Brevet FR2850808A1 — publié le 20040806

La présente invention concerne le domaine des interrupteurs électroniques à effleurement. On connaît dans l'état de la technique des interrupteurs 5 tactiles fonctionnant sur la base de la détection de faibles différences de potentiel entre la terre et une zone de contact reliée à un circuit électrique. La zone de contact est généralement formée par une touche sensitive métallique. On trouve ce type d'interrupteurs dans les variateurs, les lampes 10 de chevet, les lampadaires ou encore dans les ascenseurs. Plusieurs solutions ont été suggérées et développées pour utiliser, un végétal à la place de la touche métallique. En effet, les plantes et les fleurs sont légèrement conductrices de l'électricité du fait de leur teneur en eau et en sels minéraux. 15 L'utilisation de plantes à la place d'interrupteurs ou de dispositif de télécommande est intéressante dans certaines situations, comme une pièce sombre ou encore pour des handicapés moteurs. De tels exemples ont été suggérés dans les brevets: GB 2 203 842A, US 4 152 629 et DE 196 28 891C. Le premier principe utilisé repose sur la détection du courant de fuite vers la terre à partir du réseau d'alimentation électrique (50 ou 60Hz) et d'un circuit électronique adapté type Siemens S576. On connaît également des brevets proposant d'activer une 25 lampe suivant un principe de variation de la fréquence d'un circuit oscillant à plus haute fréquence (450 KHz): US 4 701 676 et US 4 668 877. Parmi les limitations de ces dispositifs, on notera: la nécessité de raccorder la partie sensible à la phase 30 d'alimentation et non au neutre ou à la terre d'o un faible courant alternatif qui circule au travers du corps, pas dangereux, mais que certains individus sensibles peuvent ressentir. Mais l'utilisation d'une plante comme touche sensible, avec 35 ces principes, se heurte à l'impossibilité d'utiliser une grande plante ou une plante dont les feuilles touchent un mur ou encore un pot en terre cuite posé au sol. En effet, dans ce type d'environnement, un courant de fuite trop important vers la terre active le dispositif en permanence. Pour palier à ces inconvénients, une première approche avait été suggérée dans les brevets: GB 2 203 842 et FR 9 805 555, 5 qui consistait à modifier la sensibilité du circuit par un pont diviseur variable en fonction de la taille de la plante et du type de vase, mais cette approche ne marche que si l'environnement de la plante est stable, ce qui n'est pas le cas lorsque celle-ci est arrosée. La présente invention a pour objectif d'offrir une solution qui s'adapte automatiquement suivant la taille du végétal, le degré d'isolation et le degré d'humidité de la terre du pot, qui soit basse tension, isolée galvaniquement du réseau d'alimentation, donc sans danger, et qui ne soit plus 15 génératrice de picotements au toucher. La présente invention a pour objectif d'offrir aussi deux modes de fonctionnement: un mode simple MARCHE-ARRET par touche brève de la plante, un mode gradateur par une touche prolongée de la plante. L'invention permet aussi de mesurer le degré d'humidité de la terre dans laquelle le végétal se trouve et permet d'avertir l'utilisateur d'un manque d'eau. L'invention rend le dispositif totalement insensible aux perturbations électriques basses fréquences du secteur (50/60 25 Hz) ou radio fréquences (RFI) ainsi qu'aux microcoupures du réseau d'alimentation, et le dispositif ne génère aucune interférence radio électrique avec les autres appareils. L'invention utilise la puissance d'un micro-contrôleur pour détecter le toucher humain de la plante, visualiser le manque M0 d'humidité, en addition à la fonction de base d'interrupteur de puissance ou de gradateur. Enfin, la présente invention repose sur l'utilisation de technologies miniatures (circuit intégré CMS digital et microcontrôleur) qui en rendent sa fabrication facile à réaliser, à miniaturiser, et très économique, par les unités de production électroniques actuelles. L'invention est décrite ci-après, plus en détail, au travers d'exemples de réalisation et des figures suivantes: La figure 1 donne le schéma de principe d'un dispositif de commande-suivant la présente invention; La figure 2 illustre une réalisation pratique dans un boîtier de commande pour prise électrique et dans un tube de stylo pour la partie détecteur.; La figure 3 donne le schéma électronique de la partie détecteur qui se place dans le pot du végétal; La figure 4 donne le schéma électronique de la partie commande qui se place dans le boîtier prise; La figure 5 donne l'organigramme du programme de traitement 15 dans le micro-contrôleur; La figure 6 donne un exemple de réalisation de la partie commande gradateur avec un interrupteur statique de puissance; La figure 7 donne un exemple de réalisation d'un support éclairant de vase suivant la présente invention; La figure 8 donne le schéma électronique de la réalisation de la figure 7. Le principe qui est utilisé dans la présente invention repose sur la détection de faibles variations de la fréquence d'oscillation d'un circuit oscillant électronique RC, sachant 25 qu'une partie de la capacité fixant la fréquence est connectée à la plante et que cette capacité varie quand un individu touche le végétal. Le détecteur 4, basse tension, qui comprend cet oscillateur, est au contact du végétal 7, dans le pot 6, par la terre 5. Les 30 impulsions du détecteur sont analysées en permanence par le micro-contrôleur qui est dans le boîtier de commande 2, branché sur le réseau d'alimentation secteur 1. Quand une personne touche la plante, la capacité équivalente de l'oscillateur RC s'accroît du fait du retour à la terre par l'individu, et par conséquent la fréquence de l'oscillateur diminue. Le microcontrôleur détecte alors la baisse du nombre d'impulsions. Il active ou désactive la lampe 3 ou tout autre équipement électrique. Périodiquement le programme du micro-contrôleur mesure le nombre d'impulsions issues du détecteur dans un intervalle de temps fixe. De ce fait, les changements de l'environnement électriques de la plante (eau, contact des feuilles avec un mur, 10 humidité de l'air) peuvent être pris en compte. En mesurant les variations sur de courts intervalles (jusqu'à quelques secondes) le dispositif est très fiable et auto-adaptatif. En mesurant la durée du toucher de la plante, le microcontrôleur peut aussi détecter le mode de commande que 15 l'utilisateur veut: un toucher court, disons inférieur à la seconde, est interprété comme une commande MARCHE-ARRET de l'équipement électrique commandé, un toucher long, disons supérieur à la seconde, est interprété comme une commande de variation de puissance, c'est-à-dire que le micro-contrôleur va 20 faire varier la largeur de l'impulsion de commande d'un dispositif classique de commande à triac (fonction gradateur). En complément, lorsque l'humidité de la terre diminue, la capacité du végétal diminue et le nombre d'impulsions de l'oscillateur augmente, ce que le micro-contrôleur peut 25 détecter, en faisant clignoter, par exemple une diode LED pour avertir l'utilisateur que la plante manque probablement d'eau ou même commander une alimentation en eau afin de rétablir automatiquement le bon degré d'humidité. Les variations de capacité du végétal sont très faibles, de 30 l'ordre de 2%, de ce fait, pour éviter les déclenchements intempestifs, l'alimentation du détecteur doit être particulièrement stable. Dans l'exemple de réalisation de la figure 2, le détecteur comprend une carte électronique miniature 14 en technologie CMS, 35 un ressort 15 assurant le contact avec l'embout métallique 16 du stylo, qui peut être en matière plastique recouverts d'un vernis aluminium et une diode LED 17 utilisée pour indiquer le manque d'eau. La carte de commande 18 avec les composants et l'alimentation du détecteur est montée dans un boîtier standard 5 21 de prise télécommandée. Le circuit imprimé 14 du détecteur est relié à la carte de contrôle 18 par un câble standard audio blindé 13. Ce câble peut avoir plusieurs mètres ce qui permet de placer le détecteur facilement à distance du boîtier de commande. Le blindage du câble assure l'immunité du dispositif 10 aux perturbations électromagnétiques externes (RFI), ainsi qu'aux fréquences basses du secteur. Ce blindage étant connecté à la terre électrique, assure une protection totale de l'utilisateur. Enfin, un petit transformateur secteur assure l'isolement galvanique indispensable pour ce type de dispositif. 15 Le fil 9 (phase) de la prise mâle 19 alimente la carte 18. Le fil 11 (neutre) de la prise mâle alimente la carte 18 et la broche (neutre) de la prise femelle 20. Le fil 12 issu de la sortie du relais alimente la broche (phase) de la prise femelle 20. Enfin, le fil de terre 10 permet de fixer le potentiel du 20 détecteur, et donc permet au dispositif de satisfaire plus facilement aux normes de sécurité sur ce type d'interrupteurs électriques. Le boîtier de commande est, bien entendu, protégé par un capot 22 qui est, en général, fixé au socle 21 par des vis 25 cachées, pour que l'utilisateur ne puisse pas facilement ouvrir le dispositif et que le fabricant puisse plus facilement en assurer la garantie. La figure 3 donne le schéma électronique de la partie détecteur. Un circuit intégré Timer 28 est monté en 30 multivibrateur astable avec un rapport cyclique de 50%. Sa fréquence de travail est définie par la résistance 29(R3) et la capacité équivalente du circuit 27(C2), 26(Cl), 25(Rl), la résistance 23(Rp) et la capacité 24(Cp) de la plante. Le condensateur 26(Cl) assure la liaison avec le végétal. La 35 résistance 25(R1) ramène le potentiel d'entrée à la masse et à la terre 27. Le végétal avec son vase se comporte comme un circuit RC 23-24 et sa capacité 24 de l'ordre de 700 pF varie lorsqu'un individu touche le végétal ou le pot, si celui-ci est en terre-cuite, légèrement conductrice. Pour un maximum de 5 sensibilité, une fréquence de travail comprise entre 2 et 5 KHz est choisie. Elle permet de s'affranchir des perturbations (50 ou 60 Hertz) du réseau d'alimentation. Pour des fréquences plus élevées, le végétal a son impédance qui augmente notablement, ce qui réduit la sensibilité du dispositif. Le circuit doit être 10 alimenté par une tension constante de l'ordre de quelques volts, et donc sans aucun danger, qui provient du boîtier de commande par le fil d'alimentation 31. La résistance 32 évite que les impulsions qui sont transmises par le conducteur 33 soient perturbées par des champs électromagnétiques. Le câble (4 15 conducteurs) doit être blindé avec la masse reliée à la terre. La diode LED 34 alerte l'utilisateur que l'humidité de la terre à atteint une valeur limite. Cette diode peut être placée sur la carte du détecteur ou sur la carte de commande. La figure 4 donne le schéma électronique de la carte de 20 commande, dans la version relais. La prise mâle 19 fournit l'alimentation secteur qui au travers du relais 38 ressort sur la prise femelle 20. Un transformateur de faible puissance (0,5 Watt) 39, des diodes classiques de redressement et un condensateur de filtrage assurent l'alimentation, non régulée, 25 en tension continue, de la carte et du relais. Un premier étage de régulation de tension à transistor 37 et diode zener permet de pré- stabiliser l'alimentation du circuit intégré de régulation 36, de sorte que les variations de tension continue lorsque le relais commute n'ait pas d'effet sur la tension de 30 sortie 31. Le micro-contrôleur 35 compte les impulsions qui arrivent du détecteur en 33. Il commande par un transistor Tl le relais 38 et la LED 34 qui clignote lorsque l'humidité mesurée par 35 franchit le seuil de détection. Le programme qui est donné à titre d'exemple pour cette réalisation est donné figure 5. Après stabilisation de la tension d'alimentation en 1, le programme va activer deux fois en 2 le relais pour signifier à l'utilisateur que le circuit est 5 sous tension. Le programme fixe les paramètres de comptage des impulsions en 3 avant de les compter pendant un certain temps pour vérifier en 5 sa fréquence d'oscillation. Si celle- ci n'est pas bonne un clignotement permanent toutes les 2 secondes indiquera à l'utilisateur en 6 et 7 un défaut rédhibitoire. Si 10 tout va bien, le programme initialise les variables internes en 8 et rentre dans la boucle de travail. Dans cette boucle, le programme commence en 9 par mettre à jour un indicateur toutes les 20 secondes, période de rafraîchissement du dispositif. Le sous-programme 10, assure la 15 comparaison entre le nombre moyen d'impulsions et la valeur mesurée dans la dernière période. C'est ce sous-programme qui détecte le toucher du végétal et la diminution de l'humidité. Le sous-programme 11 commande le relais, lorsque la fonction gradateur est incluse, le sous-programme 12 assure la variation 20 de la durée de l'impulsion de commande, enfin, le sous- programme 13 assure la périodicité de la boucle toutes les 10 millisecondes. Un autre mode de fonctionnement est obtenu Fig. 6 en utilisant une routine de programme du micro-contrôleur qui 25 délivre une impulsion de commande de largeur variable à un coupleur opto-triac et un triac, ce qui permet de faire une variante de produit intégrant une fonction gradateur. Un toucher long fait alors varier la largeur de l'impulsion de commande. Selon un autre mode de réalisation particulier donné figure 30 7, le détecteur et le micro-contrôleur sont placés sur la même carte électronique 41 avec, en remplacement du relais, des diodes LED, le tout dans un support non-conducteur 40 recouvert d'une plaque métallique 42, connectée à l'entrée du détecteur par un ressort 44 et une vis 43. le circuit est alimenté par un bloc d'alimentation standard 12 Volt courant continu via une fiche femelle 45. Le support est placé sous un vase en verre ou en plexiglas transparent 46 rempli d'eau et d'un bouquet de fleurs. Les 5 diodes LED peuvent être de la même couleur ou de couleurs différentes. Le dispositif permet aux LED d'être allumées ou éteintes par un toucher court du bouquet de fleurs. Un effet gradateur est obtenu si le toucher est long, par une variation du rapport 10 cyclique des impulsions de commande des LED. Cette version de l'invention utilise le même principe que celle décrite précédemment pour pot de fleurs en terre. La capacité électrique du vase avec ses fleurs et son eau et la capacité de fuite à la terre du bloc d'alimentation 12 Volts 15 varient quand l'utilisateur touche les fleurs. La grande sensibilité du dispositif permet de détecter un toucher d'une des feuilles ou d'une des fleurs du bouquet. Parce que la capacité du vase est assez faible, de l'ordre d'une centaine de pF, la fréquence de repos du multivibrateur 20 doit être augmentée autour de 30 KHz. Le schéma de la carte électronique dans cet exemple de réalisation est donné en figure 8. On retrouve le même circuit de détection avec le même micro-contrôleur 35. L'alimentation du dispositif se fait par la prise 45 et un bloc d'alimentation 12 25 Volts-lOOmA du commerce. Pour assurer une bonne stabilité de l'alimentation du détecteur, on retrouve deux étages de régulation 49(12 Volts) et 36(5 Volts). Les LEDs peuvent être activées directement par les sorties du micro-contrôleur ou par deux transistors 47 et 48. Le changement de couleur peut se 30 faire par un programme de basculement du micro-contrôleur, par exemple lorsque l'on passe par l'éclairage minimum. Ces diodes LEDs peuvent être remplacées par des lampes basse-tension type lampes halogènes ou encore un mini-tube fluorescent. La présente invention repose sur l'utilisation d'un détecteur basse tension, basé sur un multivibrateur astable, dont une des branches du circuit oscillant RC est en contact avec la partie sensible. Ce détecteur envoie ses impulsions à un micro5 contrôleur qui mesure la variation de la fréquence d'oscillation sur une période fixe et active un relais de puissance. Le détecteur est relié par un câble à la terre électrique. La détection du toucher par le micro-contrôleur, se fait par comparaison, sur une période de mesure fixe, entre la valeur 10 moyenne et la valeur instantanée du nombre d'impulsions. La mesure de la durée du toucher permet de différencier un toucher bref d'un toucher long, ce qui permet au microcontrôleur de savoi*r si la commande de l'utilisateur est du type marche-arrêt ou du type variation de puissance. Chaque fois que 15 le micro-contrôleur détecte un toucher court, il peut activer le relais de puissance pour une mise en marche ou un arrêt. Lorsque le toucher est long, le micro-contrôleur délivre une impulsion de largeur variable à un interrupteur électronique statique de puissance commandé par un coupleur opto-triac. Pour assurer la stabilité de fonctionnement du détecteur, il est préférable d'avoir deux niveaux de régulation de tension en cascade. Dans le cas o le détecteur est en contact avec la terre du végétal, le micro-contrôleur peut détecter une baisse de 25 l'humidité de cette terre en constatant, sur plusieurs jours, une augmentation du nombre d'impulsions du multivibrateur astable. Dans ce cas, le micro-contrôleur peut faire clignoter une diode LED. Dans le cas d'utilisation de la présente invention pour un 30 support éclairant de vase, en verre ou en plexiglas, le microcontrôleur peut commander des diodes LEDs ou une lampe basse tension, la commande se faisant par toucher du vase ou du bouquet de fleurs. Lors d'un toucher long, deux LEDs de couleurs différentes peuvent être activées séparément par le micro35 contrôleur, à la fin de chaque cycle de variation de leur luminosité. REVENDICATIONS 1.Dispositif électronique de commande par effleurement, caractérisé en ce qu'il comporte, un détecteur basse-tension basé sur un multivibrateur astable, dont une des branches du 5 circuit RC est en contact avec la partie sensible, telle que la terre du végétal, ce détecteur étant relié par un câble blindé relié à la terre électrique à un dispositif de commande de puissance, comprenant un micro-contrôleur qui mesure la variation de la fréquence d'oscillation sur une période fixe et 10 un relais de puissance. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la variation de fréquence est analysée, sur une période fixe, par comparaison entre la valeur moyenne et la valeur instantanée du nombre d'impulsions par un micro-contrôleur. 3.Dispositif selon la revendication 1 et 2 caractérisé en ce que le microcontrôleur mesure la durée du toucher pour différentier un toucher bref d'un toucher long. 4. Dispositif selon la revendication 1 à 3 caractérisé en ce que deux niveaux *de régulation de tension en cascade sont 20 utilisés pour assurer la stabilité de fonctionnement du détecteur. 5. Dispositif selon la revendication 1 à 4 caractérisé en ce que le microcontrôleur détecte l'humidité de la terre du pot en comparant l'augmentation du nombre d'impulsion du multivibrateur 25 astable sur une période de plusieurs jours. 6. Dispositif selon la revendication 1 à 5 caractérisé en ce que le microcontrôleur fait clignoter une LED lorsque l'augmentation du nombre d'impulsions dépasse un certain seuil. 7. Dispositif selon la revendication 1 à 6 caractérisé en ce 30 que le micro-contrôleur commande un relais de puissance MARCHEARRET chaque fois que le toucher est court. 8. Dispositif selon la revendication 1 à 6 caractérisé en ce que le microcontrôleur délivre une impulsion de largeur variable à un interrupteur statique de puissance commandé par un côupleur opto-triac, pour augmenter ou réduire la puissance de l'appareil commandé lorsque le toucher de la plante est assez long. 9. Dispositif selon la revendication 1 à 6 caractérisé en ce que l'on utilise des diodes LEDs ou une lampe basse tension pour éclairer un vase en verre ou en plexiglas et se servir du vase et du bouquet de fleurs comme touche sensible de commande. 10.Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que 10 l'on utilise deux diodes LED de couleur différente qui sont alternativement activées à la fin de chaque cycle de variation de leur luminosité, lors d'un toucher long.