Brevet FR2702071A1 — publié le 19940902

L'invention concerne des capteurs de chaussée ou d'environnement ou industriels consultables à distance et fournissant des données par synthèse vocale. Traditionnellement, il existe une grande variété de capteurs qui permettent de connaître des informations sur le trafic routier, sur la météorologie , la pollution, l'hydrologie, l'environnement urbain, rural ou industriel. Ces capteurs donnent des informations soit de type vrai/faux, soit chiffrées, consultables soit par lecture directe sur place soit à distance par transmission filaire. Cette situation ne convient pas lorsque des décisions doivent être prises de façon immédiate; il y a en effet obligation ou de se rendre sur place pour la consultation directe, ou de se rendre devant un terminal. ou sont regroupées les informations, cas général où la décision dépend de plusieurs facteurs. Cette situation ne permet pas, notamment à un patrouilleur chargé de constater sur place certains phénomènes, de prendre connaissance de données à des points différents, de façon quasiinstantanée et donc de prendre des décisions selon une analyse objective de la situation. Cette situation obligeant à centraliser les informations, limite les lieux de décision et allonge les délais d'interventions. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités par la mise en oeuvre d'une association de techniques permettant de pouvoir consulter à distance des capteurs et de recueillir les informations par synthèse vocale. La présente invention utilise tous capteurs traditionnels, tels que sondes de température, hygror. es, anémomètres, détecteurs de brouillard,de degré de saulité, capteurs de hauteur ou de pression ou de trafic, de pourcentage de gaz ou de solution, fournissant des informations en tout ou rien, ou des informations numériques ou analogiques, sous forme de valeurs électriques. Ces informations sont traitées et analysées, pour les rendre exploitables directement par l'utilisateur, puis recomposées en synthèse vocale. L'ensemble des informations vocales, susceptibles d'être fournies par les capteurs est découpé en segments élémentaires de voix; chaque information numérique ou analogique fait appel à un ou plusieurs de ces segments qui sont recomposés pour obtenir un message vocal compréhensible. Ce message vocal est transmis à l'utilisateur, soit par voie téléphonique à condition que le site des capteurs soit raccordé au réseau téléphonique, soit par voie Hertzienne, notamment lorsque le site n'est pas desservi. L'utilisateur interroge le site soit par appel téléphonique, soit par voie Hertzienne, par un code spécifique. Le récepteur sur le site décode la demande d'interrogation et déclenche le système qui provoque une acquisition des capteurs, qui est traitée, puis transmise en synthèse vocale sur le réseau de transmission. L'utilisateur peut ainsi obtenir une information immédiatement exploitable sans recours à un support écrit ou visuel, à partir d'un véhicule mobile ou d'une station fixe. Plus précisément, l'invention concerne un appareil de détection de signaux analogiques, issus par exemple de capteurs de type résistif ou capacitif, de signaux numériques, issus de capteurs capables de fournir une information numérisée, ou bien, de signaux électriques de détection de présence issus de capteurs "tout ou rien".Pour le signal analogique, un amplificateur opérationnel en montage différentiel, puis un amplificateur à gain, sont utilisés, afin d'adapter le signal dans une plage de valeur de tension convenant à un convertisseur analogique-digital, destiné à échantillonner les données des capteurs; en ce qui concerne le signal numérique issu d'un capteur de même nom, un acheminement direct du signal est envisagé vers l'unité informatique, et pour les signaux issus d'un capteur "tout ou rien", tel qu'un détecteur de présence, une information en tension nulle ou positive, peut être exploitée directement par le système informatique.Les données numérisées par le convertisseur ou les capteurs, sont stockées en RAM dans le système informatique, qui fournit ensuite des informations chiffrées après consultation d'une mémoire permanente, destinée à sauvegarder les valeurs d'étalonnage des capteurs et les programmations d'identification de la station. Les informations sont recomposées par le système informatique en segments élémentaires de voix, qui permettront de générer la synthèse vocale correspondante aux données saisies. Grâce à un compteur, l'unité informatique provoque le défilement des segments de voix du message, stockés dans des mémoires de type ROM, chargées de délivrer sur 8 bits les données vocales. Un convertisseur 8 bits - 4 bits, destiné à accroître les possibilités du système, est connecté à un convertisseur digital-analogique, dont la fonction est de transformer les données numériques en niveaux de tension adaptés, capables de restituer en fréquence le message. Le signal reconstitué est mis en forme par un filtre passebas, avant d'être amplifié et transmis à un émetteur radiofréquence, chargé de la diffusion du message parlé par ondes Hertziennes. Une description plus détaillée de l'objet de l'invention sera donnée en liaison avec la description et les dessins ci-après, dans lesquels: - La figure 1, représente un schéma de principe d'un système conforme à l'objet de l'invention. - La figure 2, représente un mode de traitement du signal radio codé destiné à valider la station de mesure. - La figure 3, représente un mode de traitement d'une mesure analogique, issue d'un capteur résistif, et destinée à être numérisée. - La figure 4, représente un mode de traitement d'une mesure analogique, issue d'un capteur capacitif d'hygrométrie. - La figure 5, représente un mode de réalisation du système informatique. - La figure 6 représente un mode de réalisation de la synthèse vocale des données des capteurs. Le nombre d'éléments figurant dans chaque schéma, n'étant jamais supérieur à dix, les éléments ont été répertoriés dans la dizaine représentative de l'identification de la figure. Ainsi, la figure 3, comporte 6 éléments répertoriés 31,32,33,34,35 et 36. La figure 1, représente l'ensemble synoptique du dispositif relié à l'émetteur-récepteur radiofréquence, indiqué en 1 pour la partie "réception" et en 11, pour la partie émission. Un signal radio modulé sur une porteuse accordée à la fréquence réception du récepteur 1, est envoyé par un utilisateur lors d'une interrogation du système. Chaque unité réceptrice est assujettie à un codage radio spécifique qui lui est propre et unique, aussi appelé "appel sélectif". Le type de codage peut être du codage CCIR, ainsi que du ZVEI 1 ou ZVEI 2, ou de type numérique, ou tout autre mode de codage radio agréé. Le récepteur l,après démodulation du signal radio, convertit celui-ci en tension électrique VREC, dont la fréquence est exploitée par une unité de décodage 2. La figure 2, représente le détail du traitement du signal réception VREC, en vue du décodage pour la validation du dispositif. Le signal VREC, qui peut comporter une éventuelle composante continue, parvient à un condensateur de filtrage 21, avant d'être amplifié par un amplificateur opérationnel 22, dont le gain est de -1, pour attaquer l'entrée d'un montage à détecteur de passage par zéro 23, doté d'une hystérésis, qui permet d'éviter toute oscillation parasite. La particularité de ce circuit, est d'avoir une tension de sortie comprise entre Vss et Vcc moins 1 Volt, ce qui permet le montage direct sur un transistor 24, à collecteur ouvert, qui constitue l'étage final d'acheminement du signal VREc vers l'unité informatique 3 de la figure 1. Sur cette figure 1, sont mentionnés les capteurs destinés à recueillir les données de mesure. La chaîne de mesure analogique, connectée au capteur 6, est composée d'éléments électroniques 7, destinés à traiter les données qui seront numérisées dans un convertisseur analogique-digital 8. Lors de la validation par appel sélectif radio, comme vu précédemment dans la description des organes récepteur 1 et 2, le dispositif échantillonne et stocke les données saisies sur les capteurs, de maniere instantanée, c'est à dire à l'instant t, où le système a reconnu son identification issue du codage sélectif radio. La figure 3, représente la chaîne de mesure analogique, connectée à un capteur de température 31, de type résistif, caractérisé par une résistance mesurée de 100 Ohms à 0 degré Celsius, et par un coefficient de variation correspondant a 0,39 Ohms par degré Celsius. De telles valeurs n'étant pas exploitables par un convertisseur analogique-digital, il est nécessaire de procéder à un traitement électronique de cette mesure. Le capteur 31 est équipé de 4 conducteurs, 2 sont destinés au prélèvement de la mesure, les deux autres étant connectés à ungénérateur de courant 32, constitué d'une résistance de 1,5 kOhms et d'un condensateur de découplage relié au + 5V, qui fournissent une intensité de 3 milliAmpères traversant la résistance du capteur. La mesure de fluctuation de résistance est prélevée sur les deux entrées d'un amplificateur opérationnel 33, faisant office d'adaptateur d'impédance , et monté en différenciateur dont la sortie vaut 0,3 Volts pour une pente de 1,17 milliVolts par degré Celsius. Avant de procéder à l'amplification grâce à l'amplificateur opérationnel 34, il est nécessaire d'ajuster une tension d'offset de 0,28 Volts par l'intermédiaire du potentiomètre 35, afin de compenser l'accentuation de 0,3 volts, constatée à la sortie de l'amplificateur 33. La diode 36, qui a pour fonction d'écrêter les niveaux de tension supérieurs à 5 Volts, constitue le dernier étage avant l'entrée du convertisseur analogique-digital.La tension négative de -5 Volts qui alimente l'amplificateur différenciateur 33, qui prélève la mesure issue des capteurs analogiques, est fournie par un ^ circuit spécialisé, non représenté sur la figure, fonctionnant grâce à un oscillateur intégré, calé sur 10 kHertz et delivrant, par l'intermédiaire de condensateurs chargés et décharges à des potentiels différents, une tension de moins 5 Volts, dont l'intensité ne doit pas toutefois dépasser 50 milliAmpères. Sur la figure 1, le circuit convertisseur analogique-digital 8 sur 10 bits, est caractérisé par un fonctionnement selon le principe de l'approximation successive, avec capacités commutées. Il comprend de plus un multiplexeur analogique interne gérant îl entrées et une tension de réference interne, son adressage est du type série, ce qui permet une optimisation du nombre des lignes d'entrée/sortie. Le convertisseur analogique-digital 8 est relie à l'unité informatique 3 par 4 voies, qui desservent respectivement l'entrée d'horloge, la sélection d'adres8e, les données converties et la sélection du boîtier. La figure 4, représente le traitement électronique envisagé, issu du signal fourni par la sonde capacitive, chargée de mesurer l'hygrométrie relative. Le capteur hygrométrique étant deporté de l'unité de traitement électronique de mesure, puisqu'il exerce une mesure dans l'air ambiant, il est nécessaire, pour obtenir une mesure fiable, de ne pas y rajouter la capacité issue des fils de liaison, aussi un préconditionnement du signal aussitôt après le capteur a été réalisé. Le capteur hygrométrique 41 est connecte par l'intermédiaire de deux résistances des 100 kohms 42, & un oscillateur astable 43, de type 555, dont la période des créneaux de sortie est proportionnelle & la capacité variable du capteur et aux deux résistances. Pour une hygrométrie de 50 %, la fréquence est de 10,3 kHertz.La sortie de l'oscillateur est directement appliquée sur un port du circuit VIA 55, de la figure 5, dont la description est abordée plus loin. Sur la figure 1, le capteur détecteur de présence 4, et le capteur numérique 5, sont connectés directement à l'unité informatique 3, car les données fournies par ces capteurs peuvent être exploitées par le système informatique dés lors qu'elles délivrent des niveaux de tension compris dans la plage admissible d'un port du VIA 55 qui fait office d'entrée d'attaque dans l'unité informatique. La figure 5, représente le mode de réalisation utilisé pour le système informatique. Il est composé d'un microprocesseur 51, de type 65SC02, caractérisé par un espace mémoire adressable de 64 koctets, par un bus de données bidirectionnel sur 8 bits, un bus d'adresses sur 16 bits et des signaux de contrôle. Il est cadencé à 1 MHertz par l'horloge 52, composée d'un quartz oscillant sur sa fondamentale, inséré entre les 2 portes d'un inverseur HCMOS. Les instructions exécutables par le microprocesseur sont stockées dans une mémoire ROX 53, caractérisée par une capacité de 8 koctets. Les données temporaires sont stockées dans une mémoire RAM 54 d'une capacité de 2 koctets, pouvant être étendue à 8 koctets par échange du circuit RAM. Le contenu de la mémoire RAM 54 peut être sauvegardé par un accumulateur Cadnium-Nickel, rechargé par un potentiel de +5 Volts, limité à 30 milliAmpères. Le circuit VIA 55, de type 65SC22, est un boîtier d'entrée/sortie bidirectionnel, pourvu de 16 ports, de 4 lignes de contrôle, dont 2 sont configurables en sorties, de 2 timers, qui permettent en outre un décodage et un codage efficace en appel sélectif CCIR, et d'un registre d'interruption masquable. Ce circuit a pour fonction d'assurer les liaisons entre l'unité informatique et le reste de l'électronique. Le décodage d'adresse est assuré par un circuit 58 spécialisé, constamment activé, dont les entrées de sélection, directement reliées au microprocesseur, permettent une utilisation de 8 pages de 8 koctets, validées par 8 sorties actives au niveau bas. L'organisation de la mémoire est la suivante $0000 à $1OFF RAM (2 koctets ou 8 koctets circuit) $2000 à $3FFF entrées et sorties du VIA 55 $4000 à $5FFF afficheur 2x16 caractères $6000 à $7FFF libre $8000 à $9FFF libre $A000 à $BFFF libre $C000 à $DFFF libre SE000 à $FFFF ROM (8 koctets) La liaison entre les 4 boîtiers 51, 53, 54 et 55 est assurée par un bus de données 56 et un bus d'adresses 57, lui-même relié au décodeur d'adresses 58. L'architecture générale du système informatique est de type "Pipe-Line". Un connecteur est prévu pour insérer un afficheur à cristaux liquides, pouvant comporter 2x16 caractères, qui a pour fonction l'affichage des mesures instantanées. Enfin, une mémoire permanente 9, visible sur la figure 1, sous la même dénomination, est chargée de recueillir les données à sauvegarder obligatoirement pour assurer le fonctionnement du dispositif, telles que l'étalonnage des sondes, le numéro de la station, le retour d'appel. Ce boîtier est une EEPROX, d'une capacité de 256 octets, à accès série, selon le protocole IIC. Deux lignes d'entrées/sorties SDA et SCL, permettent le raccordement de 127 circuits d'une gamme étendue. Le circuit est adressable par le bus grâce à une procédure IIC Start consistant à la mise au niveau bas de la ligne SDA lorsque la ligne SCL est au niveau haut. Viennent ensuite 7 bits d'identification du circuit, auquel on ajoute le bit Read/Write. Le transfert de données entre le microprocesseur et le circuit IIC peut alors commencer. Une procédure IIC Stop, consistant à la mise au niveau haut de la ligne SDA lorsque la ligne SCL est haute, libère le bus IIC. L'étalonnage des sondes est le moyen qui va permettre au dispositif de fournir un résultat de mesure fiable et précis. Le mode d'étalonnage choisi ici, fait appel à une conversion hexadécimale des mesures afin de pouvoir étalonner facilement en "soft". En outre, ce procédé permet d'obtenir, pour les mesures de température, une résolution de 0,07 degré Celsius, sur la plage d'etude intéressant le dispositif qui s'étend de -20 degré Celsius à +50 degré Celsius. La résolution du dixième de degré Celsius espérée est donc largement atteinte. Pour l'hygrométrie, l'étalonnage reste basé sur le même principe. La plage s'étendant elle, de 0 pour cent à 99 pour cent d'humidité relative. L'étalonnage proprement dit considère l'étendue des plages de mesure comme linéaire (ce qui est pratiquement le cas pour la plupart des sondes) et utilise par ce fait le principe du coefficient directeur d'une droite selon la formule y=ax+b. L'étalonnage se fait donc sur 2 points. Pour les capteurs detempérature, il est pris comme premier point de mesure de référence, la température de la glace pilée qui est de 0 degré Celsius, et comme deuxième point de mesure, la température de l'air ambiant en laboratoire où est prélevée la mesure (généralement entre 15 et 25 degré Celsius). Le coefficient a est multiplié par 1024 afin d'éviter des erreurs de troncatures. Afin d'obtenir une mesure au dixième de degré Celsius, on multiplie a et b par 10, on obtient alors finalement les coefficient A et B. Pour les capteurs hygrométriques, le principe reste le même. Les mesures en laboratoire sont prises à 12 pour cent d'humidité relative, grâce à une solution d'eau sature en Chlorure de Lithium pour le premier point de mesure, et à 75 pour cent d'humidité relative, grâce à une solution d'eau saturée au Chlorure de Sodium, pour la deuxième mesure. Un programme PC sur disquette, fourni avec le dispositif, permet à l'opérateur d'entrer les données d'étalonnage sans avoir à effectuer aucun calcul. Le programme d'étalonnage peut s'étendre à l'utilisation de tous types de capteurs, qu'ils soient analogiques ou numériques. La figure 6, représente le mode de réalisation utilisé pour la synthèse vocale. Afin de rendre le système plus souple, et de faciliter sa gestion fonctionnelle, il n'a pas été choisi un circuit spécialisé pour la synthèse vocale. Le dispositif utilisé ici comprend deux EPROMs constituant la mémoire 61 des messages stockés, un compteur 63 d'adressage des EPROMs, un convertisseur 8 bits - 4 bits 65, un convertisseur analogiquedigital 66 et un filtre de mise en forme 67, suivi d'un amplificateur 68. Le bus d'adresses 62 sert de liaison entre l'unité. informatique 3 et les mémoires 61, le générateur de tons d'appel sélectif 69 est utilisé lors de l'envoi du retour d'appel sélectif déclenché par la validation de la station. Les échantillons de voix sont numérisés sur 4 bits, à une fréquence de 10 kHertz, ce qui permet d'obtenir un échantillon numérisé tout les dt = 100 microsecondes. Ainsi un mot échantillonne représente une capacité mémoire de 2 koctets, soit une durée de 0,4096 secondes. Un mot court peut utiliser un espace mémoire de 2 koctets, alors qu'un mot plus long peut utiliser plusieurs espaces de 2 koctets. Les échantillons sont stockés dans 2 EPROMs 61 de 64 koctets de capacité chacune. Le nombre de lignes d'adresses est de 17 A0 à A15 auxquelles ont rajoute l'entrée OE active à l'état bas, qui fait fonction de dix septième ligne. Le dit VIA 55 de la figure 5, n'étant pas adapte à la gestion d'un si grand nombre de lignes, le système utilise un compteur 63 à 12 étages, de Q0 à Qll, muni d'une entrée de remise à zéro active à l'état haut. Cette entrée étant connectée à la sélection des deux boîtiers EPROMs 61, active au niveau bas, la validation de celles-ci entraîne la remise à zéro du compteur 63. Les impulsions transmises au compteur 63 par le système informatique 3 permettent l'adressage de 11 entrées sur les EPROMs : Q1 å Qil du compteur 63 adressant les lignes A0 à A10 des mémoires 61, la sortie Q0 du compteur 63 étant réservée, comme il le sera démontré plus loin. D'autre part, les entrées d'adressage All à A15 et OE active i l'état bas, sont directement connectées aux ports PBO à PB5 du VIA 55, afin de réaliser un adressage instantané d'un mot; la mise en place d'un second compteur aurait entrains la lecture de l'intégralité des informations stockées précédant ce mot. En outre, les données des EPROMs 61 étant délivrées sur 8 bits, il a été nécessaire d'utiliser un convertisseur 8 bits - 4 bits. Pour cette operation un quadruple commutateur de données / multiplexeur 2 vers 1 a été choisi. Un mot de 4 bits peut être sélectionne parmi 2 mots présents sur les entrées, ce mot se retrouve sur les sorties, la sélection de ce mot étant opérée grâce à la sortie Q0 du compteur 63 abordé précédemment, cette sortie Q0 étant reliée à l'entrée SEL du multiplexeur 65 lorsque Q0=0, les sorties du multiplexeur reflètent l'état du quartet D7-D4, lorsque QO=1, les sorties du multiplexeur reflètent l'état du quartet D3-D0. Le convertisseur digital-analogique 66 est constitué du très classique réseau R/2R. Afin de ne pas charger la sortie du multiplexeur 65, la valeur de R est fixee à 10 kOhms. La sortie du convertisseur 66 attaque un filtre intégrateur 67 passif à deux cellules, qui a pour but d'éliminer les harmoniques indésirables dues à la reconstitution du signal. C'est à ce même point que vient se greffer la sortie du générateur 69 de tons d'appel sélectif provenant du port PB7 du VIA 55. Outre les deux cellules passives d'intégration du signal, le système de mise en forme 67 est constitué d'un amplificateur opérationnel monté en suiveur, destiné à adapter l'impédance de sortie du filtre. L'amplification du signal utilise un amplificateur opérationnel 68 dont on peut fixer le gain de 0 à 22, grâce à un potentiomètre. La sortie de l'amplificateur est couplée à un condensateur de 1 microFarad, qui a pour fonction d'éliminer la composante continue de 2,5 Volts du dispositif 68. Comme le montre la figure 1, le signal ainsi amplifié issu de la synthèse vocale 10, constitue le message vocal. Il est ensuite appliqué sur l'entrée modulation de l'organe émetteur 11 de l'appareil radiofréquence. Le signal est alors modulé sur une porteuse et diffusé par onde Hertzienne. I1 est important de noter que l'invention est totalement indépendante de l'organe radiofréquence utilisé émetteurrécepteur, et par ce fait, il peut être adapté à tout type de poste radio, quelle que soit sa bande Hertzienne d'utilisation, et quel que soit son type de modulation. REVENDICATIONS 1. Appareil électronique capteur de mesures consultable à distance et fournissant des données par synthèse vocale, caractérisé en ce qu'il comporte une connexion i des moyens récepteur-émetteur 1 et 11 radio fréquence et/ou une connexion à des moyens de communication de type filaire. 2. Appareil électronique selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte - des moyens capteurs de mesures 6 recueillant une information électrique pouvant être traitée en variation de tension, d'intensité ou de résistance, - des moyens capteurs de mesures 4 recueillant une information numérique, - des moyens capteurs de mesures 5 recueillant une information en niveaux logiques stables, tels que des détecteurs de présence, - des moyens de traitement électronique 7 des mesures électriques recueillies sur les capteurs 6, - des moyens de conversion 8 analogique-digitale de ces signaux électriques. 3. Appareil électronique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les signaux desdits moyens de conversion 8 et desdits moyens capteurs 4 et 5 sont reliés à des moyens informatiques 3 de traitement des données numérisées , ces mêmes moyens informatiques comportant - des moyens de stockage mémoire 54 pouvant recueillir des données numérisées correspondant à des messages stockés en fréquence vocale, - des moyens de stockage mémoire 9 pouvant intégrer des informations numérisées concernant l'étalonnage desdits moyens capteurs 4, 5 et 6, ainsi que des informations relatives à l'identification et & la personnalisation de l'appareil, - des moyens de gestion de système électronique par microprocesseur ou autre dispositif adapté, et assortis de stockages mémoire 53 chargés de mémoriser les instructions exécutables. 4. Appareil électronique selon les revendications 2 et 3 caractérisé en ce qu'il comporte - des moyens de conversion digitale-analogique 10 utilisés pour convertir les messages stockés en mémoire 54 en niveaux de tension électrique correspondant à la fréquence vocale modulant l'information issue desdits capteurs de mesures 4, 5 et 6, - des moyens de mise en forme et d'amplification 10 du message vocal. 5. Appareil électronique selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que - les moyens radiofréquence 1 sont utilisés en réception pour la démodulation du signal d'adressage codé de la station, - les moyens radiofréquence 11 sont utilisés en emission pour la modulation du signal en fréquence vocale, cette modulation étant effective en frequence, en amplitude ou en phase, étant entendu que les dits moyens radiofréquence sont indépendants de l'appareil et qu'ils peuvent utiliser une bande Hertzienne non limitée.