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COMMANDE D’UN CIRCUIT D’ECLAIRAGE PAR CAPTEUR SONORE I) INTRODUCTION II) PRESEN

COMMANDE D’UN CIRCUIT D’ECLAIRAGE PAR CAPTEUR SONORE I) INTRODUCTION II) PRESENTATION DES CAPTEURS III) DE L’ONDE A L’ELECTRICITE IV) PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DES CAPTEURS DE SON V) LE CABLAGE DU CIRCUIT VI) EXPLICATION DU CODE VII) SIMULATION DU MONTAGE CONCLUSION PLAN I) INTRODUCTION L'électricité fait partie intégrante de la vie quotidienne de la société moderne. L'éclairage est l'un des aspects les plus importants d'un séjour confortable à la maison. Pour allumer ou éteindre la lumière dans la pièce, vous pouvez utiliser un capteur spécial qui réagit aux sons. Ces derniers temps, de tels dispositifs acoustiques sont très demandés, car ils facilitent la vie des membres du ménage. De ce fait, nous parlerons des différents capteurs à utiliser dans ce sens, de leurs principes de fonctionnement. II) PRESENTATIO DES CAPTEURS Le capteur Arduino ky-037 (ky-038) se compose d’une carte (voir l’image ci-dessous) sur laquelle sont montés les ports de connexion à Arduino Nano, un amplificateur de son, un trimmer et un microphone électronique, sensible aux sons provenant de toutes les directions. Avec le contrôleur de sensibilité (résistance variable), vous pouvez régler la sensibilité du microphone et choisir à partir de quel niveau de bruit le capteur sera déclenché. Cette carte d’extension pour Arduino vous permet de traduire les ondes sonores en un signal numérique (ou analogique pour certain capteur). Lorsque le diaphragme du microphone oscille sous l’effet des ondes sonores, la capacité de son condensateur change, ce qui entraine une variation de tension aux sorties du capteur de son ky-038 Arduino(ky-037) correspondant au signal sonore. Le module ky-038 au-dessus peut envoyer un signal numérique et analogique. Capteur de son Arduino ky-038(datasheet) Les capteurs de son ou plus précisément les capteurs à microphone peuvent différés selon leurs brochages et aussi selon leurs constructeurs. Selon leurs brochages, ils existent deux types : les capteurs à quatre broches (comme celui dans l’image ci-dessus) et ceux à trois broches (voir l’image ci-dessous). Maintenant selon le constructeur, ils diffèrent de par leurs formes, leurs capacités et même leurs brochages. III) DE L’ONDE A L’ELECTRICITE Afin de bien comprendre comment fonctionne un microphone (capteur microphone) nous devons d’abord nous intéresser aux ondes qui constitue le son. Capteur de son Arduino à trois broches (Vcc, GND, OUT). Capteur de son à trois broches (sortie analogique) • L’onde sonore : Quand un objet ou une personne émet un son, une onde de pression est émise. Cette onde est une onde longitudinale, c’est-à-dire que la perturbation de l’onde est dans le même direction que son déplacement. Imaginez une file de personne les une devant les autres (comme au restaurant de l’ENSETP). Si vous poussez la personne devant vous celle-ci va s’équilibrer en poussant légèrement la personne devant elle. Vous obtenez l’équivalent d’une onde de pression longitudinale. Notez bien que dans cet exemple, les personnes qui composent la file ne se déplacent que très légèrement autour de leur position d’origine et retournent à leur position de départ une fois rétablies. La propagation de l’onde est possible grâce au milieu (air, eau, etc.) dans laquelle elle évolue. Sans milieu, pas d’onde longitudinale et donc pas de son, c’est pourquoi si vous criez dans l’espace, personne ne vous entendra. Le son se déplace grâce aux molécules présentes dans l’air, on dit que l’onde sonore est propagée par le milieu. En revanche, il faut bien comprendre que les molécules ne se déplacent pas en suivant l’onde, elles ne font que vibrer légèrement autour de leur position initiale, comme dans l’exemple précédant. La vibration se transmet de molécule en molécule, ce qui permet la propagation. Néanmoins, cette prorogation n’est pas infinie, plus on s’écarte d’une source sonore moins on entend le son. Cela est causé par deux phénomènes : • La répartition de l’énergie de l’onde sur un front d’onde qui s’écarte de la source. Imaginez une enceinte posée dans un champ et qui émet un son. L’onde sonore se repartit dans toutes les directions autour de l’enceinte et peut-être représentée par une demi- sphère. Plus le temps passe plus l’onde se propage sur une grande surface, l’énergie par élément de surface diminue et tend vers zéro. C’est le phénomène de dilution de l’onde sonore dans le milieu. En s’éloignant suffisamment de la source on finit par ne plus entendre le son. • L’atténuation de l’onde sonore par le milieu. Les molécules qui composent le milieu de propagation opposent une petite résistance à la propagation de l’onde. Une partie de Déplacement d’une onde longitudinale l’énergie de l’onde est ainsi perdue sous forme de chaleur. Ce phénomène est imperceptible à l’échelle humaine. L’onde sonore possède deux propriétés importantes : • Sa fréquence : il s’agit de savoir combien de fois l’onde oscille par seconde, la fréquence s’exprime en Hertz. Un Hertz est équivalent à un événement par seconde, dans notre cas une oscillation. Cette unité est équivalente à s-1 ou encore 1/s. • Sa puissance, c’est la mesure qui nous permet de quantifier le niveau sonore. Dans le domaine du son, l’unité la plus courante est le décibel. IV) Principes de fonctionnement des capteurs de son En domotique on rencontre généralement deux types de capteurs de son (capteurs microphone). Le capteur à microphone statique et le capteur à microphone électret. • Capteur à microphone statique : Le capteur à microphone statique est un capteur dont le composant principal est un condensateur et l’un des armatures de son condensateur représente la membrane. Pour pouvoir récupérer un signal sonore il faut alimenter le micro avec une alimentation électrique, couramment appelée alimentation fantôme. Celle-ci permet de polariser le circuit, de le mettre sous tension. Lors du déplacement de la membrane, la capacité du condensateur est modifiée, car elle dépend de l’espace entre ses armatures. De cette variation de capacité se produit une variation de signal électrique que l’on récupère aux bornes du circuit. L’alimentation fantôme présente souvent une tension de 48V, norme couramment utilisée dans le milieu. Néanmoins, il est possible de rencontrer d’autres valeurs : 10 V, 12 V, 24 V. On note d’ailleurs que la tension de 48 V est plutôt une valeur repère, car en réalité la tension accepte doit se trouver entre 44 V et 52 V. Cette valeur de 48 V permet la transmission du courant sur des distances assez longues, de l’ordre de plusieurs dizaines de mètres en minimisant la déperdition d’énergie. Dans ce schéma on retrouve l’onde sonore percutant la membrane avant (1 et 2). Celle-ci se déplace et modifie son écartement avec l’armature arrière (3) formant le condensateur. Tout le circuit est alimenté (4) et présente une résistance (5). On récupère aux bornes du micro notre signal (6). Ce type de micro est souvent plus coûteux, car la réalisation de la membrane intégrée au condensateur est une opération complexe. • Le capteur à microphone électret : ECM = Electret Condenser Microphone Un microphone à électret est un microphone doté d'un composant appelé Electret, qui peut être assimilé à un condensateur. Ce dernier possède la particularité d'être polarisé de façon permanente au moment de sa fabrication. Permanente en théorie, car en pratique, la polarisation diminue au fil du temps, ce qui provoque une baisse lente mais progressive de la sensibilité du micro et de la qualité du signal audio qu'il délivre. L'impédance de sortie du composant électret situé à l'intérieur de la capsule est très élevé, et il est hors de question d'y relier directement une charge fortement capacitive ou d'impédance trop faible. C'est pour cette raison qu'il est impossible de relier directement la cellule électret à l'entrée d'un préampli "classique", et que la capsule à électret comporte dans son boîtier même, un petit étage électronique chargé d'abaisser cette haute impédance de sortie en une impédance de sortie plus faible et donc plus facilement exploitable. On trouve deux sortes de micros électret : ceux à 2 fils et ceux à 3 fils. L'explication du "2 fils ou 3 fils" est donnée par les schémas internes qui suivent. L'étage électronique qui accompagne le capteur se résume à un simple transistor FET qui joue le rôle d'adaptateur d'impédance et qui la plupart du temps n'apporte aucune amplification. Ce transistor, comme tout transistor, réclame une alimentation pour fonctionner, ce qui explique que l'apport d'une tension continue externe est requise. Parfois, une diode de protection contre les charges électrostatiques trop élevée - qui pourraient détruire le transistor FET - est insérée dans la capsule. C'est le cas par exemple de la capsule KE4 de Seinnheiser. La consommation du microphone électret est très faible, de quelques dizaines à quelques centaines de µA. Une simple pile permet donc d'assurer de longues heures de fonctionnement. Mais il est bien sûr aussi possible de profiter d'une alimentation phantom existante (qu'on atténue) pour éviter l'emploi d'une pile additionnelle toujours trop encombrante. Ainsi, certains microphones du commerce acceptent aussi bien une alimentation par pile (1 à 5 v par exemple) qu'une alimentation phantom 48 V pour fonctionner. Et bien sûr, il est possible de faire soi-même un adaptateur 48 V pour capsule électret. Pour une meilleure utilisation des capteurs microphone, ceux-ci sont uploads/Geographie/ commande-d.pdf