoir une seule et unique topographie prévue pour être installée indifféremment dans l'émetteur ou le récepteur, le branchement particulier d'une ou deux portes d'entrée faisant que seule la partie de procédure de fonctionnement nécessaire soit mise en oeuvre. Tel que décrit précédemment, le dispositif de commande A distance fonctionne de la manière suivante. Lorsque qu'une batterie 50 est installée dans l'émetteur-radio 400, le micro-contrbleur 270 entre - l. - d'abord dans une procédure d'initialisation qu'il lit dans la mémoire ROM. Durant cette procédure, le micro- processeur teste l'état des portes 27 et 28 et constate qu'un rôle "émetteur" lui a été affecté lors de son installation. Puis ce microprocesseur se met en attente jusqu'à ce que l'une des touches "1"-"5", "+ ou '-" soit une première fois appuyée par l'utilisateur. Selon la touche appuyée, le micro-processeur écrit alors en mémoire vive RAM la famille correspondante de codes préétablis. En d'autres termes, le microprocesseur a initialement sept familles de codes à disposition pour n'en n'utiliser par la suite qu'une seule. Ceci autorise l'utilisation d'un autre émetteur-radio portatif 400 que l'on pourra alors utiliser dans les environs (en prenant garde toutefois de choisir un autre code soit en appuyant pour la première fois sur un autre interrupteur). Une fois cette phase très rapide d'auto- initialisation achevée, l'émetteur-radio 400 est prêt à l'emploi. Ainsi, dès que l'une des touches est à nouveau enfoncée, le micro-processeur constate que le circuit d'entrée correspondant a changé d'état, et il associe à ce signal reçu une adresse de la mémoire vive et il applique le code correspondant au circuit de sortie qui lui délivre un signal codé (a) à l'entrée de l'oscillateur 25. Avantageusement, ce signal (a) peut Àêtre une succession d'un mot composé d'une suite d'absences ou de présences de créneaux de l'ordre de 5 V. La première partie du mot peut caractériser la famille de codes utilisée alors que la seconde partie caractérise plutôt la touche effectivement enfoncée. Par exemple, un demi- mot peut être constitué d'une succession de huit créneaux dont l'un est répété, la position de ce créneau - 12 - doublé par rapport aux autres étant caractéristique de l'information: famille de codes, touche. Compte-tenu d'une part que l'oscillateur 25 démarre dès que sa porte d'entrée est portée à un potentiel suffisant et s'arrête dès que sa porte d'entrée est ramenée à un potention proche de zéro et d'autre part que cet oscillateur fonctionne A une fréquence élevée nettement supérieure A celle du signal codé (a), on comprend alors qu'à la réception de ce signal (a) cet oscillateur 25 émet un signal radio-électrique (b) composé d'une suite de présences ou d'absenzes de paquets identiques d'impulsions, chacun de ces paquets correspondant à un créneau. En d'autres termes, le signal radio-électrique (b) reproduit le signal codé (a) à la différence que les créneaux sont maintenant remplacés par des paquets d'impulsions à haute fréquence. Ce signal radio-électrique (b) est recu par une antenne à l'entrée de l'oscillateur 215 dont il altère la fréquence d'oscillation. Par exemple, cet oscillateur passe d'une fréquence normale de 4 Mhz à une seconde fréquence de 2 Mhz lors de la réception de paquets d'impulsions. Le signal (c) modulé en fréquence est alors appliqué a un démodulateur- décodeur délivrant une tension de 5 V pour la fréquence normale et de O V pour l'autre ce qui, à la sortie, reconstitue le signal (a) généré précédemment dans l'émetteur-radio 400. Ce signal (a) est alors appliqué & l'entrée du micro-contrôleur 270. Lors de la première mise sous tension de la console centrale, donc du micro-processeur 270, celui-ci est également d'abord entré dans une procédure d'auto- - 13 - initialisation lue dans sa mémoire ROM. Durant cette procédure, ce microprocesseur a d'abord testé l'état de ses portes 27 et 28 pour constater qu'un rôle "récepteur" lui a été affecté lors de son installation. Puis, ce micro-processeur attend la réception d'un premier signal pour n'en lire que la partie caractéristique de la famille de codes établie dans l'émetteur et qu'il écrit de son cOté & l'identique dans sa mémoire vive. Une fois cette phase d'auto-initialisation achevée, les signaux (a) suivants seront interprétés pour reconnaître la touche correspondante enfoncée. Lors de cette interprétation, des tests peuvent être effectués quant à la véracité d'un signal reçu. Par exemple, compte-tenu que la durée des créneaux a été établie à une valeur nettement supérieure à la durée usuelle des parasites, un test peut consister à vérifier qu'un créneau présent dans le signal (a) transmis par le démodulateur-décodeur 225 présente une certaine durée au minimum. Le micro- processeur peut alors engager l'action correspondante à la touche reconnue, action décrite dans le brevet principal. Ces actions résultent normalement par le basculement d'un interrupteur 275 piloté directement par un circuit de sortie du micro-processeur 270. Comme on a pu le constater, le nombre de circuits présents dans ce dispositif a été réduit par rapport au brevet principal alors que la forme prise par le signal radio-électrique favorise l'immunité de la transmission aux parasites de l'environnement. De nombreuses améliorations peuvent être apportées à ce dispositif dans le cadre de cette invention. - 14 - REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande à distance pour une installation de jouet électrique sur circuit selon la revendication 1 du brevet principal caractérisé en ce qu'un signal radio-électrique (b) émis par l'émetteur- s radio (400) est essentiellement constitué d'une répétition d'un mot composé d'une suite de présences ou d'absences de paquets identiques d'impulsions électriques, lequel mot est composé selon un signal codé (a) associé au choix de l'utilisateur. 2. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 1 du brevet principal, caractérisé en ce que l'émetteur-radio (400) comprend: - un oscillateur (25) à fréquence fixe réglable incluant un élément faisant office d'antenne et déclenché par l'application d'une tension sur une borne d'entrée, - une suite d'interrupteurs ("1"-"5", "+", " -") reliée à une source de tension (60,50), - un micro-contrôleur (270) dont les circuits d'entrée sont respectivement reliés aux interrupteurs et dont l'un des circuits de sortie est relié à la borne d'entrée de l'oscillateur (25), ce micro-contrôleur (270) incluant au moins des moyens de stockage de différents codes préétablis et une unité centrale associant à un signal reçu d'un interrupteur ("1"-"5", '+", "-") basculé par l'utilisateur exprimant son choix une adresse des moyens de stockage contenant le code correspondant, puis appliquant grace au circuit de sortie un signal codé (a) à l'oscillateur (25) provoquant l'émission d'un signal radio-électrique (b). 2648Q53 - 15 - 3. Dispositif selon la revendication 1 du brevet principal, caractérisé en ce que le récepteur-radio fixe (450) comprend: - un oscillateur (215) dont la fréquence du signal de sortie (c) est modulée par les signaux radio-électriques (b) recus sur une antenne, - un démodulateur-décodeur (225) restituant un signal codé (a) à partir du signal de sortie (c) reçu de l'oscillateur (215), lequel signal codé (a) est appliqué à l'un des circuits d'entrée d'un micro-contrôleur (270) constituant les moyens électroniques interprétant ce signal pour déclencher les moyens de contrle correspondant du circuit. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de contrôle (275) respectifs du circuit comprennent un ou plusieurs interrupteurs chacun sous la forme d'un montage en Darlington de transistors, lequel montage est directement commandé par un circuit de sortie du micro-contrêleur (270). 5. Dispositif selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le micro-contrôleur présent dans l'émetteur-radio (400) est celui dans le récepteur-radio- fixe (450) et sont chacun réalisés par fne même topographie (270) de semiconducteurs, le branchement au montage d'une ou de plusieurs bornes d'entrée & un ou plusieurs potentiels de référence déterminant la fonction "micro-contrôleur d'émetteur" ou "micro-contrbleur de récepteur" prise par la topographie. - 16 - 6. Procédé de commande du micro-contrôleur de l'émetteur-radio (400) selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste, lors de l'auto- initialisation du micro-contrbleur suite & la première mise sous tension, & attendre qu'un premier interrupteur ("" "5" +", "-") soit basculé par l'utilisateur, puis à écrire dans les moyens de stockage une famille de codes en fonction de ce premier interrupteur basculé. 7. Procédé de commande du micro-contrbleur du récepteur-radio (450) selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste, lors de l'auto- initialisation du micro-contrbleur suite à la première mise sous tension, & attendre la réception d'un premier signal radio-électrique (b), puis à écrire dans les moyens de stockage la famille de codes correspondant à ce premier signal.