Brevet FR2756438A1 — publié le 19980529

La présente invention concerne un dispositif, lequel, dans un système de transmission de données numériques, et par un moyen de couplage particulier, est destiné à permettre le fonctionnement du dit système, dans un environnement difficile. En matière d'environnement difficile, l'exemple de l'irrigation est typique : il s'agit principalement de commander des électrovannes ; celles-ci peuvent être dans l'eau (regards noyés), l'eau peut être chargée d'impuretés diverses ; les systèmes de contrôle sont difficiles à protéger des conditions climatiques ; les lignes électriques enterrées sont exposées aux passages des engins agricoles, soumises aux effets destructeurs de la foudre dont elles acheminent les surtensions aux dispositifs connectés... Les systèmes de contrôle associés aux électrovannes sont, en général, constitués d'un actionneur par électrovanne et de, soit un automatisme, soit une commande manuelle, soit un système de commande à distance, soit un système de programmation - contrôle de l'automatisme à distance, soit une combinaison de ces dispositifs. En outre, des capteurs (humidité, température, débit, par exemple) peuvent permettre une modulation des programmes. Les principales réalisations actuelles sont les suivantes Pilotes traditionnels : ils sont constitués d'un boîtier de commande avec son interface utilisateur, son alimentation électrique et ses connecteurs. Ceux-ci reçoivent les câbles reliés aux actionneurs, des électrovannes principalement. Inconvénients de ce type de pilote : plus il y a d'actionneurs, plus il y a de connexions, de câbles, donc de risques de corrosion et de pannes ; il y a aussi des vannes distantes, nécessitant des conducteurs de section importante, car les actionneurs sont alimentés en basse tension. Pilotes à décodeurs : ils sont constitués de manière similaire aux pilotes traditionnels à ceci près que les commandes et l'énergie sont véhiculées sous une forme sérielle, sur un seul câble à, typiquement, deux conducteurs. Le long de ce câble, est établie une connexion, étanche, à chaque module pilote ; ce module est constitué d'un actionneur et d'un décodeur . Le décodeur est l'électronique permettant de reconnaître les commandes concernant le module et d'utiliser l'énergie dans l'actionneur. S'il est plus facile de câbler le boîtier de commande, il apparaît d'autres inconvénients : malgré l'utilisation d'actionneurs à impulsion , les conducteurs doivent être de section importante, du fait de la longueur du câble qui doit desservir tous les modules. Un court-circuit ou une coupure du câble met toute l'installation hors service ; ce genre de défaut nécessite une réparation utilisant des connecteurs étanches. Les pilotes autonomes visent à réduire, voire supprimer les problèmes liés au câblage Pilotes autonomes, à clavier : la partie automatisme est physiquement, directement, associée à l'actionneur ; la source d'énergie également, souvent sous forme d'une pile, le tout dans un boîtier étanche. Le pilote est monovoie (une vanne), ou multivoies (un seul automatisme pilote quelques actionneurs proches, dans un même regard par exemple). L'interface utilisateur, peut être simple (un seul bouton), ou complexe (plusieurs touches et un écran). Inconvénients ces pilotes sont faciles à voler. Le coût unitaire est relevé par le fait que chaque pilote possède son interface utilisateur ; d'où l'existence des multivoies. La synchronisation de multiples pilotes ne peut être assurée économiquement de facon parfaite, ce qui complique l'utilisation de la (ou des) pompe(s) pour l'alimentation en pression, pompe qui devrait recevoir une compilation des programmes de tous les pilotes même problèmes pour la (ou les) vanne(s) de tête et les systèmes de fertilisation. Les commandes manuelles nécessitent une intervention sur place, l'accès au pilote lui-même. Il est impossible de faire dépendre le déroulement des programmes, de l'état d'un capteur indépendant. I1 est également impossible de faire remonter, de centraliser les paramètres des pilotes. Pilotes autonomes, sans clavier : l'interface utilisateur se trouve déportée par l'utilisation d'un dispositif de transmission, et, éventuellement, de relecture des programmes. La transmission s'établit avec une console portable qui sert à la programmation, mais qui, selon les modèles, peut aussi tenir en mémoire une quantité de programmes préparés au bureau . Inconvénients, selon le type de transmis sion : par connexion électrique : problèmes de corrosion, d'étanchéité des connecteurs ; par connexion infrarouqe ou par liaison distante infrarouge : les optocoupleurs doivent être suffisamment propres, malgré la boue et la présence de toute sorte d'animaux ; par liaison radio : problèmes d'encombrement hertzien, de consommation ; par contre, la liaison magnétique (sans fil), apporte quelques avantages aux pilotes autonomes : grâce au fait que les ondes magnétiques, aux fréquences utilisées, pénètrent dans le sol, l'accès direct au pilote n'est pas nécessaire ; la transmission de commandes, de programmes, le retour de paramètres peut se faire en étant au voisinaqe immédiat du pilote. Il ressort de ce tour d'horizon de l'existant, que si les pilotes autonomes ne souffrent pas des problèmes de câblage, ils posent des problèmes de synchronisation, de centralisation, de retour d'information, de commande à distance ; par exemple, une mise à jour des programmes en fonction, soit de la saison, soit de la météorologie, nécessite de faire le tour de tous les pilotes. Le dispositif selon l'invention a pour objet de réduire les inconvénients cités et de profiter des avantages des différents systèmes. La solution technique consiste, dans cet objectif, à construire un réseau d'au moins un module maître , d'au moins un terminal et d'au moins un câble à deux conducteurs (ou plus), ce(s) câble(s) transportant les informations par courant électrique, les couplages entre terminal et câble, éventuellement entre module maître et câble, s' opérant par le dispositif selon l'invention. Les dessins annexés illustrent l'invention - La figure 1 est un schéma de principe du dispositif de couplage. - La figure 2 est un schéma synoptique illustrant une utilisation en réseau de plusieurs dispositifs couplant les terminaux au câble, et par là, à un module maître . - La figure 3 représente un exemple de réalisation pratique de ce dispositif de couplage. - Les figures 4A et 4B représentent deux modes pratiques de réalisation du couplage magnétique utilisant l'inductance propre des conducteurs du câble. En référence à ces dessins, le dispositif comporte des moyens magnétiques, un moyen magnétique (3) lié au câble (2), un autre (5) lié au terminal (1) . Ces deux moyens magnétiques (3, 5) sont séparés par un isolant (4). Le moyen magnétique (3) du câble peut être maintenu à proximité de celui (5) du terminal par une pièce (7) qui peut, avantageusement, remplir la fonction de l'isolant t4) et qui peut1 également, faire partie du boîtier (6) du terminal. La description suivante, faisant référence aux dessins et figures annexées, présentant un exemple de réalisation dans le domaine précédemment décrit de l'irrigation, exemple non limitatif, permettra de mettre en évidence l'intérêt de cette solution, par ses caractéristiques et avantages. Dans cette application, la solution consiste à relier les pilotes autonomes, les capteurs, un boîtier maître par exemple ce sont des terminaux (1), selon la figure 2, en un réseau capable de fonctionner dans cet environnement difficile. Cette solution se doit d'être économique, à l'installation d'une part, à l'exploitation d'autre part. Le couplage et l'isolation galvanique des éléments au(x) câble(s) du réseau, sont obtenus par l'utilisation des dispositifs faisant l'objet de l'invention. Le terminal (1) peut être scindé en deux parties : (lA) : le terminal lui-même, (lB) : extension du terminal incluant le moyen magnétique (5), deux parties reliées par un câble (1C) en général de courte longueur. Les moyens magnétiques (3) et (5) peuvent être des inductances réalisées sous forme de bobinages sur bâtonnet de ferrite. On peut se référer à la figure 3 où les inductances, positionnées convenablement l'une par rapport à l'autre de manière à canaliser suffisamment de lignes de champ magnétique, permettent le couplage au travers de l'isolant (4) et du boîtier (6) du terminal (1). Sur cette figure 3, les inductances sont placées parallèlement l'une par rapport à l'autre, elles pourraient être en ligne ou dans toute autre configuration pratique respectant la condition de couplage. Dans ce cas de figure, le moyen magnétique (3) est inclus dans un boîtier formant l'isolant 14r, ce boîtier étant rempli de résine pour éviter l'introduction d'humidité l'organe de maintien (7) est ici constitué de dispositifs à boucles et crochets , collés, mais peut également être un adhésif ad hoc . Avantageusement, le moyen magnétique (5), dans ce cas, l'enroulement inductif du terminal, peut être associé, entre autres, à un condensateur pour former un circuit résonnant sur les courants porteurs ; un second enroulement peut venir compléter le moyen magnétique (5) pour l'adaptation d'impédance souhaitable pour l'émission de signaux vers le câble. Selon ce mode particulier de réalisation, le couplage est bidirectionnel et permet le transfert de données vers le terminal, l'interrogation de celui-ci, ou un dialoque avec lui. Ce terminal peut être un pilote autonome , un pilote esclave , un capteur , ou une combinaison de certains de ces systèmes. Les fréquences utilisables pour porter les informations peuvent être assez basses, à partir de quelques kilohertz, jusqu'à quelques centaines de kilohertz, par exemple. La modulation de la porteuse peut se faire, par exemple, par saut de fréquence (FSK). Ces fréquences relativement basses permettent d'atteindre les faibles consommations nécessaires au niveau des terminaux pour qu'ils puissent être autonomes. Ceux-ci sont classiquement équipés de microcontrôleurs. Pour fixer les idées, et à titre d'exemple, deux fréquences voisines, l'une d'environ 16 kHz, l'autre d'environ 18 kHz, permettent un débit de 1200 bauds ; l'électronique associée peut comporter un amplificateur, un démodulateur à boucle de phase (PLL), un comparateur, le tout fournissant au microcontrôleur un signal convenable. La modulation des signaux à émettre vers le réseau peut être réalisée par ce composant de façon simple. Variantes d'exécution de l'inductance (3) du câble, inductance maintenue en bonne position par la pièce (7) dont la forme sera adaptée à ladite variante - Un bobinage, réalisé avec ou sans noyau, est connecté électriquement au câble (2), l'assemblage est enrobé de matière isolante, par surmoulage à titre d'exemple ; (voir figure 3). - Les deux conducteurs isolés du câble (2), maintenus plus ou moins écartés par la pièce (7), constituent la boucle inductive ; (fiqure 4AZ. - Ces mêmes conducteurs peuvent être enroulés, en sens contraire l'un de l'autre, en quelque(s) spire(s) autour du support (7) ; la figure 4B illustre cette disposition par une coupe partielle du boîtier (6) du terminal (1) ; dans cet exemple, les conducteurs du câble t21 sont séparés l'un de l'autre, sans être dénudés, et enroulés en sens contraire sur le support (7) lequel fait partie intégrante du boîtier (6) selon une variante non illustrée de ce dispositif, l'enroulement est réalisé sur une pièce indépendante (corps de bobine), cette pièce venant se placer sur la partie mâle du boîtier ; la badine ainsi réalisée se trouve amovible aisément. Les variantes selon les figures 4A et 4B ainsi que les variantes dérivées ont pour objectif de pouvoir installer, enlever, remplacer un terminal (1) à pratiquement n importe quel endroit du câble (2), facilement, avec un outillage minimum, sans avoir à mettre à nu quelque conducteur que ce soit ; l'opération peut s'effectuer terminal et câble immergés. Ces variantes sont économiques : au niveau du câble (2), les interventions sont quasi nulles, au niveau du terminalt la conception du boîtier (du terminal ou de son extension) peut être telle que le dispositif de maintien (7) et l'isolant (4) fassent partie intéqrante du boîtier (61 ou d'une pièce de celui-ci, et par là même, être réalisés en une seule opération de moulage par injection. Sur le câble (2), à pratiquement n'importe quel endroit, il est possible d'aménaqer des moyens magnétiques (3) même si aucun terminal (1) nty est installé ; le support (7) peut être inexistant ; la fonction d'isolation normalement remplie par l'isolant (4) peut être assurée par la gaine isolante des conducteurs du câble (2l ; le moyen magnétique (3) peut être simplement une boucle ménagée selon la figure 4A, boucle maintenue en place dans le sol par exemple ; ceci concourt à la création d'une borne , point d'accès au réseau : pour y coupler un terminal portable ou temporaire il suffit d'amener celui-ci, le temps nécessaire à la transmission des données, à proximité de cette borne. A titre d'illustration non limitative, dans l'hypothèse où il n'y aurait, couplés à un câble (2) que deux terminaux (1), l'un fixe (un pilote autonome d'électrovanne) et l'autre portable (une console de programmation) par exemple, l'installation ci-dessus décrite serait une sorte de rallonge, sans connexion, permettant de rapprocher virtuellement les deux terminaux ; dans l'hypothèse plus courante, il y a plusieurs terminaux (pilotes autonomes) couplés par câble(s) en réseau. Le couplage au réseau d'un terminal portable (console de programmation), peut se faire à partir de cette (ces) borne (s) placée(s) judicieusement. Sur le câble (2), il peut être couplé un module maître jouant le rôle d'une console de programmation fixe, mais aussi celui d'un pilote traditionnel : envoyer en temps réel des commandes à un (aux) pilotes ; dans ce cas, les pilotes peuvent être des pilotes inintelligents dans le sens où ils ne déroulent pas eux-mêmes de programmes ; il n'est pas absolument nécessaire que les transmissions de données soient bidirectionnelles ; ces pilotes ressemblent donc à des modules décodeurs dans l'exemple de l'irrigation. D'une manière plus générale, il s'agirait de terminaux passifs ; pour ce type de terminal, ne transmettant pas de données sur le câble du réseau, il est possible d'utiliser comme moyen magnétique (5) lié au terminal, un capteur à effet Hall, un capteur magnétorésistif, ou un interrupteur à lame(s) souple(s) (ILS), par exemple. Le choix sera fait selon l'application, le taux de transfert des données dépendant du type de capteur. Une installation peut panacher divers types de terminaux, des terminaux à capteurs de types divers, des fréquences porteuses différentes. Le module maître peut être une interface vers un système informatique, soit en liaison directe, soit via un système de (télé) communication quelconque. Cette description de l'application des dispositifs selon l'invention, au domaine de l'irrigation, montre comment les problèmes liés au câbles d'une part, les problèmes liés aux pilotes autonomes d'autre part, trouvent leur solution : l'utilisation des dispositifs de couplage selon l'invention permet la constitution de réseaux pouvant fonctionner dans les environnements difficiles grâce à l'isolation galvanique renforcée des éléments des dits réseaux, isolation apportée par ces dispositifs, donc en conservant les avantages des pilotes autonomes , tout en conservant les avantages des pilotes traditionnels , synchro nisation, centralisation des données, commande à distance, etc... Le câble peut être constitué de deux conducteurs gainés, torsadés ou non ; dans le cas de l'utilisation de pilotes autonomes, une défaillance du réseau, par un problème de câble par exemple, n'entraîne pas la défaillance du système seules les transmissions de données sont temporairement suspendues. Bien entendu, l'invention n' est pas limitée au domaine d'application choisi en exemple, mais au contraire, est susceptible d'être mise en oeuvre dans d'autres applications. A titre d'exemple, un réseau mettant en oeuvre les dispositifs selon l'invention, peut être constitué pour le relevé de capteurs ayant pour but de surveiller l'état de matériel enterré tel que des canalisations de transport de fluides divers. D'autre part, en fonction des applications, la mise en oeuvre du dispositif selon l'invention, peut se faire avec des variantes dérivées des variantes décrites. REVENDICATIONS : 1). Dispositif de couplage d'un terminal (1) à un câble (2) de réseau de transmission de données, caractérisé en ce qu'il comporte : un moyen magnétique (3) lié au câble (2), un moyen isolant (4) et un moyen magnétique (5) lié au terminal (1), ensemble de moyens destiné à obtenir un couplage magnétique sans connexion, à forte isolation galvanique, entre le terminal (1), ou son extension (1B), et le câble (2) du réseau. 2). Dispositif de couplage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen magnétique (3) est constitué d'une inductance. 3). Dispositif de couplage selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le moyen magnétique (3) est constitué par l'inductance propre du câble (2), inductance obtenue par écartement des deux conducteurs pour créer une boucle inductive, sans qu' il soit nécessaire de mettre à nu quelque conducteur. 4). Dispositif de couplage selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le moyen magnétique (3) est constitué par l'inductance propre du câble (2), inductance obtenue par enroulement de l'un (ou des) conducteur(s) en forme de quelque(s) spire(s), sans qu' il soit nécessaire de mettre à nu quelque conducteur. 5). Dispositif de couplage selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que l'écartement des conducteurs du câble (2) est assuré par le support (7). 6). Dispositif de couplage selon les revendications 1, 2 et 4, caractérisé en ce que la (les) spire(s) formée(s) sont maintenues en place par un support (7) en forme de corps de bobine. 7). Dispositif de couplage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen isolant (4), le support (7), le boîtier (6) peuvent être associés deux à deux ou tous ensemble de manière à réduire le nombre de pièces. 8). Dispositif de couplage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen magnétique (5) est constitué par une ou plusieurs inductance(s), associée(s), ou non, à un ou plusieurs condensateur(s) formant avec ladite (lesdites) inductance(s) un circuit résonnant sur les fréquences utilisées pour porter les données. 9). Dispositif de couplage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen magnétique (5) est constitué par, soit un interrupteur à lame(s) souple(s) (ILS), soit un capteur à effet Hall, soit un capteur magnétorésistif. 10). Dispositif de couplage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le terminal (1) n'est pas obligatoirement présent de façon constante sur le reste du dispositif, ce reste constituant une borne d'accès sans connexion pour un terminal soit portable, soit temporaire.