Electronique : Les Monostables

 

Electronique : Les Monostables

Il n'est pas nécessaire de disposer d'un microcontrôleur pour réaliser des temporisations. Différents moyens existent pour arriver à cette fin :

• NE555
• circuits monostables :
• TTL : 74121, 74123
• CMOS : CD4047, CD4098, etc.
• circuits purement analogiques

Mais il existe aussi une possibilité assez méconnue : le monostable DIY réalisé à l'aide de portes logiques, NOR ou NAND.

1. Circuit monostable DIY

Sur ce schéma deux monostables sont représentés :

• un monostable déclenchant sur front montant
• un monostable déclenchant sur front descendant

1.1 Généralités

La sortie d'une porte NOR (NON-OU) est à UN tant que ses deux entrées sont à ZERO. Elle bascule à ZÉRO si une des deux entrées passe à UN, ou les deux :

Entrée 1	Entrée 2	Sortie
0	0	1
0	1	0
1	0	0
1	1	0

La sortie d'une porte NAND (NON-ET) est à UN tant que l'une de ses deux entrées est à ZERO. Elle bascule à ZÉRO si ses deux entrées passent à UN :

Entrée 1	Entrée 2	Sortie
0	0	1
0	1	1
1	0	1
1	1	0

1.2. Monostable déclenchant sur front montant 

Le premier monostable, bâti à l'aide de deux portes NOR, produit une impulsion de niveau HAUT de longueur fixe lorsqu'un front montant est détecté sur l'entrée.

Au repos, la sortie est à ZÉRO, grâce à la résistance R1. Un front montant fait basculer la sortie de U1A à ZÉRO et charge le condensateur C1 jusqu'à atteindre environ 40% de la tension d'alimentation. Pendant ce temps, l'entrée de U1B est à ZERO, sa sortie à UN. Lorsque le condensateur est suffisamment chargé la sortie de U1B re-bascule à ZÉRO.

1.3. Monostable déclenchant sur front descendant

Le deuxième monostable, bâti à l'aide de deux portes NAND (NON-ET), produit une impulsion de niveau BAS de longueur fixe lorsqu'un front descendant est détecté sur l'entrée.

Au repos, la sortie est à UN, grâce à la résistance R2. Un front descendant fait basculer la sortie de U2A à UN et charge le condensateur C1 jusqu'à atteindre environ 60% de la tension d'alimentation. Pendant ce temps, l'entrée de U2B est à UN, sa sortie à ZERO. Lorsque le condensateur est suffisamment chargé la sortie de U2B re-bascule à UN.

1.4. Implémentation

Ces circuits sont implémentés à base de portes logiques NOR et NAND CMOS, dont les avantages sont multiples :

• large plage d'alimentation : 3V à 15V
• consommation extrêmement faible : < 1µA

La valeur de la temporisation obtenue dépend des valeurs des couples condensateur / résistance, ainsi que des niveaux de commutation des portes logiques :

T = RC / 2

Avec les valeurs utilisées, 100µF et 100KΩ, la temporisation sera donc de 5 secondes.

Ces monostables ne sont pas redéclenchables, c'est à dire que si un nouveau front est détecté alors que la sortie est active, la longueur de la temporisation ne sera pas modifiée.

Pourquoi avoir choisi de réaliser ces temporisations sans avoir recours à des composants monostables spécialisés, alors que l'écart de prix est faible ? Un boîtier CD4001 ou CD4011 comporte 4 portes. Nous allons pouvoir utiliser les deux portes restantes pour un autre usage, par exemple inverser l'entrée ou la sortie :

Ces deux montages sont équivalents. Ils permettent d'inverser la logique sur l'entrée ou la sortie d'un monostable.

2. Application pratique

Voyons maintenant une application pratique : la commande d'une électrovanne motorisée :

Cette vanne 230V à trois fils est à raccorder comme suit :

• un fil de neutre
• un fil d'ouverture
• un fil de fermeture

Il existe des modèles 12V ou 24V. La puissance nécessaire pour la commande est de 6W.

Le temps d'ouverture est de 15 secondes. L'électrovanne possède des capteurs de fin de course, ce qui fait que si la commande dure plus longtemps, il n'y a aucun risque de l'endommager.

Important : si le temps pendant lequel la commende d'ouverture est appliquée est trop court, elle ne pourra pas être commandée dans l'autre sens. Il faut donc impérativement que le temps de commande soit supérieur à 15 secondes.

Imaginons que nous ayons une cuve d'eau à remplir. L'eau provient de la toiture, par simple gravité. Un capteur de niveau est présent en haut de la cuve :

Il s'agit d'un capteur à contact sous ampoule (ILS), très fiable. Le capteur est ouvert au repos et fermé si la cuve est pleine. Si la cuve est pleine, il faut impérativement couper l'arrivée d'eau, afin d'éviter une inondation.

Sur ce schéma nous trouvons deux monostables, commandés tous deux par le capteur de niveau SW1 :

• celui du haut permet d'ouvrir la vanne lorsque le capteur est ouvert
• celui du bas permet de fermer la vanne lorsque le capteur est fermé

Le signal de sortie du monostable du bas est inversé en sortie afin de pouvoir commander le relais K2. On aurait pu tout aussi bien utiliser un transistor PNP à la place du transistor NPN Q2, en obtenant le même fonctionnement, sans inverser le signal.

A la mise sous tension, si le capteur est ouvert, la vanne s'ouvre, si le capteur est fermé, la vanne se ferme.

L'avantage d'un tel montage, outre sa simplicité et son faible coût, est d'être très tolérant par rapport à sa tension d'alimentation : 3V à 15V. On peut très bien l'équiper de relais 12V ou 5V, suivant ce que l'on peut trouver dans ses fonds de tiroir. Il faudra simplement choisir l'alimentation adéquate.

Ici, deux relais 5V sont utilisés, avec chacun leur transistor de commande et leur diode de roue libre. Deux varistances 275V permettent d'absorber la surtension générée par le moteur de la vanne lors de la coupure.

Une alimentation 5V 3W complète le tout. Une Hi-link HLK-PM01 conviendra parfaitement, ou un bloc secteur 5V / 500mA. Si la vanne est un modèle 12V, une alimentation 12V pourra fournir la puissance nécessaire à l'ensemble, mais il faudra choisir une alimentation un peu plus puissante : environ 10W.

3. Téléchargements

Pour télécharger le projet : https://bitbucket.org/henri_bachetti/rainwater-tank

Cette page vous donne toutes les informations nécessaires :

https://riton-duino.blogspot.com/p/migration-sous-bitbucket.html

Le projet se trouve dans le sous répertoire valve-control.

4. conclusion

Ce petit projet en logique câblée permet de se rendre compte que l'informatique et les microcontrôleurs ne sont pas la seule voie possible lorsque l'on désire réaliser des montages simples.

Cordialement

Henri