Kit Eclairage automatique v3

Le kit éclairage automatique v3 réunit dans un seul carton tout ce qu’il faut pour construire un éclairage qui s’allume dès que quelqu’un approche : la carte Uno R3 et son câble USB, le capteur de distance à ultrasons, un module relais 5 V, deux ampoules E10, leur alimentation 5 V, la plaque d’essai, les fils de liaison et 1,5 m de câble électrique pour aller jusqu’aux ampoules.

Troisième version de la famille des kits d’éclairage : la v1 allume toute seule à la tombée de la nuit, la v2 obéit à deux boutons poussoirs, et la v3 est celle qui regarde devant elle avant d’éclairer. Le capteur mesure sans arrêt la distance de ce qu’il trouve dans son axe ; dès qu’une présence entre dans le rayon que vous avez choisi, la carte colle le relais et allume les ampoules, puis les éteint après un délai que vous fixez dans le programme. C’est le principe d’un éclairage de cage d’escalier ou d’entrée d’immeuble, ramené à l’échelle d’une plaque d’essai.

Ce que contient le kit

• 1 × carte Uno R3 et son câble USB : la carte de commande, alimentée et programmée par l’ordinateur pendant la mise au point ;
• 1 × capteur à ultrasons HC-SR04 : un émetteur, un récepteur, et une distance en centimètres sur la sortie ;
• 1 × module relais 5 V : commande par trois fils VCC, GND et IN, contact inverseur COM, NO et NC sur bornier à vis ;
• 2 × ampoules E10 à filament, culot à vis de 10 mm, sans polarité ;
• 1 × alimentation 5 V à sortie par cordon : c’est elle qui alimente le circuit des ampoules, coupé puis rétabli par le relais ;
• 1 × plaque d’essai 830 points à deux bus latéraux, pour distribuer le 5 V et la masse ;
• 10 × fil de prototypage mâle-mâle et 10 × fil de prototypage mâle-femelle au pas de 2,54 mm ;
• 1,5 m de câble électrique souple pour prolonger le circuit des ampoules depuis la maquette jusqu’à l’endroit à éclairer.

Deux points à savoir avant d’ouvrir la boîte : les ampoules à culot E10 demandent des douilles pour se visser, et le kit n’en contient pas ; la carte, elle, est alimentée par le câble USB pendant la mise au point.

Caractéristiques techniques

Ce que le capteur à ultrasons change

Les trois versions de ce kit posent trois questions différentes au monde. La v1 demande « fait-il sombre ? », la v2 demande « a-t-on appuyé ? », et la v3 demande « y a-t-il quelqu’un devant ? ». C’est la question la plus utile quand l’éclairage doit servir souvent et rester éteint tout le reste du temps.

• Il répond par un nombre, pas par oui ou non. Le capteur renvoie une distance en centimètres, et c’est vous qui décidez où commence la zone. Un passage au-delà du seuil n’allume rien.
• Il ne travaille que dans un cône étroit, d’environ 15 degrés. Un obstacle fixe placé dans son axe, un mur à 40 cm ou un pot de fleurs, occupe la mesure en permanence et empêche toute détection utile.
• Il ignore la chaleur. Un radiateur, une bouche d’air chaud ou le soleil ne le font pas déclencher, contrairement à un détecteur infrarouge de mouvement.
• Il ne fait aucune différence entre un piéton et un objet. Une voiture, un chien, un chariot déclenchent de la même façon : c’est parfait pour un parking, et à garder en tête si vous ne voulez détecter que les personnes.
• Il fonctionne dans le noir complet et ne dépend d’aucune lumière ambiante, la mesure reposant sur des ondes sonores.

Mini-projet : l’éclairage qui s’allume à l’approche

Le montage interroge le capteur une quinzaine de fois par seconde. Dès qu’une présence est relevée à moins de 80 cm, les ampoules s’allument ; chaque nouvelle mesure sous le seuil repousse l’extinction de vingt secondes, si bien que la lumière reste allumée tant que quelqu’un s’approche ou reste sur place, et s’éteint seule une fois la voie libre.

Matériel utilisé

• la carte Uno R3 et son câble USB, alimentée par l’ordinateur pendant la mise au point ;
• le capteur HC-SR04 et quatre fils mâle-femelle pour le relier ;
• le module relais et ses trois fils de commande ;
• le bloc 5 V, les deux ampoules dans leurs douilles et le câble de 1,5 m.

Câblage

Le capteur porte quatre broches mâles : les fils mâle-femelle se clipsent sur le capteur et se piquent dans la plaque d’essai. Orientez les deux transducteurs vers la zone à surveiller et laissez l’air libre devant eux, aucun fil ni module posé dans l’axe, sinon la mesure est faussée en permanence.

Programme

À copier dans l’IDE Arduino, puis à téléverser sur la carte :

/*
 * Eclairage automatique par detection de presence
 * Capteur a ultrasons HC-SR04, module relais 5 V, deux ampoules
 * Carte : Arduino Uno R3
 *
 * Composants, brochage et fiche complete : www.marocproduits.com
 *
 * Capteur : VCC sur 5V, GND sur GND, TRIG sur D9, ECHO sur D10
 * Relais  : VCC sur 5V, GND sur GND, IN sur D7
 */

const byte PIN_TRIG   = 9;
const byte PIN_ECHO   = 10;
const byte PIN_RELAIS = 7;

const unsigned int  SEUIL_CM    = 80;      // detection a 80 cm et moins
const unsigned long MAINTIEN_MS = 20000;   // 20 secondes apres la derniere detection

// Module relais a declenchement par niveau bas : IN a la masse colle le relais.
// Sur un module a declenchement par niveau haut, echanger les deux constantes.
const byte NIVEAU_ALLUME = LOW;
const byte NIVEAU_ETEINT = HIGH;

bool allume = false;
unsigned long derniereDetection = 0;

unsigned int mesurerDistance() {
  // Une impulsion de 10 microsecondes sur TRIG lance une salve d'ultrasons.
  digitalWrite(PIN_TRIG, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(PIN_TRIG, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(PIN_TRIG, LOW);

  // ECHO reste haut pendant tout le trajet de la salve, aller et retour.
  // 25000 microsecondes de patience : au-dela, aucun echo n'est revenu.
  unsigned long duree = pulseIn(PIN_ECHO, HIGH, 25000UL);
  if (duree == 0) {
    return 0;                        // rien devant le capteur, ou hors portee
  }

  // Le son parcourt environ 29 microsecondes par centimetre, aller et retour
  // compris : la duree divisee par 58 donne donc directement la distance.
  unsigned int distance = duree / 58;
  if (distance == 0) {
    distance = 1;
  }
  return distance;
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(PIN_TRIG, OUTPUT);
  pinMode(PIN_ECHO, INPUT);
  pinMode(PIN_RELAIS, OUTPUT);
  digitalWrite(PIN_RELAIS, NIVEAU_ETEINT);   // relais au repos au demarrage
  Serial.println("Eclairage a detection de presence pret");
}

void loop() {
  unsigned int distance = mesurerDistance();

  // Une presence compte si un echo est revenu ET s'il revient de la zone.
  // Une absence d'echo, ou un echo lointain, veut dire que la voie est libre.
  bool presence = (distance != 0);
  if (presence) {
    if (distance > SEUIL_CM) {
      presence = false;
    }
  }

  if (presence) {
    derniereDetection = millis();
    if (allume == false) {
      allume = true;
      digitalWrite(PIN_RELAIS, NIVEAU_ALLUME);
      Serial.print("Presence a ");
      Serial.print(distance);
      Serial.println(" cm : ampoules allumees");
    }
  }

  if (allume) {
    if ((millis() - derniereDetection) >= MAINTIEN_MS) {
      allume = false;
      digitalWrite(PIN_RELAIS, NIVEAU_ETEINT);
      Serial.println("Voie libre : ampoules eteintes");
    }
  }

  // Le capteur demande une pause entre deux mesures : sans elle, l'echo de
  // la mesure precedente revient pendant la suivante et fausse la lecture.
  delay(60);
}

Essai et réglages

Téléversez le programme et ouvrez le moniteur série à 9600 bauds : la ligne « Eclairage a detection de presence pret » s’affiche. Passez la main à moins de 80 cm devant le capteur, le relais colle avec un clic audible, les ampoules s’allument et le moniteur écrit la distance mesurée, par exemple « Presence a 43 cm ». Retirez la main : rien ne s’éteint tout de suite, le compte à rebours de vingt secondes tourne, puis la carte écrit « Voie libre » et le relais retombe. Si la distance affichée ne bouge pas quand vous agitez la main, le capteur n’est pas dans l’axe ou quelque chose obstrue ses transducteurs.

Trois réglages se font dans le programme, et nulle part ailleurs. SEUIL_CM fixe la profondeur de la zone surveillée : 40 cm pour ne réagir qu’au dernier moment devant une porte, 150 cm pour couvrir une allée entière. MAINTIEN_MS est la durée d’allumage après la dernière détection, écrite en millisecondes (20000 pour vingt secondes, 120000 pour deux minutes). Les constantes NIVEAU_ALLUME et NIVEAU_ETEINT, enfin, s’échangent si votre module relais se déclenche sur un niveau haut : module alimenté en 5 V et entrée IN laissée en l’air, puis reliée à la masse — si le relais colle à ce moment précis, le module est bien à déclenchement par niveau bas et le programme déjà fourni est correct.

Comment ça marche

• Une mesure, deux impulsion différentes. La carte envoie une salve d’ultrasons par une impulsion de dix microsecondes sur TRIG, puis chronomètre avec pulseIn le temps que ECHO reste au niveau haut : c’est le trajet complet, aller et retour.
• Le facteur 58 vient de là : le son avance d’environ 29 microsecondes par centimètre, et le trajet se fait deux fois. Un temps mesuré en microsecondes divisé par 58 donne des centimètres, sans aucun calcul savant dans le programme.
• Le délai de vingt secondes est relancé à chaque mesure sous le seuil, et non à la première détection comme sur une minuterie d’escalier classique. La différence se voit quand quelqu’un reste devant le capteur : l’éclairage ne s’éteint pas sur sa tête.
• Le relais n’est actionné qu’aux changements d’état, à l’allumage et à l’extinction. Le laisser collé pendant tout le maintien évite de le faire cliqueter quinze fois par seconde.
• Une pause de 60 millisecondes sépare deux mesures. Sans elle, l’écho de la salve précédente revient pendant la suivante et le capteur lit n’importe quoi.

Variante : n’allumer que la nuit

Le défaut d’un éclairage sur détection, c’est d’allumer en plein jour. Un module capteur de lumière à photorésistance branché sur une entrée analogique de la carte apporte la réponse : le programme ne commande le relais que si la luminosité ambiante est passée sous un seuil, tout en continuant de mesurer les distances. Le montage ne gagne qu’un module et deux fils, et l’Arduino dispose de plusieurs entrées analogiques libres. Pour une détection qui ne tombe jamais en panne à cause d’un obstacle fixe dans l’axe, un capteur de mouvement infrarouge est l’autre voie, à condition d’accepter ses fausses détections près d’une source de chaleur.

Points d’attention

• La masse doit être commune entre le bloc 5 V des ampoules et la carte. C’est le fil qu’on oublie et qui fait que le relais colle n’importe quand.
• Ne jamais alimenter une ampoule depuis une broche de la carte. Une sortie fournit quelques milliampères là où l’ampoule en appelle plusieurs centaines : c’est le rôle du relais et de son alimentation séparée.
• Regardez la tension marquée sur le lot d’ampoules. Les ampoules E10 du catalogue sont annoncées pour 3,8 V et 0,3 A ; un bloc de 5 V les fait éclairer plus fort mais leur fait aussi dépasser leur courant nominal, ce qui raccourcit la durée de vie du filament. Pour rester à la tension nominale, une pile plate 4,5 V s’en rapproche davantage.
• Le câble de 1,5 m est prévu pour la basse tension du kit. Le bornier du module supporte le secteur, mais un circuit d’éclairage en 230 V ne se câble pas sur une plaque d’essai : cette partie se confie à un électricien, et le montage d’essai reste en basse tension.
• La portée de 4 m est une limite théorique. La vitesse du son dépend de la température de l’air, la mesure se dégrade avec la distance, et un écho hors de l’axe peut renvoyer une valeur plausible mais fausse. Pour un éclairage, une zone de 50 cm à 1,50 m est le domaine où le capteur est le plus sûr.
• Ne dépassez pas les limites inscrites sur le module relais. Le contact du kit supporte largement le courant des deux ampoules, mais toute charge plus gourmande demande de relire l’inscription du module avant de brancher.

Questions fréquentes

Faut-il des douilles pour les ampoules ?

Oui : une ampoule à culot E10 se visse dans une douille E10, qui porte les deux bornes du circuit et qui sera fixée là où l’éclairage doit se trouver. Le filament n’ayant pas de polarité, les deux fils de la douille se branchent dans n’importe quel sens. Comme ces douilles ne sont pas fournies dans la boîte, prévoyez-en deux.

Pourquoi la lumière ne s’éteint-elle jamais ?

Neuf fois sur dix, quelque chose occupe le cône du capteur en permanence au-dessous du seuil : un mur trop proche, un pot de fleurs, un câble qui pend devant, le bord de la boîte. Faites afficher la distance mesurée dans le moniteur série : si elle ne dépasse jamais le seuil, c’est qu’un objet fixe est dans l’axe. Déplacez le capteur ou descendez SEUIL_CM.

Peut-on cacher le capteur derrière une vitre ou sous un film plastique ?

Non. Les ultrasons ont besoin d’air pour se propager : une vitre, un film plastique ou une grille serrée collés devant les deux transducteurs absorbent ou renvoient la salve, et la mesure devient fausse. Laissez les transducteurs à l’air libre, simplement à l’abri des projections d’eau.

Que se passe-t-il si quelqu’un s’arrête devant le capteur ?

La lumière reste allumée. Chaque mesure sous le seuil repousse l’extinction de vingt secondes, donc tant que quelqu’un est dans la zone, le compte à rebours ne s’achève pas. C’est exactement le comportement d’un éclairage de cage d’escalier, et c’est le seul cas où l’éclairage ne s’éteint pas de lui-même.

Le capteur peut-il mesurer au-delà de 4 mètres ?

Non, et il ne faut pas y compter : la portée utile s’arrête à 4 m et la précision se dégrade bien avant. Un écho manquant est interprété comme une voie libre par le programme, ce qui est le comportement voulu.

Peut-on faire tourner le montage sans ordinateur ?

Oui. Une fois le programme téléversé, la carte garde son programme en mémoire et le câble USB peut être débranché. La carte a besoin d’être alimentée autrement, par un chargeur USB ou par sa prise jack, et elle continue de lire le capteur et de commander le relais exactement de la même façon.

Peut-on allumer les deux ampoules séparément ?

Pas avec le module du kit, qui ne porte qu’un seul contact : les deux ampoules s’allument ensemble. Pour les séparer, il faut un module à deux canaux, une seconde sortie de carte et deux circuits d’ampoules indépendants, le programme ne changeant qu’à la ligne qui commande la sortie.

À combiner avec

• Support pour capteur ultrason HC-SR04 — pour fixer le capteur à bonne hauteur et l’orienter vers la zone à surveiller sans le tenir à la main.
• Module 2 relais 5 V — pour commander séparément deux circuits d’éclairage, par exemple le couloir et la cage d’escalier.
• Kit éclairage automatique v1 — la version à capteur de lumière, qui allume au crépuscule et ignore les passages.
• Kit éclairage automatique v2 — la version à boutons poussoirs, pour un allumage commandé à la main.