(D'après un article de J.M. Delaplace paru dans Electronique Radio-Plans en 1994)

photo du détecteur en boîtier gris
photo du détecteur en boîtier noir

Note concernant le boîtier Retex RG1:

La gamme Gibox a été remplacée par la nouvelle gamme Serie 101, dont le code équivalent au modèle demandé serait le 33101001, page 45 du catalogue:

http://www.retex.es/Downloads/ENCLOSURES_FULL_IF_2009.pdf
Boîtier 1591CBK Hammond Manufacturing

Principe de fonctionnement:

Le principe de fonctionnement du détecteur EJP est le suivant : c'est un boîtier muni de 2 leds une rouge et une verte qui se
branche sur n'importe quelle prise secteur de votre habitation. La veille d'un jour de pointe (vers 2heure de l'après-midi, les
leds rouge et verte se mettent à clignoter. le lendemain à 6h30 (préalerte) la led rouge s'allume. (fort tarif) si le lendemain est à nouveau un jour de pointe à nouveau vers 2 heure de l'après-midi les leds se mettent à clignoter sinon à 1 heure du matin c'est la led verte qui s'allume à nouveau indiquant que le tarif est normal

Nous allons décrire une application du microcontrôleur SGS-Thomson ST6 dans un détecteur de signaux de changement de tarif d'électricité.

L'EDF offre un grand nombre de tarifs aussi bien pour les industriels que pour les particuliers. Un tarif particulièrement intéressant pour ceux qui n'ont pas le chauffage électrique est l'EJP. Avec ce dernier, le kilowattheure est facturé toute l'année avec 30% de remise, sauf pendant 22 jours répartis entre le 1^er novembre et le 31 mars durant lesquels le tarif est multiplié par 10. Les jours en question, dits "de pointe", sont choisis par l'EDF la veille.

Chaque abonné dispose d'un compteur à deux cadrans, dont la commutation est assurée par un récepteur de signaux de télécommande émis par l'EDF. Le jour de pointe, un signal est émis à 6h30 qui allume un voyant chez l'abonné. Ce signal indique qu'à partir de 7 heures, le tarif sera majoré pour toute la journée, jusqu'à 1 heure la nuit suivante. L'usager est de la sorte incité à délester sa consommation. Il peut cependant consommer ce dont il a besoin, mais est averti du coût élevé qu'il devra payer ce jour-là. La nuit étant toujours au tarif bas, même si deux jours de pointe se suivent, on peut reporter les consommations importantes pour cette période : chauffe- eau, lave-linge, lave-vaisselle...

Le système de comptage comporte un compteur à deux cadrans, et un relais récepteur d'impulsions qui bascule le comptage sur l'un ou l'autre cadran.

Un contact du relais est mis à la disposition de l'abonné pour télécommander ses circuits d'utilisation : quand le contact est fermé, le tarif est fort. On peut ainsi commander un contacteur à ouverture qui déleste les appareils qui ne nécessitent pas une disponibilité permanente.

Ce tarif permet, moyennant une gestion peu contraignante, une économie importante : nous avons réalisé une économie de 20% en moyenne sur les 3 dernières années par rapport au simple tarif.

Il y a cependant un problème : on peut par exemple avoir besoin de cuisiner beaucoup le jour de pointe, et si on possède des appareils de cuisson électriques, la cuisine va revenir cher ce jour-là ! Si on était averti la veille de l'imminence du jour de pointe, on pourrait précuire ce qui peut l'être, quitte à réchauffer aux micro-ondes le lendemain, ce qui consomme beaucoup moins.

Or, l'usager particulier n'est averti que le matin même, alors qu'en réalité, l'EDF envoie la veille dans l'après-midi un signal dit "d'alerte" à l'usage des industriels. Il serait bien utile pour les particuliers de pouvoir détecter ce signal. C'est le but du dispositif décrit ici.

Depuis une trentaine d'années, l'EDF utilise un système de télécommande appelé PULSADIS qui permet depuis les centres de distribution à moyenne tension de déclencher le changement de tarif des compteurs à l'heure voulue, et facultativement d'autres services comme l'éclairage public, etc.

Ce système repose sur l'injection dans le secteur de signaux selon un code que les récepteurs reconnaissent et qui leur donne l'ordre d'effectuer les commutations correspondant aux signaux qu'ils sont censés reconnaître.

Le signal porteur est à 175 Hz avec une amplitude minimum de 0,9% de la tension nominale du secteur, soit 2,3V.

Il est modulé par des impulsions binaires selon le code suivant :

Un top de 1 seconde suivi d'un silence de 2,75 secondes indique le début de trame. Le récepteur reconnaît ce top et commence à compter le temps à partir de ce moment. La trame comporte 40 emplacements d'impulsions de 2,5 secondes et sa durée totale est de 102,25 secondes.

Chaque emplacement d'impulsion se compose d'une durée de 1 seconde pendant laquelle il peut y avoir ou non émission de la porteuse à 175 Hz, et d'un silence de 1,5 secondes servant de séparateur avec l'emplacement suivant. Si le top est présent, il déclenche dans les récepteurs un basculement.

Une autre impulsion est prévue pour produire le basculement inverse. Si aucune de ce deux impulsions n'est présente, le récepteur ne change pas d'état. Les impulsions étant associées par paires (l'une démarre, l'autre arrête), 20 canaux sont disponibles pour autant de types différents de télécommande.

Le diagramme de la figure 1 représente la trame type. On y a montré deux impulsions manquantes, la 2 et la 4.

Le décodage de la trame exige donc de réaliser les fonctions suivantes :

- détecter le signal 175 Hz;

- repérer le top de départ;

- définir les instants prévus d'apparition des impulsions attendues;

- noter leur présence ou leur absence ;

- effectuer les actions qui en découlent.

Les impulsions qui nous intéressent ici sont la 5ème et la 15ème. Elles obéissent au code suivant :

5 seule : Alerte, la veille ;

5 et 15 ensemble : Début de jour de pointe ;

15 seule : Fin de jour de pointe.

Seuls les deux derniers messages sont exploités par le relais de changement de tarif installé à proximité du compteur.

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

Le schéma est représenté en figure 2.

L'alimentation se fait sur secteur par l'intermédiaire des condensateurs C5 et C6 qui limitent le courant à environ 10 mA. Ce courant est redressé par Dl et Zl qui limitent la tension à 15V, puis la tension est filtrée par C7, et abaissée à 5,lV par Z2 pour fournir une source stable au processeur. En effet, la tension de référence du convertisseur analogique - numérique est dérivée du Vcc du microcontrôleur, et il est nécessaire d'avoir une conversion de bonne qualité pour détecter correctement le signal.

On doit noter que les deux condensateurs connectés sur le point chaud du secteur qui servent à l'alimentation doivent être de type X, c'est-à-dire autocicatrisables pour éviter l'incendie du montage en cas de claquage.

La résistance R5 ne sert qu'à protéger les diodes lors de la pointe de courant qui se produit au moment du branchement si on se trouve au sommet de la tension secteur. Elle doit pouvoir supporter cette crête de courant sans dommage et dans le cas d'une résistance à film métallique, il faut choisir un modèle spécifié pour 1 Watt.

Le signal vient directement du secteur.

Il est atténué par le réseau Rl, R2, R3,R4, C3 et C4, qui fixe la composante continue à la moitié de la tension d'alimentation. Le signal 50 Hz est ainsi ramené à 5V crête à crête, et utilise toute l'excursion disponible à l'entrée analogique. Un filtre passe-bas supprime les composantes supérieures à 175 Hz pour éviter que la détection soit perturbée par les parasites. Le condensateur d'entrée est choisi pour qu'il constitue un filtre passe-haut qui atténue le 50 Hz. Le taux de 175 Hz est ainsi doublé, et devient donc 1,8 % au minimum, ce qui facilite sa détection. L'entrée RESET est retardée par un condensateur de 1 µF pour laisser à la tension d'alimentation le temps de s'établir avant que le processeur démarre.

La sortie du montage consiste en deux diodes électroluminescentes, l'une rouge, l'autre verte. Elles ont la signification rappelée au tableau de la figure 3.

La détection des trames de commande se compose de deux parties : la détection de la présence de la composante à 175 Hz et la reconnaissance des impulsions en fonction de leur position.

La détection du signal à 175 Hz peu complexe dans le principe, bien que le programme correspondant soit assez court. Nous détaillerons cette partie plus loin. Pour l'instant, il suffit de savoir qu'une interruption périodique incrémente toutes les 200 ms un compteur appelé mesures, ce qui permet de déterminer l'emplacement des impulsions à raison de 5 incrémentations par seconde. Un autre compteur appelé mespos est incrémenté au même rythme mais seulement à chaque fois que le signal 175 Hz a été détecté présent durant les 200 ms qui viennent de s'écouler.

Reconnaissance du message.

On a vu plus haut la forme des impulsions. Une fois le signal à 175 Hz reconnu, il est simple de détecter le top de départ, puis à partir de celui-ci, de repérer la présence ou l'absence de deux impulsions prédéterminées, puisqu'on connaît le délai qui les sépare du top de départ. Enfin, à l'intérieur des fenêtres de temps ainsi définies, on compte le nombre de mesures positives. Si au moins deux mesures sont positives, cela indique que le signal a été vu pendant 400 ms au moins, et on considère l'impulsion comme présente ; dans le cas contraire, on la déclare absente. A la fin du temps imparti pour la trame, on exploite les drapeaux indiquant la réception ou non des impulsions et on allume le voyant approprié.

L'algorithme de la reconnaissance des impulsions est donné figure 4.

Couleur Situation

Verte : Normale.

Clignotant vert-rouge : Alerte, la veille du jour de pointe.

Rouge : jour de pointe.

Figure 3 : signification de l'état des LED.

Détection du signal 175 Hz.

Le problème de la détection du signal utile vient de sa faible amplitude (2% environ, soit -40 dB) par rapport à la tension nominale du secteur, et de la faible différence de fréquence des deux signaux :

Fsignal/Fpuissance = 175/50 = 3,5

Si on voulait utiliser des filtres analogiques, on devrait soit utiliser un circuit résonnant avec un coefficient de surtension d'au moins 10 à une fréquence de 175 Hz, c'est-à-dire utilisant une inductance de grande valeur bobinée sur noyau de fer, ce qui n'est pas miniaturisable aisément, soit utiliser un filtre passe-bas RC et alors il faudrait un filtre du 15ème ordre, c'est-à-dire utilisant 15 condensateurs et résistances !

Le filtre numérique offre l'avantage de ne pas consommer d'espace, si on possède déjà le microcontrôleur, puisqu'il s'agit uniquement d'un algorithme effectuant le traitement numérique des différents échantillons du signal d'entrée après conversion en nombres par le convertisseur analogique - numérique intégré à la puce.

Dans le cas présent, l'algorithme doit offrir les deux fonctions suivantes:

- Détecter la présence de 2 % de la pleine échelle d'un signal à 175 Hz ;

- Ne pas être perturbé par la présence du signal 50 Hz occupant toute l'échelle du convertisseur.

La détection est effectuée par détection synchrone. Cette méthode consiste à échantillonner le signal au double de sa fréquence fondamentale, et à soustraire les échantillons pairs des échantillons impairs. En effet, considérons le graphique de la figure 5.

L'échantillonnage du signal est représenté par les points aux sommets de la courbe. La fréquence d'échantillonnage étant le double de celle du signal, tous les échantillons impairs sont positifs, et tous les échantillons pairs sont négatifs. La différence entre un échantillon et le suivant vaudra donc l'amplitude crête à crête :

Acc=Ml-M2

La somme des 7 paires de mesures vaudra donc 7 fois l'amplitude crête à crête du signal. On pourra donc comparer cette valeur à un seuil et décider s'il y a ou non le signal à 175 Hz.

Mais que se passe-t-il avec le signal à 50 Hz ? Il est superposé au signal à 175Hz avec une amplitude très supérieure ; comment y être insensible ?

Considérons le signal à 50 Hz échantillonné aux mêmes instants de la figure 6.

On voit qu'il n'y a que deux périodes de 50 Hz pendant qu'il y a sept périodes du 175 Hz, comme il fallait s'y attendre, puisque le rapport des frequences est de 3,5. Si on observe la répartition des échantillons, on s'aperçoit que les mêmes valeurs de tension se répètent tous les sept échantillons :M1 est égal à M8, M2 à M9, etc. Or, comme on soustrait les échantillons pairs des échantillons impairs, on voit que :

(Ml+M3+M5+M7+M9+M11+Ml3) - (M2+M4+M6+M8+Ml0+Ml2+Ml4) = 0

Ainsi, si on choisit d'échantillonner le signal intéressant deux fois par période pendant sept périodes, il apparaît que le signal 50 Hz est sans effet puisque le résultat de son échantillonnage est nul. Bien entendu, ceci ne fonctionne que si les valeurs des fréquences sont respectées ; le principe permet une certaine tolérance sur la fréquence, mais nous ne rentrerons pas dans ces détails ici.

Il faut remarquer que les graphiques évoqués montrent l'échantillonnage du signal à 175 Hz à des instants bien choisis : au maximum et au minimum de la sinusoïde. Et si on prenait des points qui tombent sur le zéro de la sinusoïde ? Le signal détecté serait nul !

Comment alors s'assurer que l'on échantillonne bien au bon endroit ?

Si on regarde plus en détail l'expression de la tension détectée, on trouve la valeur suivante :

A = Acc x n x sinj

Où Acc est l'amplitude crête à crête, n est le nombre de périodes échantillonnées, et j le déphasage entre l'échantillonnage et le signal échantillonné

On voit que la valeur de A peut varier entre -nA et +nA selon la phase. Cette incertitude rend la mesure inutilisable.

Pour parer au problème, on va échantillonner le signal deux fois, dans deux canaux indépendants, mais les instants d'échantillonnage seront décalés d'un quart de période du signal à 175 Hz.

Aussi, on échantillonne le signal deux fois plus vite, soit 700 fois par seconde.

Les échantillons sont triés, de sorte qu'on accumule d'une part :

M1-M3+M5-M7... = S1

et d'autre part :

M2-M4+M6-M8... = S2

S = |S1+ |S2| =N x Acc x(|sinj |+|sin(j /2)|

qui varie avec le déphasage selon le diagramme de la figure 7.Cette somme n'est nulle que si le signal utile est absent.Dans le montage décrit, l'intégration se fait sur des tranches de 10 périodes secteur, ou 35 périodes du signal à 175 Hz, ce qui donne une sensibilité suffisante pour détecter le signal sans interférence du bruit présent sur le secteur. Le signal ne représente que 2 % de l'échelle de conversion qui fait 256 points, mais le moyennage sur 35 périodes permet de l'identifier malgré le bruit de conversion qui peut atteindre 10 points de conversion (2 fois l'amplitude crête à crête du signal utile). La somme S est enfin comparée à un seuil et si elle lui est supérieure, on incrémente le compteur de mesures positives mespos. L'algorithme de la détection du signal est représenté à la figure 8.

Une interruption est déclenchée par le timer interne du ST6 à une fréquence de 700 Hz. Le cycle de mesures comprend 140 interruptions au bout desquelles on calcule le cumul du signal, on le compare au seuil, et on incrémente le nombre de mesures positives mespos si la comparaison a confirmé la présence de la porteuse. On incrémente aussi inconditionnellement le compteur de mesures mesures, ce qui fournit une horloge à 5 Hz au programme principal qui détermine les positions des impulsions par comparaison du compteur de mesures avec des constantes calculées en conséquence.

Conseils pratiques pour le câblage du détecteur:

les deux condensateurs de 100nF X2 sont bien C5 et C6.
Le condensateur orange de 10nF/400Volts est C4
Le porte-fusible se place de l'autre coté de C4
la résistance de 2K2 se place entre d'un coté une broche relié à la partie C5/C6 et de l'autre côté à une diode 1N4007 cathode vers le centre de la carte. Ensuite par rapport au typon il faut placer DZ1 = BZX55C16V cathode vers le centre de la carte, ensuite une resistance de 1K ensuite la Zéner de 5V1 (noire) le coté blanc c'est la cathode est à placer au centre de la carte ensuite les leds LED1= verte et LED2= rouge verte coté bord de carte avec cathodes placées du côté opposé au microcontrôleur, ensuite il faut placer les condensateurs tantales 1µF et 10µF dans le bon sens le condensateur chimique de 220µF dans le bon sens ensuite le quartz de 8 Mhz, les deux capas de 22pF près du quartz un condensateur de 10nF classique C3, R2=100K, R3,R4= 6.8K, R1=68K.

Installation pratique du détecteur et fonctionnement:

à la mise sous tension la led rouge doit s'allumer brièvement ensuite seule la led verte reste allumée. et ensuite seule la led verte doit rester allumer ensuite dans l'après midi si il y a une alerte pour le lendemain , les deux leds doivent se mettre à clignoter constamment. ensuite le lendemain seule la led rouge reste allumée (fort tarif) ensuite si il y a une nouvelle alerte dans l'après midi les deux leds se mettent à clignoter constamment et ainsi de suite. Le détecteur doit rester brancher en permanence.

Le montage est réalisé sur un petit circuit imprimé simple face dont le cuivre et le plan d'équipement sont donnés figure 9 et 10. Le circuit est logé dans un petit boîtier branché sur le secteur par un câble muni d'une prise ordinaire. Aucune mise au point n'est nécessaire, le fonctionnement est immédiat.

Cependant, la signalisation des états de tarif étant donnée deux fois par jour, le détecteur doit être branché en permanence. Son état au démarrage est le "hors pointe" ; si on le démarre un jour de pointe, il ne l'indiquera pas le premier jour.

Pour en savoir plus sur le ST62XX le lecteur pourra se rapporter à l'ouvrage "Le ST62XX : mise en oeuvre progressive d'un contrôleur" par J-M- Delaplace et J. Luc Grégoriadès aux éditions Dunod.

J.M. DELAPLACE.

Un typon amélioré au Format BMP est donné dans le fichier suivant: typgf1.bmp Shift-Cliquer Pour télécharger le typon (16Ko).

le programme est donné dans le fichier detejp2.zip

Si vous désirez obtenir un typon sur film pour réaliser le circuit imprimé , voire pour obtenir le circuit imprimé du montage n'hésitez pas à me contacter à l'adresse suivante:

De même, je peux fournir le microcontrôleur ST62T20 programmé, n'hésitez pas à me contacter: matthieu.benoit@free.fr

Je peux fournir le détecteur monté et testé en boîtier ou sans boîtier (cf. photo exemple de présentation)

*** en cas de problème de secteur dans votre habitation ***
Enfin, et seulement dans ces cas je peux fournir une version modifiée fonctionnant à 4Mhz à n'utiliser que si vous êtes en bout de ligne EDF par exemple. (le programme du microcontrôleur est modifié pour fonctionner à 4MHz et la carte utilise dans ce cas des condensateurs X2 de valeur double soit 220nF, et la résistance de R5 de 2K2 passe à 1K - 3 Watts(RB59) à surelever légèrement du circuit imprimé. On peut remplacer la zéner de 16Volts par une diode 1N4007.
Version du programme modifiée pour fonctionnement à 4Mhz Shift-Click pour télécharger le programme @4MHz (10Ko).

notice de câblage détecteur EJP @ 4MHz

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Vous trouverez si après la description de la réalisation d'un compteur de jours au tarif EDF EJP et TEMPO (jours rouges et blancs)

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Une version commerciale d'un détecteur EJP basé sur une autre architecture est disponible à l'adresse suivante. Le seul désavantage est que l'alerte n'est plus matérialisée par le clignortement de 2 LEDS mais par une seule fixe et donc est moins visible. De plus ce détecteur n'est pas réparable : comme indiqué il est réalisé en technologie CMS.

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Si vous recherchez plus d'informations sur le protocole PULSADIS, vous pouvez demander le Guide des Spécifications Techniques EDF (référence HN) auprès du Centre de Normalisation d'EDF (92 CLAMART).

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Des informations concernant le système TEMPO d'EDF ainsi qu'une ébauche d'un projet pour utiliser les ordres PULSADIS TEMPO avec un PIC16C71 sont disponibles. Le schéma s'y rapportant est disponible dans le fichier : Schema2.pdf (Shift-Cliquer pour télécharger)
Enfin le principe de fonctionnement est décrit ici. Nomenclature et implantation , typon (format BMP) typon (format PDF) schema

autre schéma schema.pdf

photo du récepteur tempo en boîtier pour rail DIN 25 plots

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Vous trouverez ci après une adaptation du détecteur EJP avec la possibilité de commander un relais en fonction du tarif du jour et du tarif du lendemain.

la modification du programme EJP a fonctionné; tous les jours EJP on été détectés.

Schema3.pdf - Archive complète avec le programme du ST62T10 modifié : ejp.zip

le relais "Alerte" s'enclenche dés la détection du code en début d'aprés-midi, puis reste enclenché jusqu'au lendemain 7H ( ou 6h30)
le relais devait enclencher la charge d'un radiateur electrique à accumulation pendant les heures creuses et restituer la chaleur pendant les heures pleines.
La tension du relais est bien de 5V .
Le schéma a été fait avec Windraft.

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Ici vous trouvez un typon plus réduit de façon à mettre le détecteur dans le boitier coffret secteur SG1 (disponible entre autres chez Sélectronic):
Ce typon réduit a été développé par Arsène Bour.

typon au format BMP

version du détecteur pour commander un relais en heure de pointe

cette version ne prend pas en compte les alertes

Programme du st62t10 modifié :detejp2h.asm fichier HEX detejp2h.hex ; le branchement doit se faire entre le commun des leds et la broche 18 (PA1); En cas de pointe les deux leds s'éteignent et la sortie patte 18 passe à 5 Volts par rapport au commun des leds.

Méthode de test des détecteurs EJP - système Pulsadis

ejp_alerte.mp3 (MP3 - 400Ko)

ejp_pointe.mp3 (MP3- 400Ko)

ejp_fin pointe .mp3 (MP3 - 400Ko)

Il faut utiliser un transformateur d'isolement 230-230 V pour pouvoir se connecter sur l'entrée du détecteur sans danger.
Brancher le détecteur sur le secondaire du transfo en intercalant dans un des deux fils une résistance de 10 ohms 3 W.
Brancher aux bornes de cette résistance la sortie haut-parleur d'un amplificateur Hi-Fi classique, comme si la résistance était un haut-parleur.
connecter à l'entrée auxiliaire la sortie line-out de l'ordinateur.
Exécuter sur l'ordinateur l'un des fichiers joints qui contiennent les 3 séquences Pulsadis (normal, préavis, pointe).
régler le volume de l'ampli pour avoir entre 4 et 5 V efficaces aux bornes de la résistance (en utilisant un multimètre en position Volts alternatifs).
Le montage d'essai est prêt.
Mettre le détecteur EJP en marche (le connecter sur le montage).
Exécuter le fichier choisi.
A la fin de la séquence, l'état des LEDs change.

descriptif d'un contacteur jour-nuit vendu dans le commerce

note sur les tarifs EDF : Aller sur le site http://crochet.david.online.fr choisir la liste des dossiers techniques et sélectionner les tarifs EDF

http://whitehole.zoreil.com/cgi-bin/ejp.pl Ce service permet de recevoir par E-mail une notification la veille des jours EJP.

http://bleuciel.edf.com/abonnement-et-contrat/les-prix/les-prix-de-l-electricite/option-ejp/l-observatoire-52417.html Prévisions EJP sur le site internet d'EDF

n° de telephone edf pour l'ejp : Vous pouvez aussi obtenir par téléphone les informations sur les jours EJP, en composant le 0 891 67 77 77 (0,225 €/min: prix indicatif pour un appel local sauf surcoût imposé par certains opérateurs de téléphonie).

http://e.cocquerez.free.fr/index.php?2009/01/05/10-interface-pulsadis Cette interface permet de se connecter à la sortie "Téléinformation" du compteur EDF afin de "lire" les informations concernant la période tarifaire etc...

http://vesta.homelinux.free.fr/site/wiki/demodulateur_teleinformation_edf.html Demodulateur teleinformation EDF

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