Brevet FR2686721A1 — publié le 19930730

Dispositif de télécommande à ultrasons pour aspirateur La présente invention concerne un dispositif de télécommande à ultrasons destiné à la commande à distance, depuis la poignée, notamment de la puissance du moteur d'un aspirateur. La demande de brevet européen EP-A-O 285 801 décrit un dispositif de commande à distance d'un moteur d'un aspirateur, situé dans la poignée du tube suceur. La télécommande est du type filaire avec deux conducteurs électriques 7 disposés dans le tuyau d'aspiration 2 afin de transmettre les informations de la poignée de télécommande 1 jusqu'au corps 3 de l'aspirateur. Un tel dispositif présente toutefois de nombreux inconvénients. D'une part, pour des raisons d'isolation électrique, chaque conducteur possède une double épaisseur d'isolation et en outre est inclus dans une gaine plastique faisant office de structure pour le tuyau d'aspiration. Il en résulte un poids particulièrement élevé de ce tuyau, typiquement de l'ordre de 1 Kg, ainsi qu'une rigidité importante due à ces différentes épaisseurs d'isolation recouvrant les conducteurs électriques. L'absence de flexibilité conjugée à cet excès de poids ont pour conséquence de limiter grandement la maniabilité de l'aspirateur ainsi équipé. D'autre part, la tension véhiculée par les conducteurs du tuyau d'aspiration peut être source de chocs électriques pour l'utilisateur lorsque ce tuyau vient à être détérioré. La présente invention vise à remédier aux inconvénients précédents et à réaliser une télécommande qui soit à la fois simple et fiable, c'est-à-dire qui permette une réception fidèle des informations émises depuis la poignée de l'aspirateur. Ces buts sont atteints grâce à un dispositif de télécommande d'un aspirateur comportant un ensemble d'émission à ultrasons monté dans une poignée dudit aspirateur et comprenant un transducteur piézoélectrique commandé par l'intermédiaire d'un circuit multivibrateur comprenant notamment deux transistors identiques couplés par un premier et un second condensateurs et ayant chacun une base, un émetteur et un collecteur, les émetteurs de chaque transistor étant reliés entre eux. Le circuit multivibrateur est alimenté par des références de tension positive et de masse obtenues, depuis une pile ou une batterie, pour la première au travers de deux selfs disposées dans les liaisons collecteur de chaque transistor et pour la seconde au travers d'un moyen de commutation disposé dans la liaison émetteur des transistors et pouvant être ouvert ou fermé selon des états de sortie d'un circuit de commande, chaque self et le transducteur piézoélectrique formant à chaque basculement des transistors du circuit multivibrateur un circuit LC résonnant dont une fréquence de résonance est égale à une fréquence d 'émission déterminée du transducteur piézoélectrique et est inférieure à celle du circuit multivibrateur, afin d'établir aux bornes du transducteur piézoélectrique une tension notablement supérieure à la tension délivrée par la pile. La base et l'émetteur de chaque transistor sont reliés entre eux par l'intermédiaire d'une résistance et le transducteur piézoélectrique est relié entre les collecteurs de chaque transistor afin d'émettre, à destination d'un ensemble de réception disposé dans un corps de l'aspirateur, des informations correspondant aux états de sortie du circuit de commande, lesquels états dépendent des fonctions pouvant être commandées depuis la poignée de l'aspirateur. Avec ce dispositif, il est ainsi possible de commander depuis la poignée les différents éléments présents dans le corps de l'aspirateur, notamment le moteur du ventilateur, sans que cette commande à distance ne soit perturbée par les nombreux parasites dus à ces éléments et ceIa grâce à la surtension provoquée au niveau du transducteur piézoélectrique par l'association des deux selfs. Avantageusement, le circuit multivibrateur peut comporter en outre un troisième condensateur disposé en parallèle sur le transducteur piézoélectrique. La fréquence d'émission du transducteur piézoélectrique est typiquement de 40 KHz sans être bien évidemment limitée à cette valeur, le dispositif selon l'invention pouvant être parfaitement mis en oeuvre dans l'ensemble de la gamme des fréquences ultrasonores. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront mieux à la lecture de la description suivante faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente un aspirateur comportant un dispositif selon l'invention, - la figure 2 représente un schéma d'un ensemble d'émission d'un dispositif selon l'invention, - les figures 3a à 3e montrent la forme des signaux de commande de l'ensemble d'émission, - la figure 4 montre différentes formes d'ondes relevées au niveau de l'ensemble d'émission, - la figure 5 représente un schéma d'un ensemble de réception coopérant avec l'ensemble d'émission de la figure 2. La figure 1 représente un aspirateur muni d'un corps 1, contenant notamment un moteur d'entrainement d'un ventilateur, relié à une poignée 2 par un tuyau d'aspiration 3. Un dispositif de télécommande comportant un ensemble d'émission 4 et un ensemble de réception 5 permet la commande de la puissance du moteur depuis la poignée 2. A cet effet l'émetteur 4 est disposé dans la poignée 2 et le récepteur 5 dans le corps 1. Des boutons de commande 6 situés sur la poignée 2 au niveau de l'émetteur 4 permettent le réglage de la puissance moteur. De même, cette même puissance peut être modifiée directement au niveau du boîtier 1 par des boutons de commande 7 en cas de non fonctionnement de la liaison émetteur-récepteur signalé par un voyant 8. La configuration de l'ensemble d'émission 4 sera maintenant décrite en regard de la figure 2. Afin de permettre une grande maniabilité du dispositif, il est nécessaire que l'ensemble poignée-tuyau d'aspiration ne soit pas trop lourd et notamment la poignée 2 doit être de taille particulièrement faible. C'est pourquoi l'alimentation de l'émetteur est réalisée par une batterie ou pile B1 ayant un encombrement réduit, typiquement une pile de 9 Volts type 6LR61. Un condensateur de découplage C1 est placé aux bornes de cette pile. Un ensemble de régulation constitué par une résistance R14 et une diode zéner D1 en parallèle avec un condensateur C6 permet à partir de la borne positive de la pile B1 de fournir une tension positive stable pour un circuit microcontrôleur ICI. La référence de fréquence du circuit IC1 est fournie par un résonateur céramique, RZ1 dont la fréquence d'excitation est typiquement de 640 ou 656 Khz sans être limitée à ces valeurs, monté classiquement comme indiqué figure 2. Le circuit IC1 est également muni d'un dispositif de nonconsommation constitué par des transistors QI et Q2 et des résistances R1 à R4. Initialement, les transistors Ql et Q2 sont dans un état bloqué et le circuit ICI qui reçoit une tension positive mais pas de référence de masse est nonalimenté. Dès l'action sur l'un quelconque des poussoirs Si à S5, le transistor Q2 commute la référence de masse du circuit IC1 à la borne négative de la pile B1 alimentAnt le circuit IC1. Par programme, une sortie S0 du microcontrôleur est mise au potentiel de la masse provoquant la commutation du transistor Q1 au travers du circuit de polarisation constitué par les résistances R3 et R4, lequel transistor assure le maintien de l'état du transistor Q2 au travers des résistances de polarisation R1 et R2. Le changement d'état de la sortie S0 aura pour effet de désactiver le transistor Q1 puis le transistor Q2 et par conséquent de rompre l'alimentation du circuit iCi. Le microcontrôleur IC1 comporte encore un circuit de démarrage constitué d'une résistance R12 en parallèle avec une diode D2 et en série avec un condensateur C5. L'une des bornes de l'ensemble résistance/diode est reliée à la sortie de l'ensemble de régulation (la borne positive du condensateur C6), l'autre (qui est aussi l'une des bornes du condensateur C5) est reliée à l'entrée de remise à zéro Rst du microcontrôleur IC1, l'autre borne du condensateur C5 étant reliée à la masse. Après mise en place de la batterie B1 le condensateur C5 se charge au travers de la résistance R12 entraînant au bout d'un temps déterminé par la constante de temps du circuit R12-C5, typiquement quelques millisecondes ou dizaines de millisecondes, le passage au niveau haut de l'entrée de remise à zéro. Le microcontrôleur IC1 est alors prêt pour exécuter les différentes opérations (mettre en oeuvre les différentes fonctions) prévues dans sa mémoire de programme. En cas de baisse ou coupure de la tension de la pile B1, la conduction de la diode D2 entraînera une décharge rapide du condensateur C5 et donc une mise au niveau zéro de l'entrée de remise à zéro ce qui aura pour effet un arrêt puis une réinitialisation du programme contenu dans le microcontrôleur IC1. Le microcontrôleur IC1 réalise l'acquisition des informations issues des poussoirs Sl à S5 et le traitement de ces informations pour la commande d'un transducteur piézo-électrique P1 au travers d'un dispositif multivibrateur, relié à une sortie G3 du circuit IC1, dont la structure et le fonctionnement seront décrits plus avant. L'état de la sortie G3 du microcontrôleur IC1 dépend de différentes fonctions réalisées par celui-ci qui sont à titre d'exemple au nombre de quatre, ce nombre n'étant bien sûr pas limitatif. Une fonction "Marche/Arrêt" permet après action sur le poussoir S5 la mise en fonctionnement du dispositif et donc l'alimentation du transducteur P1. Une fonction "réglage de la puissance +/-" permet par l'action du poussoir S3 ou du poussoir S4 de respectivement diminuer, d'un pas prédéterminé, par exemple 10% de la puissance maximale, ou augmenter la puissance d'aspiration de l'aspirateur. I1 doit être noté qu'à l'initialisation le dispositif selon l'invention est réglé pour fournir une puissance d'aspiration moyenne égale à 60% de la puissance maximale, cette valeur étant évidement simplement indicative. Une fonction "sélection de mode manuel/automatique" permet par l'action du poussoir S2 soit d'inhiber la fonction précédente (en mode automatique), l'ajustement de la puissance étant alors réalisé en fonction d'un capteur de dépression placé dans le compartiment de sac, soit de valider l'action sur les poussoir S3 et S4. Enfin, une fonction "Boost" permet par l'action du poussoir S1 de provoquer un surcroît de puissance, de l'ordre de 20% de la puissance maximale prédéfinie, au niveau de l'aspiration. La lecture par le circuit ICI de l'état des différents poussoirs S1 à S5 ainsi que de l'état de l'entrée L5 sur laquelle est connectée une pastille du type à chevron Il c'est-à-dire un interrupteur permettant la définition de deux états logiques complémentaires 0 ou 1, permet alors de générer sur la sortie G3 différents mots formés de plusieurs bits représentatifs de la fonction à réaliser. Les figures 3a à 3e montrent pour chacune des fonctions réalisées par le circuit ICI l'état de la sortie G3, respectivement "Marche/Arrêt", "augmentation de puissance +", "diminution de puissance", "automatique/manuel" et "Boost". Par exemple, il peut être décidé que chaque mot comportera 6 bits, le premier bit étant un bit de démarrage, le second un bit de codage correspondant à l'état de l'entrée L5, les 4 suivants matérialisant sous forme binaire une action sur l'un des poussoirs précédents S1 à S5. Bien évidement, ce codage de l'information en sortie du circuit IC1 est donné à titre indicatif, il pourra être totalement différent comme par exemple être redondant sur tout ou partie de ces éléments pour prendre en compte des irrégularités de transmission ou bien être plus important pour intégrer d'autres fonctions couramment mises en oeuvre au niveau d'un aspirateur, l'essentiel étant que cette information se présente sous une forme à deux états (haut/bas) indispensable pour la commande du multivibrateur commandant le transducteur Pi, le codage de chaque bit pouvant être matérialisé par un maintien à l'état haut d'une durée différente. Cela signifie également que le circuit ICI n'est qu'un exemple de réalisation permettant d'aboutir à cette forme et que d'autres réalisations, à base d'un microprocesseur de structure connue, par exemple, pourront tout aussi bien autoriser la génération de tels signaux. I1 va être décrit maintenant plus précisément le dispositif multivibrateur. Celui-ci comporte deux transistors Q3 et Q4 dont les émetteurs sont reliés entre eux au travers de diodes D3 et D4 dont les cathodes communes peuvent être connectées à une borne de référence de masse par un moyen de commutation, et un troisième transistor Q5 dont le collecteur est relié à ces cathodes et l'émetteur à cette borne de masse. La base de ce troisième transistor Q5 est reliée au travers d'une résistance R13 à la sortie G3 du circuit IC1. La base du premier transistor Q3 est reliée au collecteur du second transistor Q4 par un premier condensateur C7 et la base du second transistor Q4 est reliée au collecteur du premier transistor Q3 et une seconde résistance R18 est disposée entre la base et le collecteur du second transistor Q4. Les collecteurs des transistors Q3 et Q4 sont d'une part reliés entre eux par le transducteur P1 en parallèle avec un troisième condensateur C9 et d'autre part reliés à la borne de référence positive par respectivement une troisième résistance R15 en série avec une première inductance L1 et une quatrième résistance R16 en série avec une seconde inductance L2. L'installation d'un émetteur/récepteur à ultrasons au niveau d'un aspirateur pose des problèmes spécifiques liés à la nécessaire miniaturisation de l'émetteur pour pouvoir être intégré dans la poignée. Notamment,l'alimentation de cet émetteur ne peut être réalisée qu'à l'aide d'une pile ou batterie de très faible dimension. I1 en résulte une émission de faible puissance qu'il est difficile de différencier du bruit ambiant créé par l'aspirateur lui-même sauf à placer l'émetteur directement en regard du récepteur. Une solution à ce problème consisterait en l'utilisation d'un transformateur élévateur de tension. Toutefois, cette solution n'est pas satisfaisante de par notamment son coût, extrèmement élevé, si l'on désire un produit miniaturisé. Le recours à un régulateur du type survolteur (élévateur de tension) peut aussi être imaginé pour augmenter la puissance d'émission. Toutefois, ici encore, on se heurte au coût élevé de tels composants. Au contraire, la solution apportée par la présente invention est particulièrement élégante puisque simple, peu coûteuse et autorisant une miniaturisation extrème. Elle consiste en l'association d'un circuit résonnant avec un dispositif multivibrateur pour assurer la commande du transducteur piézoélectrique, l'utilisation de ce circuit résonnant ayant pour effet d'augmenter notablement la puissance d'émission du transducteur. En outre, le dispositif multivibrateur permet de s'affranchir de l'amortissement de fréquence classique observé dans les circuits résonnants LC série du type de l'invention. Le circuit résonnant LC série est constitué par l'ensemble L1, R15, Pi lorsque le transistor Q4 du multivibrateur est saturé et par l'ensemble L2, R16, Pi lorsque c'est le transistor Q3 qui est saturé. Ce circuit résonnant est accordé sur la fréquence du transducteur piézoélectrique. Le multivibrateur n'est pas un montage astable classique dans lequel les deux transistors sont couplés par deux condensateurs, les bases de chaque transistors étant reliées directement au travers d'une résistance à la référence de tension positive. En effet, dans le montage du dispositif selon l'invention, les résistances de base R17 et R18 de chaque transistor Q3 et Q4 sont reliées chacune au collecteur d'un transistor, créant ainsi une liaison directe collecteur-base au niveau de chaque transistor. Ces résistances ainsi que les autres éléments du multivibrateur notamment les condensateurs C7 et C8 sont déterminés afin d'obtenir une fréquence d'oscillation qui soit supérieure à la fréquence du transducteur piézoélectrique, pouvant aller jusqu'au double de cette fréquence. On veillera en outre à ce que des éléments R16, R17, C7 et C8 aient des valeurs non identiques afin d'éviter le non démarrage des oscillations de ce multivibrateur. Avantageusement, un condensateur C9 peut être placé aux bornes du transducteur piézoélectrique afin d'améliorer la forme des signaux qu'il émet et notamment de rendre ceux-ci plus sinusoïdaux. De même, deux diodes D4 et D5 servent de protection des transistors Q3 et Q4 contre les tensions inverses pouvant apparaître à leurs bornes du fait des surtensions existant aux bornes du transducteur piézoélectrique. La figure 4 montre la forme des signaux apparaissant aux bornes du transducteur piézoélectrique P1 et celle du signal de commande du transistor Q5. En l'absence d'action sur les poussoirs S1 à S5, la sortie G3 du circuit lCl est au niveau bas et le transistor Q5 n'est pas conducteur. Le multivibrateur n'est pas alimenté (il ne dispose pas de la référence positive) et le transducteur piézoélectrique n'oscille pas. L'action sur l'un quelconque de ces poussoirs provoque l'émission de l'un des messages décrits précédemment et donc l'apparition d'un premier niveau haut sur la sortie G3 du circuit ICi. Le transistor Q5 devient alors conducteur provoquant l'alimentation du multivibrateur qui se met à osciller sur la fréquence d'oscillation définie par le circuit résonnant et non sur sa propre fréquence d'oscillation. Cette oscillation se poursuit jusqu'à ce que le niveau de la sortie G3 repasse à l'état bas rendant à nouveau non-conducteur le transistor Q5 et donc rompant l'alimentation du multivibrateur. Le processus décrit se répétera ensuite avec le second bit du message et ainsi de suite jusqu'à épuisement des 12 bits à transmettre (voir l'exemple de la figure 3). A titre d'exemple, pour un transducteur piézoélectrique de fréquence d'émission de 40 KHz, les éléments pourront être choisis dans les plages suivantes: pour L1 et L2 : 7,5 mH pour L7 et L8 150 150 pF pour R17 et R18 : 56 KSt pour R15 et R16 : 200# pour C9 820 pF On obtient alors aux bornes du transducteur piézoélectrique une tension de l'ordre de 4 fois la tension d'alimentation pile. La figure 5 représente un ensemble de réception 5 disposé dans le corps de l'aspirateur et destiné à coopérer avec l'ensemble d'émission 4 de la figure 2. Les références des composants discrets autres que le transducteur et les boutons poussoirs seront affectées d'un signe prime. Cet ensemble de réception comporte un circuit IC4, identique au circuit IC1, qui permet la commande de l'aspiration à partir des données relevées dans l'information reçue de l'émetteur 4. Comme le circuit IC1, le circuit IC4 comporte une référence de fréquence fournie par un résonateur céramique RZ'1, un interrupteur de codage I'1 mais seulement deux poussoirs, l'un de Marche/Arrêt S5 et l'autre d'augmentation de la puissance S6. Ces deux poussoirs S5 et S6 constituent des sécurités et permettent une mise en route de l'aspirateur et éventuellement une augmentation de sa puissance jusqu'à la puissance maximale autorisée même lorsque l'émetteur est défaillant, par défaut d'alimentation pile par exemple. Le récepteur comporte en effet une alimentation autonome à partir du secteur N/L. Le montage est un montage classique hybride à doubleur de Schenkel muni d'un condensateur C'1, d'une diode Zéner D'1, d'une diode D'2 et d'un condensateur de filtrage C'2, lequel montage réalise à la fois une régulation de tension et un redressement. La tension fournie aux bornes du condensateur C'2 est délivrée à un régulateur IC2 qui fournit une tension stabilisée pour un circuit IC3 qui assure la détection du signal reçu aux bornes d'un second transducteur piézoélectrique P2. Ce circuit comporte classiquement un filtre passe-bas centré sur la fréquence d'émission du transducteur P1 et un amplificateur. 1l doit être noté que le régulateur IC2 n'est pas indispensable et que l'alimentation du circuit IC3 pourrait aussi être réalisée directement à partir de la tension prise aux bornes du condensateur C2. En sortie du circuit de détection IC3 on obtient un signal à deux états, identique à celui émis par le circuit IC1 sur sa sortie G3, qui constitue un signal d'entrée G0 pour le circuit IC4. Le réglage de la puissance d'aspiration est effectuée à partir du circuit IC4 et d'une série de diodes D'6 à D'13 délimitant sur la sortie S une tension dont la valeur dépend de la fonction réalisée. Cette disposition en série des diodes permet de définir pour la sortie S différents niveaux de tension distants chacun de deux tensions de seuil, soit environ 1,2V. Ainsi, selon l'état des sorties L0 à M du circuit IC4 il viendra en sortie une tension comprise entre 8V (L0 à M au niveau haut par l'intermédiaire de résistances de tirages non représentées) et 0,6V (LO au niveau bas par l'intermédiaire d'un commutateur non représenté), les niveaux intermédiaires étant 1,8V, 3V, 4,2V et 5,4V et correspondant comme les deux précédents à une fonction particulière de l'aspirateur. Afin d'éviter que les tensions apparaissant en sortie ne soient pas significatives des données émises, un circuit de surveillance d'alimentation permet de vérifier que le circuit IC4 est convenablement alimenté. Cette surveillance est organisée autour d'un comparateur IC5 qui compare une tension de référence minimale donnée par une diode Zéner de référence D'5 avec la tension apparaissant aux bornes du condensateur C'2. Lorsque cette tension devient trop faible, par suite par exemple d'une rupture secteur, le comparateur bascule provoquant une remise à zéro du circuit IC4. Enfin, notons également la présence d'une diode électroluminescente DSi qui signale le fonctionnement du dispositif dans le mode automatique, le basculement de la sortie SO de IC4 en fonction des données reçues permet en provoquant la conduction du transistor Q'1 de mettre en court-circuit la diode DS1 et donc de provoquer son extinction, signalant par la-même que le réglage de la puissance d'aspiration peut être obtenue depuis la poignée de l'aspirateur par l'action sur les poussoirs S3 ou S4 selon que l'on souhaite diminuer ou augmenter cette puissance ou sur le poussoir S1 si l'on désire que cette puissance aille au delà de la puissance maximale définie par construction. REVENDICATIONS 1. Dispositif de télécommande d'un aspirateur, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble d'émission (4) à ultrasons monté dans une poignée dudit aspirateur et comprenant un transducteur piézoélectrique (P1) commandé par l'intermédiaire d'un circuit multivibrateur (Q3,Q4,R15 à R18, C7,C8) comprenant notamment deux transistors (Q3, Q4) identiques couplés par un premier et un second condensateurs (C7,C8) et ayant chacun une base, un émetteur et un collecteur, les émetteurs de chaque transistor étant reliés entre eux, et en ce que ledit circuit multivibrateur est alimenté par des références de tension positive et de masse obtenues, depuis une pile ou une batterie (bu), pour la première au travers de deux selfs (L1,L2) disposées dans les liaisons collecteur de chaque transistor (Q3,Q4) et pour la seconde au travers d'un moyen de commutation (Q5) disposé dans la liaison émetteur des transistors (Q3,Q4) et pouvant être ouvert ou fermé selon des états de sortie d'un circuit de commande (ICi), chaque self (L1,L2) et le transducteur piézoélectrique (P1) formant à chaque basculement des transistors (Q3,Q4) du circuit multivibrateur un circuit LC résonant dont une fréquence de résonance est égale à une fréquence d'émission déterminée du transducteur piézoélectrique et est inférieure à celle du circuit multivibrateur, afin d'établir aux bornes du transducteur piézoélectrique une tension notablement supérieure à la tension délivrée par la pile. 2. Dispositif de télécommande selon revendication 1, caractérisé en ce que la base et l'émetteur de chaque transistor (Q4,Q5) sont reliés entre eux par l'intermédiaire d'une résistance (R17,R18) et en ce que le transducteur piézoélectrique (Pi) est relié entre les collecteurs de chaque transistor (Q4,Q5) afin d'émettre, à destination d'un ensemble de réception disposé dans un corps de l'aspirateur, des informations correspondant aux états de sortie du circuit de commande (ICi), lesquels états dépendent des fonctions pouvant être accessibles depuis la poignée de l'aspirateur. 3. Dispositif de télécommande selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que ledit circuit multivibrateur comporte en outre un troisième condensateur (C9) disposé en parallèle sur le transducteur piézoélectrique (P1). 4. Dispositif de télécommande selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la fréquence d'émission du transducteur piézoélectrique (P1) est de l'ordre de 40KHz. 5. Dispositif de télécommande selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les selfs (L1,L2) ont une inductance comprise entre 7,5 mH et 12,5 mH. 6. Dispositif de télécommande selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les résistances (R17, R18) présentent une valeur comprise entre 56KQet 75 KQ. 7. Dispositif de télécommande selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les premier et second condensateurs (C7,C8) ont une capacité comprise entre 150pF et 220pF.