sirena sonerie

S É C U R I T É

ELECTRONIQUE magazine - n° 2216

CMJK ELM 22 - page 16

Une mini sirèneà note modulée

Naturellement, un bonsystème d’alarme,pour être complet,devrait égalementdisposer d’untransmetteur télé-phonique (fixe ou

mobile) ou de n’im-porte quel autre outil de

téléalarme (même par radio),capable de prévenir à distance le pro-

priétaire.

Mais, même s’il s’avère être très utile, un tel dispositifreste, toutefois, un élément complémentaire rarement dis-ponible dans des installations courantes.

Ce qui, par contre, ne manque jamais dans un systèmed’alarme (antivol, anti-incendie, etc.), c’est un avertisseuracoustique, qu’il soit électromécanique (à ventilation) oumagnétodynamique.

D’autre part, ce qui se déclenche immédiatement, lors d’uneintrusion dans une banque, dans une bijouterie, dans unemaison, un hangar, c’est toujours la sirène, parfois accom-pagnée d’un gyrophare.

orsqu’on désireréaliser un sys-tème d’alarme, ilfaut toujours gar-der bien à l’esprit

chaque détail, en choisissantavec soin les capteurs, les acti-vateurs adaptés, sans oublier,bien sûr, l’unité de contrôle, tou-jours munie d’une batterie “tam-pon” qui devra maintenir le tout enfonction pendant les périodes d’ab-sence du courant de secteur.

Parmi les différents composants, ilfaut accorder une attention toute parti-culière à la sirène, l’avertisseur acoustique par excellence.C’est, en effet, l’élément qui attire le plus l’attention etsignale le mieux l’état d’alarme.

Il est vrai qu’aujourd’hui, habitués aux sons de mille sirènesd’antivols de maisons, de magasins et de voitures, les pas-sants n’y prêtent plus guère attention. On ne peut toutefoispas nier qu’un bon avertisseur capable d’émettre une noteforte et pénétrante permet de savoir, même à distance, quel’antivol s’est déclenché.

Voici un avertisseur acoustique puissant et efficace, pouvantêtre utilisé dans les systèmes d’alarme. Cet appareil est capabled’émettre un son particulièrement pénétrant grâce à untransducteur piézoélectrique. Sa faible consommation lui confèreune grande autonomie, même lorsqu’il fonctionne alimenté àl’aide de piles.

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mier est le générateur de haute ten-sion modulée en fréquence, tandis quele second n’est autre qu’un “mid-twee-ter” (haut-parleur médium) piézoélec-trique à haute tension, qui se relie à lasortie du transformateur élévateur TF1(voir figure 1).

Voyons à présent le circuit, en rappe-lant qu’il produit une note acoustiquedont la fréquence glisse continuelle-ment entre deux valeurs, une maximaleet une minimale.

On remarque quatre blocs principaux,c’est-à-dire deux multivibrateursastables à amplificateurs opérationnels,un double comparateur “push-pull” ainsiqu’un transformateur élévateur.

L’un des deux oscillateurs est modulétandis que l’autre sert de modulateur,même si on prélève de celui-ci la ten-sion presque triangulaire due aux cyclesde charge et de décharge du conden-sateur de temporisation et non la ten-sion de sortie.

Les deux oscillateurs sont basés surle schéma classique du multivibrateurastable à amplificateurs opérationnels,c’est pourquoi nous ne ferons qu’une

seule description qui servira pour leurréalisation.

Analysons maintenant U1c, c’est-à-direl’un des quatre comparateurs conte-nus dans le LM339 référencé U1.

Nous pouvons observer qu’il travailledans une configuration où il est encontre-réaction positive et négative parl’intermédiaire d’un circuit R/C.

Le schéma est légèrement modifiépar rapport au schéma classique, carle circuit intégré fonctionne à l’aided’une seule alimentation et a doncbesoin d’une tension de référenceappliquée à la broche non-inverseusede chaque comparateur qui servirad’oscillateur.

La polarisation sert essentiellement àmaintenir au repos la sortie de chaqueélément à la moitié de la tension d’ali-mentation du circuit tout entier : donc,si l’ensemble fonctionne à 12 volts,entre les broches 13, 2 et la masse,on devrait trouver environ 6 V.

Au début seulement, bien sûr, puisquejuste après l’activation, les deux mul-tivibrateurs commencent à osciller, four-

Ce sont là les signaux qui, dans l’ima-ginaire collectif, représentent mieuxque n’importe quel autre un danger pro-venant d’un vol, d’une explosion, d’unincendie, etc.

Etant donné l’importance du champd’application, nous avons décidé devous proposer le montage d’une sirèneélectronique, un avertisseur capablede produire une note modulée en fré-quence à “glissement”, c’est-à-dire unsignal sonore dont la fréquence variecontinuellement d’un maximum à unminimum et vice-versa, reproduisantainsi l’ef fet acoustique typique desavertisseurs antivols.

Le circuit, en soi, est vraiment trèssimple et à la portée de tous. Il peutêtre réalisé même par le plus inexpé-rimenté des débutants. Le seul com-posant un peu critique est le transfor-mateur élévateur, que l’on peutd’ailleurs réaliser soi-même.

Le schéma électrique

Notre sirène est essentiellement com-posée d’une unité de contrôle et d’untransducteur piézoélectrique : le pre-

Figure 1 : Schéma électrique de la commande de sirène à note modulée.

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nissant tous les deux une onde rec-tangulaire.

La tension de 0 volt de la broche inver-seuse et la polarisation fournie par lepont diviseur R3/R4 (commun à U1cet U1d), font en sorte que le compa-rateur porte sa propresor tie au niveau haut(environ +12 V). Celaprovoque la charge ducondensateur par l’in-termédiaire de R13 etde R14, en un laps detemps qui dépend de lavaleur du réseau derésistance.

C3 accumule de l’éner-gie jusqu’au moment oùla tension entre sesarmatures dépassecelle déterminée par lepont diviseur de contre-réaction positiveR11/R9 appliquée à labroche 5.

A ce stade, la sor tie(broche 2) commute enpassant au niveau bas(0 volt) en déterminantainsi la décharge de C3,par l’intermédiaire ducircuit R13/R14.

Figure 2 : Le circuit électronique et le transducteur piézoélectrique ont tous lesdeux été placés dans un coffret plastique de dimensions adéquates.

Remarquez, à gauche du circuit imprimé, le trimmer de réglage de la fréquencede travail de la sirène.

Figure 3 : Schéma d’implantation des composants de la commande de sirène.

Figure 4 : Le circuit de commande du transducteur piézoélectrique est vraiment très simple. Leseul composant un peu critique, c’est le transformateur à fabriquer soi-même en suivant lesinstructions fournies dans l’article.

La tension qui se trouve aux bornes ducondensateur chute jusqu’à ce qu’elledevienne inférieure à celle due à lacontre-réaction positive, alors que lecomparateur commute à nouveau enramenant sa propre sortie au niveauhaut.

La broche 5 reçoit encore la tensionde seuil la plus haute (la somme de1/2 V et de l’apport provenant de lasortie par l’intermédiaire de R11 et R9)et le condensateur C3 se recharge.

Comme nous l’avons déjà vu, dès quela tension aux bornes de C3 auraatteint une fois de plus le seuil supé-rieur, le comparateur fera alors enre-gistrer une autre commutation à sapropre sortie, en portant la broche 2au niveau bas, et en recommençant lecycle.

Il s’instaure donc un phénomène répé-titif qui détermine une sorte d’onde rec-tangulaire entre la broche 2 et lamasse, ainsi qu’une sorte de signalrectangulaire dont les rampes ascen-dantes et descendantes sont en réa-lité des bouts d’une courbe exponen-tielle, aux bornes de C3.

Cela se produit dans les deux multivi-brateurs, bien que le multivibrateur prin-cipal opère à une fréquence qui estmodulée par celle produite par U1d.

C’est pour cette raison que, tandis queU1c travaille avec quelques kilohertzseulement, l’oscillateur de modulation

Sous l’effet du pont diviseur de pola-risation et de R11/R9, la broche 5reçoit alors une tension bien plusbasse, inférieure à celle de l’alimen-tation et en théorie égale à :

1/2 V x R11 / (R11 + R9)

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Cela a pour effet le déplacement immédiat de la fréquenced’oscillation qui se trouve sur la broche 2, fréquence quipasse continuellement d’une valeur maximale à une valeurminimale et vice-versa, progressivement.

Ceci étant dit, passons maintenant à l’étage suivant, c’est-à-dire au double comparateur qui sert de driver pour l’étagepull-push: il est composé de U1a et U1b. Tous les deux pilo-tés par le seul signal prélevé en sortie de U1c et connec-tés de façon à toujours donner des niveaux logiques oppo-sés.

En effet, chacun prend comme référence le potentiel fournipar le diviseur R3/R4, avec pour seule différence que U1ale reçoit sur sa broche 9 (non-inverseuse), tandis que U1ble reçoit sur sa broche 6 (inverseuse).

Le résultat est que, lorsque la broche 2 du circuit intégréfournit un état logique haut, U1a porte sa propre sortie à0 volt, tandis que U1b porte la broche 1 à environ 12 V.

Et inversement: lorsquela sortie de l’oscillateurprincipal présente unniveau logique bas, labroche 14 se trouve à12 V et la broche 1 à0 volt.

Le rôle de l’inverseurest donc de polariserde façon alternée les

(U1d) génère plus ou moins une dizaine de hertz, juste-ment parce que c’est avec cette fréquence qu’il devra faireglisser la note produite par le premier.

Si l’on désire obtenir une modulation progressive et non unson bitonal, on ne peut pas utiliser le signal rectangulairequi sort de la broche 13 mais on doit faire appel à un signalanalogique continu. C’est pour cela que nous utilisons latension qui se trouve aux bornes du condensateur C1.

Il s’agit d’une forme d’onde presque triangulaire et qui seprête très bien à être superposée à la tension de polarisa-tion déterminée par le pont diviseur R3/R4.

Ceci dit, nous pouvons déjà imaginer quels effets pourraientavoir l’application d’une tension variable sur la contre-réac-tion de l’astable principal. La superposition de la formed’onde triangulaire, à fréquence beaucoup plus basse quecelle produite par U1c, ne sert, en fait, qu’à déplacer lesseuils de commutation de ce dernier comparateur.

Liste des composants

R1 = 470R2 = 470 ΩR3 = 10 kΩR4 = 10 kΩR5 = 2,7 kΩR6 = 10 kΩR7 = 470 kΩR8 = 1 MΩR9 = 470 kΩR10 = 1 MΩR11 = 470 kΩR12 = 10 kΩR13 = 39 kΩR14 = 100 kΩC1 = 10 µF 63 V électrolytiqueC2 = 100 µF 16 V électrolytiqueC3 = 2200 pF céramiqueT1 = NPN BC327T2 = NPN BC327U1 = Intégré LM339D1 = Diode 1N4007D2 = Diode 1N4148D3 = Diode 1N4148D4 = Diode 1N4148TF1 = Autotransformateur (voir texte)

Divers :1 Support 2 x 7 broches2 Borniers 2 pôles1 Transducteur piézo PZ111 Circuit imprimé réf. MO34

Figure 5 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de la commande de sirène.

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deux transistors (T1 et T2) qui ali-mentent à leur tour les deux par tiesdu primaire de l’autotransformateurélévateur TF1.

Nous avons donc besoin d’un fonc-tionnement de type push-pull, defaçon à faire passer le courant tan-tôt dans une par tie du primaire,tantôt dans l’autre, obtenant ainsientre les bornes de sortie (SIRENE)une tension alternative d’une ampli-tude considérable (environ 50Veff.), suffisante pour faire émettreau transducteur piézoélectrique desnotes acoustiques à la pressionsonore maximale (plus de 110 dB).

Le collecteur de T1 fait passer ducourant dans la première partie del’enroulement primaire, fermé à

L’efficacité et l’intensité du son pro-duit dépendent d’un transducteur spé-cifique, un mid-tweeter (haut-parleurmédium) piézoélectrique à haute ten-sion, qui est généralement montédans les sirènes d’appartement et devoitures. Piloté par le signal moduléproduit par le circuit décrit dans ceslignes, il permet d’entendre l’alarmeà une distance considérable, tout en

consommant peu de courant (les élé-ments piézoélectriques consommentbeaucoup moins que les haut-parleurstraditionnels de 8 ohms…) tout engarantissant un rendu maximal pour unencombrement minimal.

Caractéristique qui a son importance :il ne pèse que quelques dizaines degrammes. La sirène toute entière peutdonc trouver sa place facilement et êtremontée à peu près n’impor te où etsans aucun problème, à l’aide d’unefixation légère.

Le mid-tweeter est essentiellement unhaut-parleur pour notesmédium-aiguës dont lecentre est une pastille pié-zoélectrique fixée au fonddu bâti. La surface qui émetla vibration est placée à l’in-térieur de la gorge d’unetrompe exponentielle parti-culière raccourcie et repliée,

sirène (l’enroulement figurant tout enbas du schéma électrique), une impul-

sion négative dont l’amplitude estd’environ 50 V et qui vient s’ajou-ter à celle de la tension induitedans le primaire B-C.

On obtient ainsi un peu moins de60 volts, desquels sont soustraitsles 11 volts provenant du collecteursur la borne A.

Sur les broches du transducteur pié-zoélectrique, on trouve donc uneimpulsion dont l’amplitude est del’ordre des 48 volts. Et inversement,dès que l’état de la sortie de U1cest inversé, c’est-à-dire lorsquecelle-ci passe au niveau logiquezéro, la broche 14 passe au niveaulogique haut en laissant T1

masse au point central, déterminantainsi dans le secondaire relié à la

Le transducteur piézoélectrique

Réponse en fréquence de 2 à 20 kHzFréquence de résonance 4 kHzTension maximale de pic 150 VTension maximale efficace 53 VImpédance (@ 1 kHz) 500 ohmsEfficacité à 4 kHz (@ 1 m, 10 Veff.) 100 dBAngle de dispersion 80°Poids 60 g

qui charge la membrane piézoélec-trique en augmentant fortement l’in-tensité de l’émission sonore, au pointd’atteindre une pression acoustiquede 100 dB à 1 mètre de distance,sous une tension de 10 V (environ1 W de puissance dissipée) à la fré-quence de 4 kHz.

Vous pourrez entendre le résultat devos propres oreilles lorsque le mon-tage sera terminé !

Les principales caractéristiques dutransducteur peuvent être résuméesainsi :

41

2 3

1

2

3

4

5

6

7

14

13

12

11

10

9

8

OUTPUT 3

OUTPUT 4

GND

INPUT 4 +

INPUT 4 –

INPUT 3 +

INPUT 3 –

OUTPUT 2

OUTPUT 1

V +

INPUT 1 –

INPUT 1 +

INPUT 2 –

INPUT 2 +

Figure 7 : Brochage du LM339.

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s’éteindre, tandis que la broche 1 passe au niveau logiquezéro, en saturant T2.

A présent, c’est ce dernier qui, par l’intermédiaire de sonpropre collecteur, alimente l’autre partie du primaire, c’est-à-dire l’enroulement central, lui aussi fermé à masse à lajonction.

Cela provoque, sur la borne de droite (SIRENE), une impul-sion positive qui va alimenter le haut-parleur piézoélec-trique, par rapport à celle de gauche (A).

A noter que, cette fois-ci, la tension induite sur le primaireA-B s’ajoute, parce qu’elle est en phase avec l’impulsion. Ilfaut soustraire au résultat la chute sur l’enroulement B-C.

Ce fonctionnement a été obtenu en calculant les dimen-sions des enroulements: en effet, A-B a un nombre de spiresqui dépasse d’environ 20 % celui de B-C.

En pratique

Pour construire cette sirène, il faut réaliser ou vous procu-rer le circuit imprimé ainsi que les composants de la liste(voir figure 5).

Une fois le circuit imprimé gravé et percé, on peut, en s’ins-pirant des figures 3 et 4, insérer puis souder les quelquescomposants nécessaires, en commençant par les résis-tances, les diodes, puis le trimmer et enfin le support del’unique circuit intégré.

Installez les condensateurs en faisant bien attention ausens indiqué sur le dessin prévu à cet effet, puis faites demême avec les transistors.

Il faut ensuite que vous construisiez vous-même TF1 à l’aided’un petit double “E” en ferrite, d’environ 20 x 16 x 5 mm,sur le noyau duquel vous enroulerez, toutes dans le mêmesens, les 15 spires de A-B, les 12 de B-C et les 65 de C-D.

En fait, il suffit de partir d’une extrémité et d’enrouler les15 premières spires, puis de replier le fil et, après l’avoir

torsadé, de le fixer ensuite avant de continuer avec l’en-roulement des 12 spires suivantes en répétant l’opérationet de terminer avec les 65 dernières.

Le fil doit être en cuivre étamé et avoir un diamètre de0,2 mm (2/10).

Le début des enroulements (le point de départ des 15 pre-mières spires) sera la borne “A”,tandis que la jonction entre la finde A-B et le début des 12 spiressuivantes sera la borne “B”.

La fin de B-C et le commencementdes 65 dernières spires seront laborne “C”. La fin de l’enroulementdonnera la borne “D”.

Pour l’alimentation, ainsi que pourla connexion du transducteur pié-zoélectrique, nous vous conseillonsd’utiliser un bornier pour circuitimprimé au pas de 5 mm, ce quisimplifiera les raccordements.

A propos de transducteur, il faut,pour la sirène, un mid-tweeter(c’est-à-dire un haut-parleur pournotes médium-aiguës) piézoélec-trique “à trompe”, capable de sou-tenir 120 Vpp (pas moins de45Veff.).

Figure 8 : Une fois le montage du circuit imprimé terminé et après avoir vérifié qu’enalimentant celui-ci, le transducteur émette le son attendu, vous pouvez monter letout à l’intérieur d’un coffret spécial ou, bien entendu, largement perforé pour laissersortir le son. Le trimmer qui se trouve sur le circuit (R14, figure 1) permet de réglerla gamme de fréquences de la sirène.

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Ses bornes doivent être reliées auxemplacements du circuit marqués“SIRENE”, sans tenir compte d’aucunepolarité.

La source d’énergie de notre sirènepeut être une simple pile de 12 voltsou une alimentation capable de fournirentre 12 et 15 volts en continu ainsiqu’un courant de 50 mA montée surune batterie-tampon.

Une fois le montage terminé, essayezde le mettre sous tension et vérifiezque le transducteur émette le son.

A l’aide du trimmer, vous pouvez réglerà souhait le champ de fréquence, en

choisissant les notes qui vous sem-blent les mieux adaptées, les pluspuissantes et les plus assourdis-santes.

Pour la précision, sachez que si voustournez le curseur dans le sens desaiguilles d’une montre, la fréquencede dépar t augmente et les notesdeviennent plus aiguës, tandis quedans le sens inverse, la fréquence debase se réduit et le son devient plusgrave.

Telle qu’elle vous est présentée, lasirène peut travailler avec un systèmequi lui fournisse une tension en casd’alarme. Elle a donc besoin d’uncontact normalement ouvert, placé ensérie dans la ligne du positif +12 V, quise fermera lorsque l’avertisseur acous-tique devra se déclencher.

Il est toutefois possible de rendrenotre circuit complètement indépen-

dant, en faisant démarrer l’aver tis-sement acoustique après l’interrup-tion de la ligne +12 V (voir figure 10).Pour cela, il suffit de relier une pilede 12 volts (une de 500 mA/h suffit),en ajoutant les deux transistors et lesrésistances correspondantes, puis dedétacher le point “B” du transforma-teur de la masse et de le relier au col-lecteur du BD139 sur le point égale-ment nommé “B”.

De cette manière, la sirène est éteintelorsqu’elle reçoit les 12 volts (il vautmieux lui en donner 13, de façon à biencharger la pile) et l’accumulateur BATTest maintenu en charge.

En interrompant le positif, le BC557est alimenté et sature le BD139, dontle collecteur connecte la broche com-mune “B” de l’autotransformateur à lamasse, permettant ainsi au transduc-teur piézoélectrique de fonctionner.

F. D

Figure 10 : La sirène et la fonction auto-alimentation.

Figure 9 : Les dimensions, particulièrement réduites, du circuit électronique etdu transducteur permettent d’installer l’ensemble dans un boîtier de faiblesdimensions (longueur 13, largeur 10, profondeur 4 cm).

Coût de la réalisation*

Tous les composants visibles sur lafigure 3 pour réaliser cette minisirène à note modulée SI.350, ycompris le circuit imprimé percé etsérigraphié, le transducteur piézo-électrique et le boîtier : 220 F. Le cir-cuit imprimé seul : 25 F.

* Les coûts sont indicatifs et n’ont pour butque de donner une échelle de valeur au lec-teur. La revue ne fournit ni circuit ni compo-sant. Voir les publicités des annonceurs.

En interposant ce simple circuit entrela sortie normalement fermée (NF) del’antivol (qui amène les 12 volts à lasirène) on fait en sorte que, si l’ali-

mentation venait à être interrompue(antivol déclenché ou fils coupés), lasirène émettra quand même le signald’alarme.

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