Sommaire | Services Pro | Musiques | Publications | Connectique | Electronique | Logiciels | Divers | Contacts | Liens | Glossaire | Historique

Electronique > Réalisations > Jeux de lumières > Gradateur de lumière 011

Dernière mise à jour : 05/03/2023

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 en mode manuel ou 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 à des cavaliers ou 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 pour un réveil en douceur. 

Deux versions sont proposées :

- schéma 011 : version avec modes manuel et automatique ; résolution 78 pas
- schéma 011a : version sans le mode automatique ; résolution 110 pas

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.

     

Schéma 011

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 avant de 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, impulsions qui sont directement transmises à l'entrée GP2 du PIC (lien dans le schéma assuré via les flèches dénommées 100Hz). Ce procédé très simple souffre 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. Le nombre de pas de variation est de 78 (10 ms / 128 us).

   

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 déclenché 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 durée de 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 reliée 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 reliée au +5 V, la durée max d'allumage ou d'extinction est de 1 heure et 8 minutes, soit quatre fois plus grande :

• TS/GP3 = 0 : durée allumage ou extinction comprise entre 1 seconde et 17 minutes
• TS/GP3 = 1 : durée allumage ou extinction comprise entre 1 seconde et 1 heure et 8 minutes

Important : la broche GP3 (TS = TimeScale) doit impérativement être raccordée à la masse ou au +5 V, ne pas la laisser "en l'air".

   

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 gachette du triac est brêve, de quelques dizaines de microsecondes. 

Remarques : 

• Aucun filtre n'a été prévu ici pour réduire le parasitage dû à la découpe de l'onde secteur. Il convient d'en ajouter un (filtre constitué d'une bobine et d'un condensateur, exemple) pour limiter les éventuelles gênes dans le voisinage.
• 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. Pour cette version, j'ai fait le choix ici d'une plus grande sécurité d'emploi.

   

Schéma 011a

Dans cette version 011a, les modes d'allumage et d'extinction automatique ont été supprimés, seul subsiste le mode manuel. Les broches GP4 et GP5 ont été libérées pour y connecter un quartz de 16 MHz, la cadence du logiciel s'en trouve accrue dans un rapport de 4 (par rapport à la version 011 qui utilise l'oscillateur interne de 4 MHz).

   

   

L'augmentation de la fréquence d'horloge permet ici d'augmenter le nombre de pas entre deux détections de passage par zéro et de fluidifier davantage les transitions lors du réglage du potentiomètre RV1. Le nombre de pas est ici de 110, mais 100 suffisent dans la réalité, car dans les très hauts niveaux de luminosité, on ne voit pas de différence.

Remarque : une autre solution aurait consisté à conserver le mode automatique en employant un microcontrôleur possédant plus de broches ou doté d'un oscillateur interne de fréquence plus élevée.

En toute franchise, il n'y a pas une grande différence de rendu visuel entre les versions 011a (110 pas) et 011-new (78 pas). Par contre, si on compare ces deux versions récentes avec la version 011-old (10 pas), la différence est flagrante !

   

Prototype(s)

-

Mon prototype (schéma 011)

Réalisé selon l'implantation des composants proposée plus loin.

   
  

   

Le prototype n'a pas fonctionné du premier coup, j'avais oublié la piste d'alimentation positive du PIC (erreur de libellés VDD et +5V). Après ajout de 5 mm de fil de cuivre au bon endroit, tout est rentré dans l'ordre. L'implantation proposée plus loin est bien entendu mise à jour.

A noter que lors des tests, je n'avais pas encore reçu le transformateur d'alimentation 9 V et que pour cette raison je l'ai remplacé temporairement par un transformateur d'alimentation délivrant au secondaire une tension de 6 V. Le léger décalage de retard de phase que cela entraîne ne provoque pas de défaut visible.

   

Prototype de François (schéma 011)

Réalisé en simple face, pour utilisation avec un rétro-projecteur de 250 W.

   

 

   

Commentaire de François (11/02/2023, commentaire lié à la version 011-old de 2009) : Ca marche, mais j'ai quelques questions. 1- avec le potentiomètre à zero, normal, il est éteint, ensuite il s'allume et entame une course, tout cela est normal, mais lorsque que j'arrive en bout de course il s'éteint à nouveau, et ça, je trouve ça bizarre. même si ce n'est pas trop grave (j'ai ajouté une résistance talon sur le potentiomètre et le problème a disparu). 2- au niveau de la courbe, les paliers sont très visibles et ça c'est dommage un peu, je trouve, il y a t'il un moyen à votre avis (genre un condo) pour pallier au problème :) ?

Tout d'abord, merci pour la photo et les retours. Le point 1 a été corrigé dans la version logicielle du 12/02/2023 (et dans les versions suivantes). Pour le point 2, il faut savoir qu'une meilleur fluidité ne peut pas être obtenue par le simple ajout d'un condensateur ;). Les nouvelles versions 011-new et 011a permettent une amélioration très nette par modification du logiciel du PIC (78 pas de réglage pour la version 011-new, 110 pas de réglage pour la version 011a - au lieu de 10 pas seulement pour la version 011-old de 2009).

   

Logiciels du PIC

Disponibles dans les archives dont les liens suivent.

Gradateur lumière 011 (new) - 12F675 (19/02/2023) - sans code source, fichier compilé seul
Gradateur lumière 011a - 12F675 (19/02/2023) - sans code source, fichier compilé seul
Gradateur lumière 011 (old) - 12F675 (12/02/2023) - avec code source de la version d'origine de 2009 modifiée 12/02/2023

Si vous souhaitez recevoir par la poste un PIC préprogrammé et prêt à utiliser, merci de consulter la page PIC - Sources.

   

Circuits imprimés (PCB)

Réalisés en double face - compatibles simple face par ajout de deux straps.

   

Version 011 (011-old ou 011-new)

Sans quartz, utilisation de l'oscillateur interne 4 MHz du PIC.
   

   

PCB au format PDF - 05/03/2023 

   

Version 011a

Avec quartz externe 16 MHz, mode automatique supprimé.
    

   
PCB au format PDF - 05/03/2023

   

Historique

05/03/2023
- Ajout photos prototype.
- Correction erreur PCB (oubli alimentation +5V du PIC).

19/02/2023
- Schéma 011 : amélioration de la courbe de variation, qui comporte désormais 78 pas de réglage (résolution 128 us) au lieu de 10 pas de réglage (résolution 1 ms).
- Ajout schéma 011a : résolution supérieure (110 pas de réglage), mais suppression du mode automatique.
- Ajout dessins de circuit imprimé (PCB) pour les deux versions 011 et 011a.

12/02/2023
- Correction bug logiciel PIC "extinction lampe en bout de course du potentiomètre de réglage", dans le mode manuel. Merci à François qui a réalisé ce circuit et m'a signalé le problème.

10/01/2009
- Première mise à disposition.