AO-40

  Version n°1: Radio

de ON4LDZ

Mise en garde !
Il est évident qu'un orage n'est pas un spectacle offert gratuitement par l'office du tourisme !!!
Les dommages occasionnés lors d'une telle activité sont nombreux et sont très souvent accompagnés de blessures, voire de mort lors de leur passage.
Il est dès lors utile de vous protéger un maximum, de suivre les règles de sécurité en vigueur lors de tels événements afin d'assurer votre sécurité.
Le montage tel que présenté ici n'attire pas la foudre. Il s'agit d'un simple récepteur AM muni de quelques dispositifs auxiliaires permettant d'assurer son fonctionnement.
Toutefois, il va de soi que je décline toutes responsabilités quant à d'éventuels dégâts matériels et/ou corporels qui pourraient être occasionnés lors de l'utilisation de ce montage durant des activités orageuses. La prudence étant toujours de mise lors de n'importe quel orage, il ne tient qu'à vous d'utiliser ce matériel en vous  munissant de toutes les précautions nécessaires.
L'adjonction d'une antenne extérieure permet une amélioration de la sensibilité du détecteur, mais vous êtes seul responsable de l'utilisation que vous en ferez (effet paratonnerre).

Pourquoi un détecteur d'orage ?
J'ai toujours été fasciné par les orages, par l'énergie immense et incontrôlable dégagée par ceux-ci.
Puisque ces phénomènes météorologiques sont incontrôlables et bien souvent imprévisibles, il me fallait un système qui m'avertirait de l'approche afin de pouvoir prendre les mesures nécessaires qui s'imposent au niveau de ma station radioamateur, c'est à dire, démontage d'antennes, déconnexion des coax d'antennes, prises électriques des différents appareils ménagers (TV, chaîne HI-FI, radio), etc.
De plus, au cours de mes vacances en France (Ardèche) j'ai eu l'occasion de faire de magnifiques photos d'éclairs.
Je me suis dès lors mis en quête d'un dispositif qui pouvait allier une alarme d'approche et le déclenchement d'un appareil digital performant.

Les recherches
J'ai fait de nombreuses recherches, aussi bien dans des magazines spécialisés que sur internet traitant tant de météorologie que d'électronique.
Tout ce qui a été proposé ne me convenait pas vraiment, il y avait toujours l'une ou l'autre chose qui manquait.
Bien sur, certains fabricants proposent du matériel hyper sophistiqué, avec localisation sur une carte munie d'un PC, de dispositifs portables, mais ceux-ci sont assez sommaires et chers de surcroît.
Voici ce qui est le plus souvent proposé sur le net quant aux détecteurs d'orages.

Par les fabricants

http://www.boltek.com/

http://www.strikealert.com/ProductInfo.htm
http://www.sky-scan.com/
http://www.lightningdetector.com/
http://www.lightningtrigger.com/

Par les particuliers
http://www.techlib.com/electronics/lightning.html
http://www.designnotes.com/CIRCUITS/lightning.htm
http://www.solorb.com/elect/lightning/
http://www.astro.uni-bonn.de/~kbagschi/blitze.shtml

Un particulier exotique

http://www.matchrockets.com/earth/lightning.html

Où commencer et quelle technologie utiliser ?
Deux approches différentes me sont tout de suite apparues.
Soit une détection lumineuse, où une détection de la lumière est mise en œuvre, soit une détection par la voie des ondes.
Cette dernière procure un avantage certain. Effectivement, la réception en radio procure l'avantage de permettre une détection à plusieurs dizaines de kilomètres, voire centaines de kilomètres depuis le lieu d'origine de la détection.
Par expérience, avec le montage proposé ici, un tel détecteur n'est plus valable pour l'enclenchement de l'obturateur d'un appareil photo si on se trouve à moins de 5 kilomètres de l'orage.
Ce dernier est totalement affolé et ne peut plus servir qu'a compter les éclairs et écouter l'activité orageuse directe. Dans un tel cas, seul un détecteur lumineux est utile pour l'asservissement d'un appareil photographique.
De plus, hormis le fait d'être prévenu de l'approche d'un orage, il est intéressant, pour réaliser de belles photos, de se placer à proximité du développement orageux, à savoir entre 5 et 20 kilomètres.

Quelle fréquence utiliser ?
Après avoir parcouru plusieurs sites traitant des phénomènes atmosphériques, j'ai choisi comme beaucoup d'autres auteurs, une fréquence dans le VLF.
La fréquence de fonctionnement de ce montage est située aux alentours de 300 KHz.
Il est possible, si le cœur vous en dit, de faire un tour dans les 0.1 à 20 KHz, car, là, l'activité orageuse au niveau du globe terrestre est également détectable, mais ceci ne cadre pas avec le projet envisagé.
Je vous laisse apprécier ces sites qui vous permettront de vous faire une idée de ce qui est possible d'écouter en VLF et EVLF.
http://www.spaceweathersounds.com/sndbites.htm
http://www.auroralchorus.com
http://users.qnet.com/~vlfradio/
http://image.gsfc.nasa.gov/poetry/sounds/sounds.html
http://spaceweather.com/glossary/inspire.html
http://library.thinkquest.org/2784/?tqskip1=1
http://science.netfold.com
http://www.amasci.com/amateur/bbb4b.html
http://www.stormwise.com/vlf.htm
http://www.qsl.net/dl4yhf/speclab/vlf_rcvr.htm

Le schéma
Le montage présenté a été réalisé sur une période de 3 mois et la version qui vous est proposée est la version 0.2 et est fonctionnelle à 100%.
Seules de mauvaises manipulations ou modifications de votre part peuvent entraîner son dysfonctionnement.
Je me réserve le droit d'apporter des modifications, soit personnelles soit venant de tiers, après vérifications et approbation de celles-ci.
Je me suis basé sur les travaux d'un étudiant ayant réalisé un détecteur d'orage, mais malheureusement, ses schémas n'étant pas exploitables tel quel, j'ai dû revoir et corriger en profondeur son concept à l'aide des datasheets des constructeurs et y apporter ma touche personnelle  pour arriver au résultat escompté.

Description du schéma bloc 

Le projet est constitué de plusieurs parties distinctes et ceci afin de mieux comprendre son fonctionnement.
Je vous suggère, pour une meilleure compréhension, d'imprimer le schéma bloc et de suivre les explications au fur et à mesure.
Schéma bloc

  L'antenne
L'antenne constitue l'élément où seront captés les décharges électrostatiques occasionnés par les éclairs.
Celle-ci sera réalisée par un noyau de ferrite d'une valeur de 730uH.
L'adjonction d'un brin externe permettra d'augmenter la sensibilité de la radio.
La longueur de cet ajout n'a que peu d'importance, mais en règle générale, plus elle est longue, plus la sensibilité sera accrue.
  Le détecteur AM
Le détecteur AM est la clé de ce détecteur d'orage.
Il s'agit en fait d'une radio AM calée sur la fréquence de +/- 300 KHz.
Cette radio est constituée d'un mono chip LA1800 qui n'est autre qu'une radio AM/FM, dont la partie FM ainsi que son amplificateur audio sont inutilisés.
Pour information, j'ai dans un premier temps (0.1) essayé d'utiliser l'ampli interne ce de chip, mais les signaux de sortie étaient constamment saturés, donc inutilisables.
 
  L'amplificateur audio
Puisque l'amplificateur audio du LA1800 ne convenait pas pour obtenir un signal non saturé et dynamique, j'ai choisi d'utiliser un amplificateur classique, un LM386  demandant peu de composants externes, et capable d'alimenter un petit haut-parleur de 8 Ohms.
Avec cet haut-parleur on peut se faire une idée de l'activité orageuse et constater qu'il y a beaucoup plus de décharges lors d'orage qu'il n'y paraît.
Devant l'amplificateur se trouve un switch qui permet de désactiver le haut-parleur et de basculer la sortie de l'amplificateur sur une résistance fictive de même valeur afin de garantir les mêmes valeurs électriques au reste du montage.
Ce switch permet également un fonctionnement silencieux du détecteur lors d'une utilisation comme alarme.
 
  Le haut-parleur
Le haut-parleur permet d'entendre les craquements créés lors d'un éclair.
Celui-ci sera d'une impédance de 8 Ohms. Peu importe son diamètre et sa puissance.
J'ai utilisé pour mon montage, un mini haut-parleur d'un diamètre de 35mm et d'une puissance de 0,5 Watt.
 
Mise en forme
La détection ne se fait pas au niveau d'un signal HF (radio) mais plutôt au niveau audio.
Il est possible d'entendre une radio locale avec le détecteur, mais sa modulation sera d'un niveau très bas. Lors d'un éclair le craquement perçu par la radio sera d'une telle ampleur qu'il sera dès lors possible de traiter ce signal et d'en détecter son importance.
Mais avant de pouvoir faire un quelconque traitement, il s'impose de le redresser en mono alternance, de le filtrer et de lui laisser une certaine rémanence pour qu'il puisse être visible sur l'indicateur de niveau. (voir plus bas)
 
Ajustement du niveau
Grâce à un potentiomètre, il est possible d'ajuster le niveau de déclenchement du montage.
Suivant la situation géographique, tantôt il sera placé au minimum (champ, forêt) tantôt en position médium (surveillance de l'approche d'un orage) ou encore au maximum (centre d'un orage).
Le réglage permet également d'éviter la détection des parasites générés par les électroménagers (TL, interrupteur de luminaire).
 
Le comparateur
Le comparateur effectue la comparaison entre le signal venant du détecteur AM et la consigne préalablement réglée suivant le niveau de sensibilité souhaité. Celui ci est réalisé avec un LM358.
C'est lui qui donnera l'ordre d'activer la temporisation et de marquer la mémoire.
 
Indicateur de niveaux
L'indicateur de niveau joue un double rôle. Grâce au switch placé devant lui, soit il permet de visualiser l'intensité de l'éclair et donc la distance, soit il permettra d'ajuster le niveau d'enclenchement du comparateur.
L'indicateur est constitué de 10 DEL's de couleurs différentes qui sont pilotées par un LM3914 classique.
La valeur minimum de fenêtre n'est pas réglable, mais sa valeur maximum l'est par un potentiomètre interne permettant de donner une valeur maximum de la sensibilité.
La visualisation est soit réalisée en bar ou dot point.
 
Mémoire et temporisation
Une mémoire réalisée à l'aide de deux portes NAND d'un CD4093, a été placée entre le comparateur et la temporisation afin d'éviter qu'un signal trop bref ne soit perçu par la temporisation.
La temporisation est assurée par un NE555 qui permet l'activation de l'indicateur d'éclair, du buzzer et surtout de l'obturateur d'une durée suffisante. La valeur choisie est de 1/3 de seconde.
 
Le buzzer
Le buzzer permet lors d'une utilisation en mode surveillance (24/24) de faire retentir un BIP lors d'une détection.
Un switch permet de désactiver le buzzer afin d'apprécier dans un espace silencieux soit les craquements dans le haut-parleur, soit les tonalités naturelles des grondements.
De plus, cela permet d'éviter les commentaires de madame ;-)
 
Indicateur d'éclair
L'indicateur d'éclair est réalisé à l'aide d'une DEL blanche (du luxe) dont la tension d'alimentation est très élevée.
Elle procure une intensité très forte.
 
Isolation galvanique
Afin d'éviter un quelconque endommagement de l'appareil photo ou tout autre interface connectée au détecteur, cette isolation galvanique procure une isolation à raison de 4.000 Volts.
Cette isolation est réalisée à l'aide d'un classique CNY17, un relais mécanique prendrait plus de temps, ne cadrant pas avec les sujets fugitifs comme les éclairs.
La connexion à l'appareil photo ne pose aucun problème, car en général il s'agit de tirer à la masse la connexion de la commande de l'obturateur.
 
Sortie vers externe
La sortie de l'opto coupleur est disponible sur un petit JACK 3.5 stéréo, dont seuls la masse et son centre y sont connectés.
On pourra y commander un appareil photo, ou un enregistreur d'événements sur une ligne de temps, afin d'apprécier la période de l'activité orageuse.

 
Alimentation générale
L'alimentation générale du circuit est de 9V nominal. Celle-ci est donc réalisable avec une petite pile de 9V.
Sur ma version, j'y ai disposé un connecteur d'alimentation externe, qui désactive la pile interne et permet donc un fonctionnement continu.
J'ai poussé la tension d'alimentation à 12V durant 24H puisqu'il est plus difficile de trouver un adaptateur secteur de 9V au lieu de 12V.
Une DEL bleue (du luxe) alimentée très faiblement indique la mise sous tension du détecteur.
 
Alimentation 5V
Réalisé à l'aide d'un 78L05 en boîtier TO-92, ce circuit alimente quelque composant, soit afin d'être alimenté correctement, soit afin d'éviter une fluctuation trop importante des caractéristiques de fonctionnement de certaines parties du schéma lors de l'affaiblissement de la batterie interne de 9V.
 
Alimentation 3V
Réalisé à l'aide d'un LM317L en boîtier TO-92, cette alimentation est uniquement utilisée pour l'alimentation du mono chip LA1800.


Résumé des caractéristiques du détecteur 
- Antenne sensible -> détection à 200 km.
- Antenne externe possible.
- Ajustement externe de la fréquence de réception.
- Haut parleur puissant et déconnectable.
- Ajustement de la sensibilité du trigger.
- Indicateur multi couleurs en bar ou dot du réglage de la sensibilité et de la force des éclairs (distance)
- Durée de l'impulsion de déclenchement de 1/3s. (Possibilité d'ajuster en modifiant un composant)
- Buzzer d'avertissement en mode d'alarme déconnectable.
- DEL blanche d'activité d'éclairs.
- Isolation galvanique de 9.000V.
- Connexion externe universelle. (collecteur ouvert)
- DEL bleue de contrôle de mise sous tension.
- Alimenté par une pile de 9V (+/- 72 heures de fonctionnement)
- Plaquette du circuit compact (65x100)
- Disponibilité des composants
- Portable et léger (+/- 200 gr sans boîtier)

Les points faibles 
- Enclenchement sporadique dû aux électroménagers proches.
- Enclenchement sporadique lors du basculement du sélecteur ajustement/lecture.
- Enclenchement sporadique lors de la mise sous tension.
- Inefficace pour l'asservissement d'un appareil photo lorsqu'on se trouve au centre de la perturbation orageuse.

Description du schéma électronique 
Je vous suggère, comme pour le schéma bloc, d'imprimer le schéma électronique et de suivre les explications au fur et à mesure.
Schéma électronique


Le récepteur AM
Le récepteur AM est organisé à l'entour d'un mono chip LA1800 (IC3). Je n'ai rien modifié par rapport aux spécifications du constructeur, la partie FM n'est pas mise à contribution pour ce genre d'application.
L'antenne est réalisée sur une ferrite d'une longueur de 45mm et d'un diamètre de 9mm, dont j'ai bobiné, à l'aide de fils émaillés de 2/10, 125 tours de spires jointives, ce qui après mesure sur un RLC mètre, donne une valeur de 730mH et un facteur Q de 1.5.
Afin de régler la radio sur la fréquence de 300KHz, une capacité fixe de 330pF(C6) et une variable de 100pf (CV1) sont placées en parallèle avec la self (L1).
Ceci permet d'obtenir un fréquence variant de 285KHz à 325KHz si, lors de l'utilisation du détecteur, une radio locale gênerait l'écoute.
Il est possible, à travers C1 d'adjoindre une antenne aux bornes du connecteur ANT1. Cette antenne peut prendre la forme d'un simple fouet de 1M à 1M50, ou encore un long fil. La connexion est effectuée par un modèle standard, à savoir un connecteur de type BNC.
En général, l'adjonction d'une antenne extérieure n'est pas utile pour une détection à moins de 150KM.
Les autres composants (C2,C3,C4,C8,C10,C11,C12,C13,R5) font partie des composants utilisés par le LA1800 pour la section AM.
L'alimentation de cette partie est de 3V provenant du LM317L (IC2).

L'amplificateur BF
L'amplificateur BF est réalisé grâce à un classique LM386(IC7). Son câblage procure une amplification de 20.
La capacité de 100nF(C14) assure l'élimination sur le signal venant du LA1800 de la composante DC.
Les résistances de 82K(R8) et 18K(R10) constituent un atténuateur du signal venant du LA1800 afin d'obtenir un niveau audio satisfaisant sans pour autant être trop fort afin de ne pas gêner le voisinage.
Les composants C19, C22 & R12 sont utilisés pour l'amplification de 20 par le LM386(IC7).
Le signal BF utile se trouve à la borne négative de C22. Celui-ci est dévié vers le circuit de mise en forme (voir ci-après), et passe également dans le switch (SW1) qui permettra, selon l'utilisation, de soit activer le haut-parleur afin d'entendre les craquements des éclairs, soit de rendre silencieux le détecteur en aiguillant le signal vers la résistance de charge de 8Ohms (R17).
L'alimentation est directe, à savoir 9V dans le cas d'une pile et maximum 12V.

Mise en forme
Le circuit de mise en forme effectue d'abord un redressement continu du signal provenant de l'amplificateur audio grâce à une diode 1N4148 (D1). Toute la partie négative est donc ignorée.
Ensuite, ce signal redressé voit sa composante continue éliminée par le biais de la capacité de 47uF (C9).
La résistance de 470K (R4) et la capacité de 1nF (C7) constituent une mémoire de rémanence du signal. La valeur T est fixée à 500nS, ce qui permet une lecture plus agréable sur l'indicateur à DEL's pour des signaux très brefs tels qu'émis par les éclairs.
Le signal est ensuite appliqué au switch SW4 et également via la résistance de 1K (R6) sur l'entrée négative du comparateur LM358 (IC4A).

Indicateur à DEL's
L'indicateur à DEL's fonctionne à l'aide d'un LM3914 (IC1).
Les 10 DEL's (LED 1 à LED10) peuvent être soit en mode bar au dot suivant la connexion de JMP1. Dans le cas présenté sur le schéma, le mode bar est activé.
L'intensité circulant dans les DEL's est déterminée par la résistance de 820Ohms (R3), à savoir 12.5/820 = 15mA.
Cette intensité peut s'avérée élevée lors du réglage du trigger d'enclenchement (
sens), mais assez forte pour la visualisation des signaux AM (signal).
Le signal entre par la broche 5, et c'est via le switch SW4, que l'on pourra soit sélectionner le signal AM (
signal), soit le niveau de réglage du trigger (sens).
A la broche 6 se retrouve la tension de butée (
level) maximum de la 10éme DEL's. Ce signal provient du tampon LM358 (IC4B), et sera réglé en général après expérimentation sur le terrain dans les alentour de 2V.
NB: Plus cette tension sera élevée (
level), plus les signaux AM devront être puissant pour illuminer la totalité des DEL's.
L'alimentation du LM3914 est directement connectée à la source d'alimentation du détecteur (9V en cas d'une pile) et peut monter jusque 15V maximum.

Niveau de sensibilité
Le niveau de la sensibilité, ou encore le niveau de déclenchement du trigger est réglé à l'aide de deux potentiomètres.
L'un prend la forme d'un TRIMPOT d'une valeur de 50K (P2), qui alimenté par les 5V du 78L05 (IC8), alimentera à son tour le tampon constitué par le LM358 (IC4B).
Ce TRIM permet une fois pour toute le réglage du maximum que pourra prendre le signal AM (
signal), et donc également la butée maximum du réglage de sensibilité (sens).
Personnellement, j'ai opté après plusieurs essais et orages, pour un tension de 2V à la sortie du tampon (pin7
level).
L'autre réglage est un potentiomètre de 47K (P1) accessible par l'utilisateur. Le curseur de ce potentiomètre donne donc le niveau de tension (
sens) auquel le signal AM (signal) devra être supérieur afin d'enclencher au travers de la résistance de 1K (R14) le trigger formé par le LM358 (IC4A). Cette tension sera donc comprise entre la tension level et 0.
Cette tension est également présent sur le switch SW4 afin de visualiser au besoin le niveau de son réglage (sensibilité).
La résistance de 2.2K (R19) assure un niveau minimum de tension (
sens) afin d'éviter l'enclenchement du trigger en permanence.

Comparateur ou trigger
Le comparateur est la partie A du LM358 (IC4A).
On retrouve sur la pinne 2 négative le signal AM de la radio (
signal), et sur la pinne 3 positive le signal de consigne (sens) déterminé par P1.
Lorsque le signal AM (
signal) est supérieur au signal de consigne (sens), la tension de sortie du comparateur (pin1) passe à 0 volt.
Tant qu'aucun signal AM n'est susceptible d'enclencher le trigger, état de repos du détecteurs, la sortie (pin1) est donc toujours de 9V (tension d'alimentation).
L'alimentation du LM358 (IC4) est directement connecté à la source d'alimentation du détecteur, celle-ci peut avoir une tension maximum de 32V.

Mémoire
La mémoire permet de retenir le passage à 0V du comparateur (trigger).
Effectivement, après expérimentation, de brefs signaux ne sont pas toujours pris en compte par le timer NE555 (IC5), c'est pourquoi j'ai placé cette mémoire entre le comparateur (IC4A) et le timer (IC5).
Cette mémoire est construite alentour de deux porte NAND du 4093 (IC6A&B).
Tant que l'entrée à la pinne 1 est haute, la sortie de la mémoire (pinne 4) reste à l'état bas. Dès qu'un état bas apparaît sur l'entrée de la mémoire, la sortie de celle-ci passe à l'état haut et enclenche le trigger du NE555 (IC5).
La remise à zéro de la mémoire est assuré par un signal bas à la pinne 6 (IC6B) ayant été inversé par l'inverseur constitué par la partie C du CD4093 (IC6C).
Au repos, on retrouve donc un état haut à l'entrée de la mémoire (pin1) ainsi qu'a l'entrée de remise à zéro (pin6), et un niveau bas à la sortie de cette mémoire (pin 4).

Le timer
Lorsqu'un signal AM est détecté, la mémoire fourni un niveau haut au timer (pinne 2) constitué par un classique NE555 (IC5).
Le temps choisi pour la temporisation est de l'ordre de 300ms (0.3s) et déterminé par la résistance de 270K (R7) et la capacité de 1uF (C16).
Le signal provenant de la mémoire enclenche immédiatement le timer (câblé en monostable) et sa sortie (pinne 3) active plusieurs partie du circuit, à savoir;
- La remise à zéro de la mémoire par le biais de l'inverseur constitué par la partie C du CD4093 (IC6C).
- L'activation du Buzzer par l'entremise du transistor T1.
- L'activation de l'opto coupleur par le biais du transistor T2.
- L'activation de la DEL blanche (LED12) via le tampon inverseur de la partie D du CD4093 (IC6D).
L'alimentation du NE555 est directement connecté à l'alimentation du détecteur et peut être alimenté jusque 35V.

Signalisation d'activité
La signalisation de l'activité orageuse est réalisée à l'aide d'une DEL blanche (LED 12).
Dès que le timer s'active, donc la sortie (pinne 3) du NE555 (IC5) passe au niveau haut, ce signal est inversé par le tampon de la partie D du CD4093 (IC6D), si bien qu'en sortie, cet état, tire à la masse, via la résistance de limitation de 330Ohms (R15), la cathode de la DEL blanche (LED12).
La tension d'alimentation de la DEL est réglé à son maximum d'intensité lumineuse que peut assurer ce genre de DEL. Cette tension est de 3.5V aux bornes de la DEL blanche et limitée par la résistance de 330Ohms (R15).
La valeur de R15 est déterminée par expérimentation, du fait d'un passage via une porte NAND d'un CD4093 qui n'a pas un comportement linéaire pour ce genre d'utilisation.

Le buzzer

Le buzzer (LS1) est un micro buzzer de type MEB-12C-5, qui comporte son propre oscillateur interne, et dispense donc des composants additionnels.
Une résistance de 270 ohms (R13) limite son alimentation, car d'origine le buzzer fonctionne sous une tension de 5V.
Une capacité de 47uF (C20) est placé en parallèle au buzzer, évitant au détecteur des enclenchements sporadiques du au fait par un courant drainé par le buzzer assez conséquent lors de son activation et perturbant les faibles niveaux de tensions au comparateur (IC4A).
Le switch SW2 permet de rendre le buzzer actif ou non, suivant l'utilisation du détecteur.
La mise en action du buzzer est réalisée par l'interrupteur électronique formé par le BC547 (T1), qui passe en saturation lorsque sa base passe à l'état haut.
Le courant de saturation de T1 est calibré par la résistance de 1K (R9).

L'opto coupleur
L'opto coupleur assure la communication entre le détecteur et l'appareil devant être commandé par ce dernier.
En général  j'y connecte mon appareil photo CANON par la connexion d'enclenchement externe de télécommande.
L'opto coupleur assure également un isolation galvanique de quelques 9000V et donc aucune connexion électrique entre les deux dispositifs mis en jeu.
Cette isolation et commande est réalisé à l'entour d'un CNY17 (IC9). Sa commutation est activé par le transistor BC547 (T2) et dont le courant de saturation de commande est limité par la résistance de 1K (R12).
Le courant de limitation de la diode DEL interne de l'opto est à son tour limité par la résistance de 470 ohms (R16), ce qui permet de faire circuler un courant de l'ordre de (9/470) 20mA, largement suffisant pour saturer le photo transistor de l'opto coupleur.
Ce genre de montage est appelé collecteur ouvert, et de plus, dans le cas présent, isolé électriquement.
Le signal de commande se retrouve aux bornes du connecteur CON3 (
shutter) ainsi qu'aux bornes 2&3 de CON4 (external).
Ce connecter (CON4) dispose de la tension d'alimentation du détecteur et pourra éventuellement servir à alimenter dans le futur un détecteur lumineux, dont on pourra d'ailleurs mettre en parallèle les sorties des opto's coupleur.
ATTENTION: afin d'activer correctement le dispositif externe, il va de soit de connecter la masse externe avec la pinne 1 (émetteur) du connecteur CON3.

Les alimentations
Au connecteur
power (CON3) se connectera une pile de 9V, ou encore un adaptateur secteur avec une tension maximum de 12V continu.
Le switch SW3 permet la mise sous tension de l'ensemble du montage. Cette mise sous tension est visualisée par la DEL bleue (LED11), dont son courant de fonctionnement est limité fortement par la résistance de 4.7K (R18), le courant est ici de l'ordre de 2mA, ce qui permet d'être illuminée pour une tension minimum de 7V, tension minimum où le remplacement de la pile sera nécessaire.
La capacité de 100uF (C23) assure un filtrage efficace si un adaptateur secteur mal filtré est connecté en lieu et place d'une pile de 9V.
La partie 3V est réalisée par un LM317L (IC2), dont la calibration de la tension est déterminé par les résistances de 330Ohms (R1) et 470Ohms (R2).
Une capacité tampon de 47uF (C5) est connecté en sortie, assurant ainsi un lissage au maximum de la tension de sotie du LM317L.
Pour la tension de 5V, le 78L05 (IC8) assure cette fonction et une capacité de 47uF (C21) constitue le lissage du 5V.
Une capacité de 47uF (C17) est placé à proximité du LM386(IC7) assurant un tampon d'énergie ainsi qu'une autre capacité de 47uF (C15) assure la même fonction pour le LM358 (IC4), ceci afin d'éviter des enclenchement sporadiques du détecteur.

La réalisation pratique
La réalisation du détecteur est faite sur un circuit imprimé de 65x100mm double face.
J'ai fait en sorte de tracer les pistes afin que les soudures ne se fassent uniquement que sur la face opposée de celle de la pose du composant (côté soudure) pour certains d'entre eux (ex: condensateur radial, switch, DEL).
D'autres composants, (circuits intégrés, résistances,...) devront être soudés sur les deux faces (soudure des deux côtés d'une même pine d'un C.I.).
De plus, les composants occuperont les deux faces de la carte ceci afin de condenser la réalisation et de pouvoir disposer d'une face avant pour l'intégration dans un boîtier en PVC.
La pose d'un soquet (type tulipe) pour les circuits intégrés est envisageable, mais ceci augmente l'épaisseur de la carte une fois montée, et, si on veut profiter d'une face avant, il ne faudra
surtout pas monter un tel soquet pour IC1 (LM3914).

Description des fichiers

Schéma électronique
Ce fichier contient le schéma électronique du détecteur d'orage. (format PDF)
 
Liste des composants
Ce fichier reprend les composants nécessaires à la réalisation du détecteur d'orage. (format EXCEL)
Aide aux calculs de certains composants
Cette feuille vous aidera à calculer certains composants du circuit. (format EXCEL)
Elle permet de procéder au calcul de la tension de sortie du LM317 (IC2), la fréquence de résonance du circuit LC de l'antenne (CV1, C6 & L1), la durée d'enclenchement du timer 555 (R7&C16) et la constante de temps de la mise en forme des signaux (C7&R4).
Sérigraphie de la face avant
Ce fichier contient le dessin de la platine électronique de la face avant. (format PDF)
Le dessin est intentionnellement inversé afin de permettre un développement aux U.V. en l'imprimant à l'aide d'une imprimante de 600dpi sur un slide transparent.
Ceci permet d'avoir le TONER de l'impression directement sur la partie photosensible de la carte à réaliser, et éviter de provoquer des traits flous à cause de l'épaisseur du slide.
Lors de l'insolation aux U.V., les inscriptions seront donc lisibles normalement (non inversé).
Le diamètre des trous de forage est réduits à 0.4mm, ceci permet de mieux centrer les mèches.
Il faudra donc vérifier quel diamètre est nécessaire pour les composants à installer, mais en général du 0.7mm est largement suffisant pour la plupart des composants.
Sérigraphie de la face arrière
Ce fichier contient le dessin de la platine électronique de la face arrière. (format PDF)
Les mêmes remarques que celles reprises ci-dessus valent également pour la face arrière.
Implantation des composants face avant
On trouve sur ce fichier l'implantation des composants devant être soudés sur la face avant du circuit imprimé.
Implantation des composants face arrière
On trouve sur ce fichier l'implantation des composants devant être soudés sur la face arrière du circuit imprimé.
Localisation des VIA's
Dès que le circuit est imprimé et les forages effectués, la première opération consistera à placer les VIA's sur la carte.
Ces VIA's assurent le passage électrique d'une face à l'autre, ceux-ci sont généralement difficiles à éviter lorsqu'il s'agit de cartes assez complexes.
Les connexions seront réalisées en soudant de part et d'autre des faces un petit fil cuivré (diamètre de forage = +/-0.7mm).
Ce fichier permet de localiser l'endroit où devront être placés les VIA's, qui sont au nombre de 22. (format PDF)
Guide de forage pour face avant
Si vous envisagez de rendre le détecteur portable, un petit boîtier en PVC pourra très bien faire l'affaire. Personnellement, j'ai utilisé un boîtier en PVC d'une alimentation pour un moniteur TFT défectueux.
Ce fichier permet donc d'effectuer le pointage central de tous les composants de la face avant. (format PDF)
Le diamètre des trous devra être similaire au matériel installé sur le circuit imprimé.
Tout en un
Sur ce fichier se trouvent tous les layers utilisés pour la réalisation du détecteur, mais honnêtement, je ne me souvient plus dans quel but j'ai créé ce fichier ;-) (format PDF)

Le design du détecteur a été réalisé avec le programme PROTEL DXP.
Étapes de réalisation
1) Imprimer les deux faces sur des feuilles transparentes.
2) Développer le circuit imprimé.
3) Procéder au forage des trous.
4) Placer les VIA's à l'aide du fichier "localisation des VIA's"
5) Souder les composants, en commençant par les circuits intégrés (profil plat), ensuite les composants de la face avant, et terminer par les autres composants de la face arrière.
6) Vérifier une dernière fois la pose des composants.
7) Placer les composants extérieurs, les câbles, piles, haut-parleur s'il y a.

Remarque: L'utilisation du haut-parleur est accessoire, mais si vous n'envisagez pas de l'utiliser, placer toujours le switch haut-parleur sur OFF.

L'antenne ferrite
Le seul composant à réaliser soi-même est l'antenne interne (bobine L1).
Pour réaliser celle-ci, un barreau en ferrite 3R3 d'un diamètre de 9mm et d'une longueur de 45mm sera utilisé.
Bobiner sur ce bâtonnet, 125 tours de fil émaillé de 2/10, et pour protéger et consolider la bobine, l'enrober d'une gaine rétrécissante (voir photo).
Au RLC mètre la valeur de cette bobine devra être proche de 730uH et d'un facteur Q de 1,5.

Photos de la réalisation

Réglage du détecteur
Le seul réglage à effectuer est le seuil de sensibilité maximum de détection.
Par expérience, une tension de 2V est largement suffisante. Si la tension est supérieure à 2V, il y a peu de chance de voir la dernière DEL s'allumer.
Pour calibrer, il faut obtenir la tension de 2Ven sortie de l'amplificateur opérationnel IC4B (pin7) en agissant sur le TRIMPOT P2.

Pour tester l'ensemble, positionnez la sensibilité (P1-Potentiomètre externe) au minimum, de sorte qu'une seule DEL s'allume.
Placez le détecteur près d'un interrupteur de TL et l'actionner... normalement, cela devrait faire BEEP et la DEL blanche s'allumera +/- 1/3s.


Connexion à un appareil photo
Pour actionner l'obturateur d'un appareil photo, il suffit en général d'effectuer un court-circuit au bouton de la télécommande.
Soit on place la sortie de l'opto coupleur en parallèle sur le switch de la commande, soit on réalise un câble direct vers l'appareil.
ATTENTION: Certains appareils photographiques ne disposent pas de ce genre d'entrée. Au contraire, l'interface de commande, telle une télécommande, peut être du type intelligent et utiliser un protocole de communication afin de donner des ordres à l'APN (MAP, ZOOM, prise de vue).
SONY par exemple utilise un protocole, dit LAN-C. Il faudrait dans ce cas se placer en parallèle sur le bouton poussoir de la télécommande au lieu de se connecter directement sur l'APN, opération qui pourrait d'être destructive pour  l'APN!!!
Avant de se lancer dans une telle opération, il est préférable de s'informer quant au type de connexion entretenu entre une télécommande et l'APN; simple switch ou protocole de communication.
CANON 
Pour la commande du 10D, j'ai modifié la télécommande (RS-80N3) en insérant dans le câble de connexion un jack stéréo femelle du côté du boîtier, le plus près possible du boîtier et un jack mâle sur le câble allant vers le connecteur RN3. Ce jack sera connecté au boîtier du détecteur d'orage.
Même si une erreur de connexion (inversion de polarité) est faite, il n'y a aucun risque de destruction de l'appareil photo; on pourra se référer à ce schéma pour la connexion.
NIKON 
Pour commander un APN NIKON (D200), il a fallu pas moins de 9 échanges de mails avec un ami, Frédérique (alias SNAKE), pour comprendre et trouver la solution à notre problème. A la différence de CANON, NIKON ne veut absolument pas déclencher si l'on ne court-circuite pas les 3 câbles en même temps. L'astuce réside à pratiquer ce montage. Il n'y a aucun risque de destruction de l'APN puisque après démontage d'une télécommande NIKON MC-30, lors de la prise de vue, les trois câbles sont court-circuités.
Je laisse ici la description du connecteur 10 pinnes et des attributions de couleurs pour le sacrifice d'une MC-30.
Merci à Frédérique pour les essais et les informations disponibles à présent.
SONY
Je n'ai pas fait de tests avec mon SONY F-828, mais le temps de réaction de celui-ci est bien trop important (+/- 200 à 250 ms) comparé au 10D (typique 85ms).
De plus, il faut dans ce cas-ci, intervenir au niveau du bouton poussoir de la télécommande. Protocole LAN-C oblige.

Réglage de l'appareil photo
Pour réaliser des photos tant de jour comme de nuit, le principal est que l'appareil réagisse le plus rapidement possible.
Pour ce faire, passer en mode d'exposition et ouverture MANUEL ainsi que l'AUTO-FOCUS, celui-ci sera réglé de préférence à l'infini.
De jour, régler la vitesse d'obturation entre 0,3s et 2s, jouer sur l'ouverture afin d'obtenir le bon dosage de lumière. Les meilleurs résultats sont obtenus en sous-exposant légèrement avec un réglage de -0,5 à -1 EV (en fonction de la distance de l'éclair).
De nuit, cela se complique légèrement car si le ciel est très sombre, le détecteur ne sera pas d'une grande aide, dans la mesure où bien souvent une obturation de 15s à 30s sera préférable et que l'ouverture soit réglée aux alentours de F4.
Bien entendu, si un seul éclair doit être capturé de nuit, l'utilisation du détecteur peut rendre service, évitant un nombre d'enclenchements inutiles : du DIGITAL oui, mais faut pas exagérer ;-).

Côté objectif, à moins d'être très éloigné de la perturbation orageuse (10KM et plus), un grand angle est préférable.

 0 à 3 KM  orage très proche 16mm ou 24mm ISO = 100 EV =-1 de nuit
EV = 0 de jour
F = 5.4 à F = 8
 3 à 10 KM  orage en approche 80mm ou 100mm ISO = 100 EV =0 F = 4
 10 à 50 KM  orage éloigné 200mm ou 300mm ISO = 200 EV= 0  F au maximum (F2.8 ou F4)

La balance des couleurs durant la nuit devrait être placée sur TL (tube lumineux).

Quelques photos d'orages


Vilvoorde août 2004


Vilvoorde août 2004


Vilvoorde août 2004


Vilvoorde août 2004


Vilvoorde août 2004


Vilvoorde août 2004


Vilvoorde août 2004


  Ardèche 2004 (France)    


  Ardèche 2004 (France)   


  Ardèche 2004 (France)   


  Ardèche 2004 (France)   


  Ardèche 2004 (France)   


  Ardèche 2004 (France)  


  Ardèche 2004 (France)   


  Ardèche 2004 (France)  

Pour le reste.... beaucoup de patience... de plaisir... et de satisfaction.

danielv37'at'pandora.be

Date de dernière mise à jour 02/02/2007