Introduction,
Les modules hybrides - présentation,
Nécessité d´un codage,
Choisir le bon module ,
Coder les informations ,
Piloter un contact à distance,
Transmettre des données,

Depuis plusieurs années, on parle beaucoup du 433,92 MHz. La raison en est simple : cette fréquence radio est bien pratique pour communiquer puisqu´elle est libre d´utilisation dans toute l´Europe.
 
On parle également depuis peu du 868 MHz, qui est la nouvelle fréquence qui a été ouverte en libre-service. Le principe de communication sur cette fréquence est exactement similaire à celle sur 433,92 MHz... sauf que la vitesse de transmission des données peut être supérieure. Le coût des modules aussi !
 
La liberté de communiquer sur ces fréquences est intéressante car, techniquement :

	il est relativement simple de développer des applications du fait de la présence dans le commerce de modules tous faits, ce qui évite de se mettre les mains dans le cambouis,
	434 MHz (et à fortiori 868 MHz...), c´est suffisamment élevé pour transmettre des données à une vitesse correcte. Ainsi les modules 434 MHz actuels passent jusqu´à 30 kbps (en FM) et 3 kbps (en AM), les modules 868 MHz sont plus performants puisqu´ils permettent de transmettre jusqu´à 50 kbps.

 
Alors, il ne vous reste plus qu´à vous munir de ces modules, de votre fer à souder et de quelques précautions avant de vous lancer dans l´aventure !

Quelle ne fut pas la joie de tous les électroniciens quand, vers 1994, apparurent les premiers modules hybrides HF tous faits pour un prix (relativement...) modeste ?
Il faut dire qu´avant cette apparition, tout le monde pestait quand il s´agissait de réaliser ou de mettre au point la partie Hautes-Fréquences d´un montage... c´était vraiment compliqué et hasardeux !
 
Cette époque est bel et bien révolue, on trouve aujourd´hui plusieurs fabricants (Mipot, AUREL, Telecontrolli et Radiometrix) qui proposent des modules d´émission / réception. Il n´y a plus qu´à réserver la place du module sur le typon et c´est parti...!
 
Ces modules sont bâtis autour d´un résonnateur à ondes de surface (SAW), ce qui leur assure haute précision en fréquence et très bonne stabilité. Ils sont simples d´utilisation puisqu´ils ne comportent en général que quelques broches : 2 pour d´alimentation, une pour l´entrée de données, une entrée ou une sortie ´antenne´ externe, et éventuellement des entrées de contrôle.
 
 
Les modèles les plus courants, ainsi que leur documentation, peuvent être trouvés chez tous les revendeurs à des prix sensiblement équivalents (entre 8 et 22 Euros pour l´émetteur ou récepteur AM, un peu plus pour la technologie FM). Pour les modèles plus perfectionnés, il faudra passer par un VPCiste (Radiospares ou Farnell).

Si vous avez lu le début du dossier, vous avez remarqué que tout le monde peut émettre et/ou recevoir toutes sortes d´informations sur les fréquences libres (433,92 et 868 MHz). C´est évidemment une formidable liberté, mais il y a un revers à la médaille : ces fréquences sont particulièrement polluées... puisque fort utilisées. Comme toujours, on n´a rien sans rien !
 
Pour prendre conscience de la pollution du 434 MHz, il est très simple de procéder à une petite expérience :

	- Allez à la campagne et visualisez la sortie d´un module récepteur à l´aide d´un oscilloscope. Il est possible d´utiliser n´importe quel type de récepteur, AM ou FM :   Alimentez le module et observez le signal : il est continu, toujours à l´état bas (0 logique).
	- Allez maintenant en ville et faites la même expérience :   L´écran obtenu est, le plus souvent, un état bas. Mais continuez l´observation : vous devez avoir des 1 parasites, aléatoires qui apparaissent de temps à autre...voire souvent si votre voisin communique aussi en HF !

 
Ces parasites suffisent à mettre en évidence qu´on ne pourra pas utiliser ces modules aussi simplement qu´une simple liaison par fil... D´où la question centrale : Mais comment vais-je donc distinguer mon 1 (celui que j´ai envoyé pour mettre en route ma cafetière) d´un 1 parasite ?
 
Il n´y a qu´une seule solution : procéder au codage des informations. Cette technique doit impérativement s´appliquer, qu´il s´agisse d´un simple ordre de commande ou d´une suite de données complexes... même combat !
Cette conclusion noircit un peu le tableau tout beau, tout rose des modules HF. Mais pas de panique, il y a des techniques simples, qui sont détaillées un peu plus loin...

Dans le commerce on trouve profusion de modules hybrides : AM, FM, à super-réaction,... Que signifient ce termes, en quoi peuvent-ils influencer le choix d´un couple de modules ?
 
Le plus simple est peut-être d´expliquer les différentes technologies :
 
1- AM ou FM ?
Les modules hybrides sont disponibles en 2 technologies : la modulation de fréquence FM, ou bien la modulation d´amplitude AM.
 
Ces deux technologies sont radicalement différentes :

	La FM est la plus moderne et la plus performante. Toutes les stations de radio dites ´FM´ émettent suivant ce principe : bonne qualité d´écoute, très bonne sélectivité...
	La technologie AM est plus ancienne. Elle est utilisée par les stations ´AM´ comme RTL, RMC,... La qualité n´est pas toujours là, mais la fiabilité est à toute épreuve.

 
Ce qui est valable pour les stations de radio l´est aussi pour les modules hybrides : les modules FM permettent un débit rapide jusqu´à 30 kbps, mais coûtent plus cher. Les modules AM eux, ont un débit plus restreint aux alentours de 3 kbps... soit 10 fois moins, mais 2 fois moins chers.
 

Attention : les émetteurs et récepteurs ne sont pas interchangeables : on ne peut pas utiliser un émetteur AM avec un récepteur FM, ou inversement. Il faut donc faire attention lors du choix de la paire émetteur / récepteur. Ils doivent absolument être de même technologie.

 
Par extension, la marque du fabricant n´importe pas : on peut très bien acheter un émetteur MIPOT et un récepteur AUREL, ça ne pose aucun problème... si ce n´est au vu des peformances recherchées.
 
2- Récepteur super-réaction, super-hétérodyne ou PLL ?
Les modules de réception peuvent être fabriqués suivant l´une de ces trois technologies :
 

	La réception à super-réaction est la plus basique. Elle est aussi la moins chère. Son usage doit se limiter à la technologie AM, du fait d´une assez mauvaise sélectivité.
	La technologie super-hétérodyne est plus performante en terme de sélectivité. Elle offrira une très bonne réception en AM, et une réception très correcte en FM.
	La technologie PLL -Phase Locked Loop- est la plus moderne et la plus performante. On la réservera pour des communications rapides et fiables. Les modules conçus avec cette technologie seront en priorité utilisés en FM, et plus particulièrement pour le 868 MHz.

 
Là encore il y a des choix à faire : pas question de mettre un émetteur FM avec un récepteur à super-réaction si vous souhaitez communiquer à vitesse élevée.
Par contre, pour une application de commande à distance on peut se contenter du bas de gamme AM en 434 MHz : émetteur simple et récepteur à super-réaction.
 
3- Les émetteurs :
Les modules d´émission, qu´ils soient de type 434 ou 868 MHz, peuvent se distinguer d´après les critères suivants :

- leur alimentation : généralement la plage de tension admissible va de +2V à +15V, variable suivant le fabricant. - la technologie : AM (modulation d´amplitude) ou FM (modulation de fréquence). - la vitesse de transmission : (dépend également du fabricant).       * en 434 MHz, de 1 à 4 kHz pour l´AM, jusqu´à 30 kHz pour la FM,       * en 868 MHz, près de 50 kHz. - leur puissance : elle est donnée en dBm ou bien en mW, la relation pour passer de l´un à l´autre est P (dBm) = 10.log P (mW). Plus la valeur donnée est élevée, plus on va loin... Méfiez-vous de la valeur avancée pour la portée, souvent trop idéale. - la présence d´une antenne : une antenne intégrée est pratique, mais limite la portée. Les modules dépourvus d´antenne devront être équipés d´une antenne extérieure de 17 cm sous peine de voir leur portée bien faible. - le niveau d´entrée : normalement compatible TTL, à vérifier.

 
4- Les récepteurs :
Les modules de réception se distinguent entre eux par :

- leur alimentation : la plage de tension est en général de +4,5V à +5,5V mais peut varier un peu suivant le fabricant. - la technologie : AM (modulation d´amplitude) ou FM (modulation de fréquence). - leur type : à super-réaction, de type super-hétérodyne ou encore à P.L.L. pour le 868 MHz. - la vitesse de réception : elle dépend du type, de la technologie et du fabricant. Elle sera choisie en rapport avec la fréquence émise. - la présence d´une antenne : les modules sans antenne devront être équipés d´une antenne extérieure de 17 cm sous peine de ne capter que des signaux faibles.

 
Voilà pour les présentations... il vous appartient ensuite de peser le pour et le contre afin de choisir un couple émetteur / récepteur dont les performances sont en rapport avec vos spécifications (surtout fréquence porteuse, fréquence à transmettre, portée).
 
Enfin, s´il était besoin de le préciser, le mélange 434-868 MHz est impossible... ;-)

Nous avons vu qu´il était impossible de transmettre des informations sans les encoder au préalable. Pour effectuer ce codage, il y a plusieurs méthodes :
 
1- Les circuits dédiés :
C´est la méthode la plus simple : on trouve des modèles capables de générer des codes sur 14, 16 ou 18 bits. Notez que pour une parfaite compatibilité il est nécessaire d´utiliser le même type de circuit (ou la même famille) à l´émission, et à la réception.
Avec ce genre de circuit, chaque bit à transmettre est envoyé sous la forme d´un code que seul le récepteur pourra reconnaître. Il est d´ailleurs possible de configurer le codage et l´encodage, à l´aide de switchs placés sur la carte lors de la conception : ces switchs permettront de changer le cryptage de façon simple.
Parmi les plus connus on peut citer les UM3750 (=MM53200), la série MC14502x de Motorola, les nouveaux et très performants HT640 et HT651 (en 18 bits), ou encore la paire bon marché HT600 et HT614 de chez Holtek.
On utilise généralement ces circuits pour transmettre de simples ordres binaires, car l´encodage qu´ils générent entraîne une forte baisse de la fréquence de communication. Un exemple d´utilisation de ces circuits est donné au paragraphe piloter un contact à distance
 
2- Le codage Manchester :
Cette méthode consiste à générer son propre système de codage. On utilise pour cela deux micro-contrôleurs (genre PIC) : un pour l´émission, l´autre pour la réception. Le programme du micro-contrôleur émetteur devra transmettre chaque bit suivant un code particulier : le code Manchester.
Ce code a la particularité de maintenir une valeur moyenne du signal constante, quelle que soit la suite des informations à transmettre.
 
Ce système de codage est ultra-simple, chaque 0 ou 1 à transmettre est modifié de la façon suivante :

Principe : On voit que si l´on met bout à bout des 1 et des 0 modifiés par le code Manchester, on obtient un signal comportant autant d´états hauts que d´états bas... La valeur moyenne est donc de 0,5 et la fréquence est pratiquement constante

 
L´émission : le programme d´émission devra générer :

- une suite de quelques 1 et 0 successifs, qui vont permettre au récepteur de caler la détection, ces données ne seront pas significatives, - une information début des données : par exemple 0 puis 1, ou deux 1 de suite..., - les données encodées Manchester, en principe par blocs de 8 ou 16 bits, - une suite de bits (parité, checksum...) qui sécurisent la transmission.

Exemple : chronogramme de la transmission de la valeur ´h34´, soit ´b00110100´ :

La réception : le programme de réception devra :

- repérer l´information début des données, - lire les données, en synchronisant la lecture sur la fréquence d´émission, - décoder le code Manchester (en appliquant le schéma inverse) afin de retrouver l´original, - exécuter l´algorithme de contrôle et vérifier par rapport aux bits de contrôle.

 
Compléments : il est évident que vos programmes d´émission et de réception feront l´objet de nombreuses mises au point (et oui !). Néanmoins, pour vous éviter de chercher trop longtemps les raisons de problèmes de communication, voici quelques trucs :

	a- il est souvent conseillé d´envoyer les données par redondance, c´est-à-dire plusieurs fois de suite... afin de minimiser les risques d´erreurs.
	b- il existe de nombreux algorithmes qui permettent de générer des bits de contrôle ou de parité. Parmi les plus classiques, les opérations mathématiques : addition, soustraction des bits de données...,
	c- à noter l´existence de codes d´auto-réparation : ces algorithmes permettent de reconstituer la suite de données originale, dans le cas d´une erreur de comunication. Dans cette catégorie, on peut citer par exemple le codage-décodage de Hamming
	d- il reste toujours possible d´utiliser une liaison Half-Duplex, ce qui permettra l´utilisation d´un protocole de communication simple, du genre RS232 (CTS-RTS)... mais qui nécessiterait 2 émetteurs et 2 récepteurs.

 
3- La modulation M.L.I. :
Cette méthode est une variante de la méthode de codage Manchester.
La modulation par M.L.I. (modulation de largeur d´impulsion) permet d´obtenir en sortie une fréquence réellement constante. Le programme du micro-contrôleur émetteur devra transmettre chaque bit en respectant les spécifications suivantes :
 
 
L´intérêt d´un tel codage (par rapport au codage Manchester) n´est évident que pour un environnement bruité. De plus (si le programme est bien structuré) il peut être simple de modifier logiciellement la fréquence d´émission des données.
 
Cette propriété de fréquence constante autorise la présence d´un filtre passe-bande analogique en sortie du module récepteur. Ce filtre sera accordé sur la fréquence d´émission et laissera passer les 2 premiers harmoniques.
L´intérêt d´un tel filtre est la suppression des parasites vraiment trop gênants ainsi que de toutes les émissions concurrentes (on pourra changer la fréquence d´émission si tel n´est pas le cas).
 
Cette technique permettra en plus d´alléger l´algorithme du contrôle de communication. En revanche, il reste nécessaire d´amorcer la détection par une trame vierge (quelques 0 et 1 non significatifs) et de réguler le trafic grâce à des conditions ´début d´émission´ et de ´contrôle´ (ou ´checksum´).

C´est l´utilisation la plus courante des liaisons HF. En effet, il suffit d´un émetteur AM 433 MHz, d´un récepteur AM et de 2 codeur/décodeurs MM53200 pour réaliser une télécommande. On pourra communiquer à plusieurs dizaines de mètres en terrain découvert, avec une excellente sécurité et un prix de revient sans concurrence de l´ordre de 35 Euros. Un pas est franchi depuis la télécomande infra-rouge...
 
Au niveau du fonctionnement, rien de plus simple : on appuie sur un bouton, ce qui entraîne la production d´un code par le circuit d´encodage (MM53200 par ex.). Ce code est transmis tel quel par l´émetteur... Le récepteur se chargera de fournir ce qu´il reçoit au circuit de décodage (un autre MM53200). Si l´information reçue est correcte alors un signal ´1´ sera généré en sortie... il pourra être utilisé comme bon vous semble.
 
 
Ce type de transmission est on ne peut plus simple à concevoir : il n´y a qu´à mettre bout à bout les circuits en suivant les spécifications des constructeurs, ceux-ci proposent en effet les schémas d´application les plus courants.
Un petit truc tout de même, n´oubliez pas de prévoir des micro-interrupteurs DIL qui vous permettront de changer l´encodage en un clin d´oeil. Attention, le code choisi (position des interrupteurs) pour l´émetteur devra correspondre au code du récepteur... plus le nombre de possibilités est grand, plus la sécurité est accrue.
De même, vérifiez que les réseaux RC branchés sur les broches Osc des codeurs soient identiques... sous peine de non-synchronisation.
 
 
Le schéma ci-dessus est ultra classique et très fiable. De plus, il est quasi-universel.
Attention cependant, les modules HF ne sont pas tous compatibles broche à broche, il faut vérifier.
Si vous souhaitez changer les encodeur / décodeurs, suivez la spécification constructeur. Vous pourrez ainsi utiliser par exemple des HT640 et HT651, des MC14502x ...

Une autre utilisation courante des modules HF est la transmission unilatérale des données (dans un seul sens). On utilisera pour ce type d´application des modules performants, par exemple un émetteur FM couplé à un récepteur super-hétérodyne en 434, voire en 868 MHz.
 
De multiples applications peuvent alors être déclinées de ce principe, comme :

- l´envoi de données à un récepteur, cas le plus simple, - une télécommande multi-canaux, pour piloter plusieurs récepteurs binaires, - alarme sans-fil : plusieurs émetteurs vers un récepteur, - ...

 
Cette méthode est aussi simple à mettre en oeuvre que la précédente du point de vue de l´électronique : il n´y a qu´à remplacer les circuits d´encodage par des micro-contrôleurs, qui se chargeront de produire et d´interpréter le code.

Remarque : les micros de chez Microchip sont particulièrement indiqués car bon marché, simples et performants (PIC 12C508, 12C509, 16F84...)

 
Le schéma ci-dessus illustre la simplicité du circuit. La difficulté est ici d´ordre logiciel. En effet, l´électronique ne fait que transférer les bits : il reste à les générer et à les comprendre !
 
Vous devrez donc utiliser les informations du chapitre "encoder les informations" afin d´élaborer les différents algorithmes nécessaires à la communication : émission, réception, synchronisation des données, contrôle... Bref tout un programme -sans vilain jeu de maux ;-)
 
En ce qui concerne cette programmation, je ne peux malheureusement pas vous être d´un grand secours... chaque application étant différente. Néanmoins faites simple, c´est souvent ce qui fonctionne le mieux, et procédez par étapes : réservez la mise au point de l´algorithme de contrôle pour la fin.
Vous pourrez trouver de l´aide sur les différents forums d´électronique :

- news : fr.sci.electronique - www.forum-electronique.fr.st

 
D´autres informations vous attendent sur :

- kudelsko.free.fr - www.lextronic.fr

 
J´espère que ce dossier répond à vos questions en la matière. Si vous avez des choses à ajouter et/ou à compléter, n´hésitez pas à me contacter : lewebelectronique@free.fr