Présentation
Un gadget de plus, je n'en avais pas assez.
Ce gradateur de lumière secteur, conçu pour alimenter une lampe à incandescence, peut fonctionner selon deux modes, manuel et automatique :
- en mode manuel, le degré de l'intensité lumineuse est déterminée par la valeur d'une tension continue comprise entre 0V et +5V (ou 0V et +10V). En application autonome, un simple potentiomètre suffit pour fournir une tension variable évoluant entre ces deux limites.
- en mode automatique, il permet l'allumage ou l'extinction progressive de la lampe, sur une période qui peut s'étaler de quelques secondes à un peu plus d'une heure. La "programmation" de la durée s'effectue grâce à une tension continue de valeur comprise entre 0V et +5V (ou 0V et +10V), et là encore un potentiomètre classique convient tout à fait.
Le choix des modes Manu / Auto et Allumage / Extinction se fait grâce deux interrupteurs simples. Le circuit de commande est conçu autour d'un microcontrôleur de type PIC 12F675 et la partie puissance est à base de triac, un relais n'étant pas assez rapide et produisant trop de bruit, ce qui est gênant si l'appareil est posé à côté du lit pour un réveil lumineux en douceur. Un autre gradateur de même type, simplifié au niveau de l'alimentation secteur (alim sans transfo) et ne proposant que le mode automatique (simulation aube ou crépuscule), est présenté à la page Gradateur de lumière 011b.
Avertissement
La conception de ce montage est terminée et la simulation donne satisfaction dans les deux modes Automatique et Manuel. Toutefois, il n'a pas encore été réalisé pratiquement. Je pense qu'il fonctionne mais ne peux le garantir actuellement.
Schéma
Le schéma qui suit est complet, et n'est finalement pas compliqué du tout vu ce qu'il permet de faire.
Fonctionnement général
Le principe de base d'un gradateur de lumière, qu'il soit manuel ou automatique, est toujours le même et est décrit à la page Gradateurs de lumière. Il consiste à déclancher un triac avec un certain retard par rapport au moment où l'onde secteur 230V vient de passer par zéro, sachant que ledit triac se rebloque à chaque passage par zéro. Plus on attend longtemps pour l'amorcer, et moins la luminosité moyenne de l'ampoule qu'il commande est élevée. Nous avons besoin pour cela de deux choses :
- un système de détection de passage par zéro de l'onde secteur 230 V, qui fournit un signal (impulsionnel) à la fréquence de 100 Hz (puisqu'il nous faut travailler avec les deux alternances positives et négatives), et qui sert de "tops de départ". Ce système est composé ici du transistor Q1 monté en interrupteur, dont la base est soumise aux alternances de la tension basse tension fournie par le secondaire du transformateur d'alimentation, redressées par les diodes D1 à D4 et non filtrées. Ce transistor délivre sur son collecteur, une tension qui est toujours très basse (environ 0,2 V), sauf pendant le court instant où la tension issue des diodes D1 à D4 n'est plus suffisante pour le faire conduire, et où l'on dispose alors de brèves impulsions positives grâce à la présence de la résistance R2, qui sont directement transmises à l'entrée GP2 du PIC (lien dans le schéma assuré via les flèches dénommées 100Hz). Ce procédé fort simple souffre bien d'un tout petit défaut : la durée de l'impulsion de synchronisation est un peu "longue" et dépend de la tension de sortie du transformateur d'alimentation (plus sa tension de sortie est basse et plus l'impulsion est large). Mais dans le cas qui nous concerne (les impulsions ont ici une durée voisine de 350 us), cela ne pose pas de problème réel et on se contente de ce que l'on a.
- un système de retard variable qui repousse le déclenchement du triac par rapport au moment où a lieu le passage par zéro de l'onde secteur. Ce retard est généré de façon purement logicielle, dans le PIC. C'est une façon de voir les choses différente de celle adoptée dans mon gradateur de lumière 008, mais qui produit les mêmes effets. N'étant pas un expert dans le domaine des PICs, le nombre de pas de variation a dû être limité à 10, mais là encore ce n'est pas très gênant même quand on aime plutôt (comme moi) travailler avec des valeurs plus fines.
Fonctionnement en mode Manuel (SW1 ouvert)
Dans ce mode, une tension de commande continue comprise entre 0 V et +5 V est appliquée à l'entrée GP0/AN0 du PIC. En insérant un simple pont diviseur résistif par deux, la tension de commande peut évoluer entre 0 V et +10 V et donc provenir d'ailleurs. Le retard à l'allumage de l'ampoule (retard au déclenchement du triac) dépend de cette tension : plus elle est basse et plus le triac est déclanché tardivement (luminosité faible), et plus elle est élevée et plus le triac est déclanché tôt (luminosité forte).
Fonctionnement en mode Automatique (SW1 fermé)
Dans ce mode, on applique aussi une tension de commande continue comprise entre 0 V et +5 V à l'entrée GP0/AN0 du PIC. Mais cette fois, cette tension détermine non plus un niveau de luminosité comme dans le mode manuel, mais la durée sur laquelle va s'opérer la variation entre luminosité faible et luminosité forte (mode Allumage, SW2 ouvert), ou à l'inverse la variation entre luminosité forte et luminosité faible (mode Extinction, SW2 fermé). A une tension d'entrée élevée correspond une durée de variation longue, et à une tension faible correspond une durée de variation courte. Si la broche d'entrée GP3 du PIC est cablée à la masse (comme montré sur le schéma), la durée max d'allumage ou d'extinction, obtenue avec la tension max d'entrée (+5 V) sur AN0, est de 17 minutes. Si cette même broche GP3 est cablée au +5 V, la durée max d'allumage ou d'extinction est de 1 heure et 8 minutes, soit quatre fois plus importante.
Commande du triac
La commande du triac s'opère ici via un optocoupleur de type MOC3021, qui n'intègre pas de détecteur de passage par zéro (si un tel détecteur était présent - comme dans le MOC3041, le montage ne pourrait pas fonctionner). Le PIC est donc totalement isolé du secteur 230 V. Un triac restant amorcé jusqu'au moment où le courant circulant entre A1 et A2 s'annule (passage par zéro de l'onde secteur), il ne sert à rien de laisser la commande activée en continu. Cette commande est donc ici de type impulsionnelle, et l'impulsion envoyée à la gachete du triac est brêve, de 100 us précisemment. En réalité, le programme est écrit de façon à envoyer non pas une seule impulsion, mais deux impulsions, qui se suivent de près (100 us entre les deux). Le déclenchement du triac est ainsi beaucoup plus sûr même si ce dernier est "difficile à convaincre".
Remarque : il est tout à fait possible de se passer de l'optocoupleur et du transformateur d'alimentation. Le triac peut en effet être commandé directement par la sortie GP1 du PIC, et le transfo d'alim peut être remplacé par une alimentation sans transformateur. J'ai cependant fait le choix ici d'une plus grande sécurité d'emploi.
Code source et fichier binaire compilé
Disponible dans l'archive dont le lien suit.
Gradateur lumière 011 - 12F675 (10/01/2009)
Si vous souhaitez recevoir par la poste un PIC préprogrammé et prêt à utiliser, merci de consulter la page PIC - Sources.
Remarque : au départ, j'ai voulu utiliser les interruptions du Timer0 ou Timer1 pour définir les retards au déclenchement du triac. Je m'en suis finalement passé, mais il est possible que j'y revienne si dans l'avenir je souhaitais disposer d'un plus grand nombre de pas de variation. C'est pourquoi je n'ai pas entièrement effacé le code relatif aux interruptions de ces timers, même s'il ne sert à rien actuellement.
Circuit imprimé
Non réalisé. La vue 3D n'est là que pour donner un apperçu des composants utilisés (hors transfo d'alim et lampe).