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Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse5ème année Electronique et Systèmes Embarqués

Reverse Engineering

Le Courant Porteur en Ligne

Simon Bouvot <[email protected]>Brice Cavelier <[email protected]>

Alexis Ferte <[email protected]>Vuthy Sok <[email protected]>

Mengkoung Veng <[email protected]>

7 janvier 2014

Résumé

Le réseau filaire dédié ou les ondes radio ne sont pas les seules solutions pour relier lesappareils domestiques afin de les contrôler d’une manière plus ou moins intelligente. On parleici de Courants Porteurs en Ligne (CPL) : la technologie qui permet de transférer des donnéesnumériques en passant par les lignes électriques.

Nous avons étudié par groupe de plusieurs étudiants cette technologie au cours des séancesde BE. Nous sommes partis de 2 schémas électriques existants et y avons appliqués le principedu reverse engineering.

Table des matières

Description du projet 3Analyse du fonctionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1 L’émetteur 51.1 Description globale de l’émission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.2 Alimentation de l’émetteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.3 Adaptations des niveaux logiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.4 Isolation galvanique avec les optocoupleurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.5 Transmission des données au buffer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.5.1 L’UART . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.5.2 L’horloge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.5.3 Le contrôleur de BUS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.6 Buffer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.7 Encodage des données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.8 Transmission des données sur le réseau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.8.1 L’horloge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.8.2 Le modem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.8.3 Le filtre passe bande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.8.4 Le condensateur de découplage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.8.5 Diode Zener rapide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2 Le Récepteur 142.1 Description globale de la réception . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.2 Alimentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.3 Filtrage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.3.1 Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.4 Modem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.4.1 Configuration pour circuit on-chip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.5 Décodeur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.5.1 Adressage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.5.2 Fréquence de décodage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.6 Transceiver et commande du relais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.6.1 Transceiver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.6.2 Commande du relais par une bascule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

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Description du projet

L’objectif de ce projet est de s’initier au reverse engineering (rétro-ingénierie en français), c’est à direétudier un projet, et en déterminer le fonctionnement interne.

Deux schémas électriques nous ont été fournis. Nous les avons étudié en détails, nous avons identifiéplusieurs fonctions principales qui constituaient ce projet, ce qui nous a permis d’en déduire l’objet denotre étude : un émetteur et un récepteur CPL (Courant Porteur en Ligne) ayant pour vocation ladomotique.

Il convient donc dans un premier temps de comprendre le fonctionnement du CPL, afin de pouvoiranalyser de façon constructive les schémas qui nous sont proposés.

Tout d’abord voici un schéma de principe, sur le fonctionnement du CPL dans la domotique :

Figure 1 – Le CPL dans la domotique : un émetteur, plusieurs récepteurs

Analyse du fonctionnementL’ordinateur envoie des ordres à l’émetteur CPL. Celui-ci le renvoie sur le réseau électrique du bâtiment,

et le récepteur concerné traitera l’information pour activer un relais et fermer un volet, allumer le chauffageou encore éteindre le lumière. Sur ce schéma de principe seuls trois récepteurs sont représentés, cependantnous verrons par la suite que le récepteur que nous étudions est capable de s’adresser à 32 récepteursdifférents (identifiants de 5 bits).

Ensuite, comment l’information est-elle transportée via le réseau électrique ? Comme re-présenté sur la figure 2, la méthode consiste à superposer au courant électrique alternatif (50Hz/230V)un signal d’amplitude beaucoup plus faible et de fréquence beaucoup plus élevée. En Europe, le signala une fréquence comprise entre 9 et 150kHz. Pour l’amplitude il convient de travailler avec une tensionde l’ordre de quelques volts. Dans l’objet de notre étude, les concepteurs ont choisi de travailler avec untension de 5V, ce qui convient tout a fait.

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INSA Toulouse TABLE DES MATIÈRES

Figure 2 – Transmission d’information sur le réseau

En filtrant avec un filtre passe bande, atténuant suffisamment le 50Hz, les récepteurs sont capables delire l’information transmise.

Figure 3 – Réception de l’information du réseau

5ESE gr.2 / 22 7 janvier 2014

Chapitre 1

L’émetteur

1.1 Description globale de l’émissionLes données émises par le PC-HOST suivent le chemin suivant :

Figure 1.1 – Représentation du chemin suivi par les données

Le PC-HOST envoie en série les données à un driver/receiver (MAX232) faisant l’adaptation desniveaux logiques du pc à des niveaux logiques compatibles TTL/CMOS. Des optocoupleurs (6N137)assurent ensuite la protection de l’utilisateur, en séparant 2 domaines électriques (cf. alimentation), l’unétant référencé à la terre (donc potentiellement dangereux) et l’autre étant référencé indépendammentde la terre (protection de l’interface avec le host à laquelle l’utilisateur a accès).

Un UART (HD6402) traduit en parallèle les données et les transmet à un encodeur via un système debufferisation utilisant des bascules D (74175). Les données encodées sont envoyées toujours par le mêmecomposant(MC145026) à un modem (TDA5051) qui émet sur la ligne du secteur.

1.2 Alimentation de l’émetteurLe système est alimenté suivant 2 circuits délivrant la même tension 0 − 5V . L’un est référencé à la

terre appelée "masse" et fournit la tension V DD2 marquée en bleu sur nos schémas, et l’autre possèdeune référence indépendante de la terre notée ”gnd” et fournit la tension de référence V DD1 marquée enrouge sur nos schémas.

Le circuit d’alimentation référencé à la terre (V DD2) alimente tous les composants auquel l’utili-sateur ne va pas accéder, notamment le modem qui émet sur le secteur. Il doit donc être à la mêmeréférence que le secteur. La tension V DD1 alimente la partie protégée du circuit située en amont del’isolation des optocoupleurs, c’est-à-dire les suiveurs et le driver/receiver.

La structure de l’alimentation peut donc se schématiser ainsi :

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INSA Toulouse CHAPITRE 1. L’ÉMETTEUR

Figure 1.2 – Représentation de la séparation des domaines d’alimentation

Les 2 circuits présentent ensuite la même structure (figure 1.3) : un redresseur en sortie des secon-daires 9V du transformateur, un pont de diodes redresseur, une capacité de lissage de 100nF (valeur icisurdimensionnée, mais communément utilisée avec le 7805) et un régulateur de tension 5V.

On observe aussi plusieurs capacités de découplage de 100nF , qu’on imagine être situées à proximitéde chaque composant pour éviter les perturbations dû à la longueur des pistes.

Figure 1.3 – Alimentations du récepteur

On remarque une erreur grave sur le schéma global de l’émetteur (figure 1.4). En effet tout le systèmede protection ne joue pas son rôle car le circuit d’alimentation "protégé" se retrouve à un moment surun point du montage référencé à la terre (en sortie du modem). Il en suit que tout le reste du circuitd’alimentation est référencé à la terre.



Figure 1.4 – Erreur d’alimentation dangereuse

1.3 Adaptations des niveaux logiquesEn sortie du PC-HOST on ne sait pas les valeurs des niveaux logiques. On peut se douter qu’il s’agit

de valeurs TIA/EIA. En tout cas, comme montré sur la figure ci 1.5, les TX et RX du PC-HOST sontconnectés à un Driver/Receiver (MAX232) pouvant assurer la conversion de niveaux logiques situés entre±30V en entrée, à des niveaux 0.8V/2V (compatibles TTL/CMOS) en sortie.

Figure 1.5 – Adaptation des niveaux logiques entre le PC-HOST et le circuit via le MAX232

Ainsi, dans le sens TX (PC-HOST vers circuit), le MAX232 traduit les signaux du PC-HOST avecdes niveaux "TTL/CMOS", et dans l’autre sens (RX, circuit vers PC-HOST), il traduit les signauxTTL/CMOS en logique ±7V compréhensible par le PC.

1.4 Isolation galvanique avec les optocoupleursLes optocoupleurs (6N137) permettent de conserver l’isolation galvanique (obtenue grâce au transfor-

mateur par couplage magnétique) sur la partie du circuit pouvant être en contact avec l’utilisateur. Il ya un optocoupleur pour la communication UART vers PC-HOST, et un optocoupleur pour la communi-cation PC-HOST vers UART.

On remarque les références "masse" et "gnd" sont présentes de manière cohérente de part et d’autredes optocoupleurs ("masse" du côté non protégé, "gnd" du côté protégé). De la même manière on observeque l’alimentation nécessaire pour faire fonctionner la led dans l’optocoupleur est cohérente dans les 2cas avec la protection du circuit.



Figure 1.6 – Uart vers PC-HOST Figure 1.7 – PC-HOST vers UART

On notera que pour réaliser l’adaptation d’impédance à l’entrée des l’optocoupleurs, le concepteur ainstallé des suiveurs (du même composant : le 4010), comme montré ci-dessous :

Figure 1.8 – Adaptation d’impédance via des suiveurs

On remarque la récurrence de 5 suiveurs (mis en parallèle) en entrée de l’optocoupleur. Cette récur-rence est obligatoire pour fournir le courant nécessaire à la reconnaissance des niveaux logiques pourl’optocoupleur. En effet le 6N137 a typiquement besoin de recevoir 1mA en entrée, or au niveau hautun suiveur du 4010 n’assure que 0.2mA en sortie, d’où la nécessité d’en placer 5 en parallèle. Ainsi lescourants s’additionnent et on atteint 1mA.

Du côté de l’émetteur du signal logique (MAX232 ou UART), on ne place qu’un seul suiveur, et dansles deux cas, cela suffit pour assurer la bonne compréhension des niveaux logiques.

1.5 Transmission des données au bufferCette partie de l’émetteur permet d’envoyer les données reçues par le PC, au buffer. Elle est constituée

de 3 éléments principaux :

– l’UART, qui parallélise les données en provenance du PC et retourne un signal d’acquittement.– Le contrôleur de bus, qui est en fait une temporisation permettant d’acquitter fictivement la bonneréception des données, en réinitialisant le registre de sortie de l’UART.

– L’horloge, qui est le coeur de l’UART.



Figure 1.9 – Transmission des données au buffer

1.5.1 L’UARTComme dit précédemment, l’UART (HD6402) sert à paralléliser les données en provenance du PC.

Elles arrivent en série sur le broche RRI. Il bascule alors les bits sur les sorties RB1 à RB8, et lorsqu’unoctet complet est reçu, il met la broche DR à 1.

Lorsque DRR est à 0, il met TRO à 1 pour acquitter la réception de l’octet par l’encodeur. Les brochesRRC et TRC sont les entrées pour l’horloge. L’UART peut fonctionner jusqu’à une fréquence de 8MHz.C13 est un condensateur de découplage.

1.5.2 L’horlogeElle est constituée d’un quartz de 2.4576MHz, de deux condensateurs et d’une résistance pour faire

fonctionner le quartz, ainsi que d’un compteur asynchrone utilisé pour diviser la fréquence. Étant donnéque l’on utilise la sortie Q4 du compteur, on divise la fréquence par 32, soit une fréquence finale de76.8kHz (largement dans les capacité de l’UART).

Remarque : pourquoi ne pas avoir utilisé un quartz avec une fréquence plus faible ? Pour la dérive de lafréquence. En effet, la fréquence de fonctionnement d’un quartz dérive, et en la divisant on divise d’autantplus l’erreur due à la dérive.

1.5.3 Le contrôleur de BUSComme dit précédemment, il est là pour créer un acquittement fictif de la réception de l’octet par

l’encodeur. En fait lorsque le CI devant réceptionner les données les a bien reçu, il transmet le signal àl’UART en envoyant 0 sur sa broche DRR. Étant donné que le buffer conçu par la suite est à sens unique,cela n’est pas possible. C’est donc ce petit circuit constitué de deux résistances, un condensateur et untransistor qui met DRR à 0 après un certain temps.

Comment fonctionne t-il ?

Lorsque DR est mis à 1, C16 se charge à travers R6 avec un certain temps. Lorsque C16 a atteint leniveau de seuil de T3, celui-ci devient passant, et met alors DRR à la masse.



Combien de temps met le contrôleur de BUS pour mettre DRR à la masse ?

Pour que T3 soit passant il faut que V(C16) soit égal à 0.6V . Or :

V (C16) = V (DR) ∗ (1− e−t∗RC)

D’oùt = −RC ∗ ln(1− V (C16)

V (DR) ) = 600.817 ∗ C16

On va donc choisir C16 en fonction de cette formule :

C16 = tempsattente

601

Remarque générale : Si on devait refaire une telle application aujourd’hui, on utiliserait un simplemicrocontrôleur. Ce serait plus économique, plus rapide et plus simple à mettre en œuvre.

1.6 BufferLe buffer permet de maintenir les niveaux logique des bits en entrée de l’encodeur, tant qu’un nouvel

octet n’a pas été transmis. Ici, le buffer a été fait avec de simples bascules D, travaillant avec les mêmesniveaux que l’encodeur et l’UART.

Figure 1.10 – Buffer

Les sorties RB1 à RB8 de l’UART sont mises sur les entrées D1 à D4 des deux bascules, puis lorsqueDR est mis à 1, CLK est mis à 1 sur les deux bascules, et donc les entrées D1 à D4 sont recopiées sur lessortie Q1 à Q4 et maintenues ainsi jusqu’à l’envoie du prochain octet.

1.7 Encodage des donnéesL’encodage des données est fait par unMC145026. Il permet dans un premier temps d’encoder l’adresse

du récepteur et les données à transmettre, et dans un deuxième temps de transmettre les données avecun certain débit au modem.



Figure 1.11 – Encodage des données

Sur la figure, on peut voir à droite :– 5 bits pour choisir l’adresse du récepteur (de A1 à A5)– 2 bits de données (A7 et A8)– Un bit de transmission, TE qui permet l’envoie des données lorsqu’il est à l’état bas

Le condensateur C19 permet de découpler l’alimentation du composant.Dout est la sortie de l’envodeuret envoie les données sérialisées et codées avec un débit fixé par R11, C20, R12 et POT1. C’est le construc-teur qui propose ce circuit. Il préconise ensuite plusieurs choses : RS doit être supérieure ou égale à deuxfois RTC. Ici :

RS = R11 = 100kΩ RTC = R12 + POT1 = 47.06kΩ

La première condition est donc respectée.

RS ∗ 5pF doit être très inférieur à CTC ∗ RTC

RS ∗ 5pF = 5 ∗ 10−7 CTC ∗RTC = C20 ∗ (R12 + POT1) = 10353.2 ∗ 10−7

Soit CTC ∗RTC est 2070 fois plus grand que RS ∗ 5pF , la deuxième condition est respectée.

RSmin = 20kΩ RTCmin = 10kΩ 400pF < CTC < 15uF

Toutes ces conditions sont donc respectées. Enfin le constructeur nous donne :

f = 12, 3 ∗RTC(CTC + Clayout + 12pF ) = 419.72Hz

On est largement en dessous de la fréquence minimum de 1kHz pour s’affranchir du bruit. Nous avonsnégligé le condensateur de layout, mais selon le constructeur il est de quelques dizaines de pico : pourgarder ces valeurs de RS, RTC et CTC il faudrait un condensateur de layout d’une dizaine de microminimum.

Alors, quelle est la solution ?

Une capacité pour C20 = 5nF serait appropriée.

1.8 Transmission des données sur le réseauLa transmission des données se fait grâce au circuit suivant. La transmission nécessite plusieurs élé-

ments :

– Un filtre passe bande pour filtrer le 50Hz– Une diode Zener pour limiter la tension à 5V aux bornes du modem (protection)



– Un modem pour envoyer les données– Une horloge pour cadencer le modem

La présence de ces éléments est préconisée par le document constructeur du modem.

Figure 1.12 – Transmission des données sur le réseau

1.8.1 L’horlogeL’horloge est là pour cadencer le fonctionnement du modem. Elle est constituée d’un quartz de

7.3728MHz, de deux condensateurs et d’une résistance pour faire fonctionner le quartz.

1.8.2 Le modemLe modem est un TDA5051. C’est un modem conçu pour la transmission des données sur le réseau

électrique 50Hz/230V. Il reçoit des données par le broche DATAin puis les transmet avec une modulationASK (modulation d’amplitude). Le signal de sortie a une amplitude de 3.56V et une tension moyenne de2.5V .

Le document constructeur nous dit que :

fhorloge

fporteuse= 64

La porteuse du signal de ce modem aura une fréquence de 115.2kHz.

1.8.3 Le filtre passe bandeIl s’agit un filtre LC placé entre la sortie du modem et le réseau électrique domestique. Son étude est

réalisée dans la section 2.3 (page 14) étant donné qu’il est aussi présent au récepteur.



1.8.4 Le condensateur de découplageEncore une fois, les préconisations du constructeur sont respectées. Un condensateur de découplage

permet de supprimer l’offset de sortie du modem.

1.8.5 Diode Zener rapideCe petit circuit composé d’une diode Zener avec une tension de seuil de 5.6V, une diode classique avec

une tension de seuil de 0.6V et une résistance de polarisation de 1kΩ.

L’objectif est de limiter la tension sur la broche de sortie du modem à 6.2V, afin de le protégerd’éventuels pics de tension qui ne seraient pas filtrés.

Comment fonctionne t-il ?

La résistance R14 polarise en permanence la diode TZ1 qui est lente à entrer en conduction. S’il y a unpic de tension sur le réseau, la diode D1 entre en conduction très rapidement, et limite ainsi la tensionsur la broche du modem.


Chapitre 2

Le Récepteur

2.1 Description globale de la réceptionLes données récupérées sur le réseau 50 Hz sont filtrées puis mises en forme pour être démodulées. Elles

sont ensuite décodées si l’adresse est conforme et permettent de piloter un relais grâce à un transceiver.

2.2 AlimentationL’alimentation du récepteur a une structure classique : un transformateur, un pont de diodes redresseur

puis 2 condensateurs de lissage, suivi enfin d’un régulateur 5V (comme pour l’émetteur). On retiendracependant cette fois-ci qu’un condensateur de 470µF a été ajouté pour le lissage. Ne connaissant pas latension au secondaire du transformateur, et sachant qu’en considérant le courant constant en entrée durégulateur, on a la relation suivante :

C = I

∆V ·∆t

.

Ayant ici un condensateur de forte valeur, on peut supposer que le secondaire du transformateur estinférieur à 9V (valeur du secondaire du transformateur).

Figure 2.1 – alimentation du récepteur

2.3 FiltrageLes informations utiles circulant sur le réseau, on va venir démoduler le 50 Hz du signal comportant

les data. On filtre alors le 50Hz. Pour que le décodage de l’information puisse se faire correctement, il estimpératif que l’écart de fréquences entre les 2 signaux soit très important.

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INSA Toulouse CHAPITRE 2. LE RÉCEPTEUR

Figure 2.2 – Extraction du signal codé contenant l’information véhiculée

On trace le diagramme de Bode du filtre suivant.

Figure 2.3 – Filtrage du 50Hz

Figure 2.4 – Diagramme de Bode du filtre passe-bande

On remarque que :– la fréquence de 50Hz est atténué de 120dB– le signal utile ( 7.3728MHz

64 soit 115.2kHz) est amplifié de 18dB : il est situé entre les 2 fréquencesnaturelles du filtre (173.8kHz et 66.07kHz)



2.3.1 ProtectionLe filtrage du 50Hz étant réalisé, on a donc notre information utile en sortie du filtre. Cependant,

avant de décoder l’information, il est important de protéger l’aval du circuit en éliminant une probablecomposante continue. On utilise donc les condensateurs de liaison C8 = 1µF et C9 = 10nF pour assurerune composante continue nulle.

Figure 2.5 – Protection du montage aval

Diode Zener à commutation rapide

Afin de limiter les surtensions, une diode Zener D2 a été installée. De par leurs caractéristiques, lesdiodes Zener sont idéales pour écrêter des surtensions. Afin de polariser celle-ci, R2 = 1kΩ est utilisée ;la diode D1 qui est plus rapide que la diode Zener permet de réduire le temps de commutation de cettedernière.

Les condensateurs C10 et C11 en parallèle de D2 filtrent la tension à ces bornes. La somme de D1 etD2 revient à avoir une diode de suppression de tensions transitoires, ce qui permet de conférer un tempsde réponse très faible (point faible de la diode Zener seule) lors de la commutation de la diode Zener.

2.4 ModemLe montage permettant désormais d’avoir un signal "protégé", il est temps de démoduler l’information

transmise grâce au modem TDA5051 monté en démodulateur. Celui-ci est alimenté sous VDD = 5Vcontinu, il est de type ASK (Amplitude Shift Keying).

Figure 2.6 – Démodulation du signal utile



On répertorie dans le tableau suivant le brochage du chip.

Pin name Connection

Vddd,Vdda,Vddap Alimentation VDD

DGND, APGND, AGND Masse

OSC1, OSC2 Paramétrage de la fréquence

RXIN Données filtrées

DataIN à connecter à l’alimentation : fonction non utilisée en démodulation

DataOUT Signal démodulé, niveaux logiques 1 et 0

2.4.1 Configuration pour circuit on-chipLe quartz à 7.3728MHz 1 est connecté aux broches OSC1 et OSC2 tel que sur la figure 2.7. La

documentation précise que C1 = C2 = 27 to 47 pF soit 27 pF dans notre cas. De même, la résistanceRP = 2.2 to 4.7 MΩ ; le designer a cependant choisit 1MΩ.

Figure 2.7 – Choix de la fréquence, brochage

2.5 DécodeurLes données étant codées lors de l’émission, il faut donc les décoder : le MC145027 permet de faire cela.

Fonctionnement du MC145027

Ce décodeur reçoit les données du démodulateur et transmet celles-ci en sortie selon certaines condi-tions. La donnée transmise est examinée bit à bit lors de la réception. Les 5 premiers bits correspondentà l’adresse du récepteur : si l’adresse du récepteur concorde avec l’adresse de réception locale (on verrapar la suite qu’un émetteur peut communiquer avec 32 récepteurs), alors les 4 bits suivants (données)sont stockés mais pas encore transmis en sortie.

Quand le second mot binaire est reçu, on vérifie l’adresse du récepteur. Si elle est bonne, les nouveauxbits de donnés sont comparés aux bits stockés auparavant. Si les 2 mots binaires correspondent, la donnéeest transférée en sortie par la broche VT et reste jusqu’à ce qu’une nouvelle donnée vienne la remplacer.Au même instant, la broche de sortie VT est mise au niveau logique haut et y reste jusqu’à ce qu’uneerreur se produise ou qu’une absence de signal d’entrée soit détectée.

2.5.1 AdressageLe décodeur voit une adresse lui être attribué grâce au paramétrage des broches A1 à A5. Ces dernières

sont configurables manuellement en modifiant la position des switchs du SCHIEB6 : ses broches étantdirectement connectées à l’alimentation par l’intermédiaire de 5 résistances de pull-up quand les switchssont ouverts (R6 à R10). On peut donc, à un émetteur, associer 25 soit 32 récepteurs étant donné que 32adresses sont disponibles.

1. fOSC OSCILLATOR FREQUENCY : 6.080 to 9.504 MHz



Figure 2.8 – Choix de l’adresse du décodeur

Ce chip permet donc de n’autoriser que le paquet ayant l’adresse du récepteur local à pouvoir trans-mettre des données. Les broches DIN (Data in) et VT (Valid Transmission) permettent respectivementde recevoir les données (broche dédiée à la réception) et d’acquitter de la réception d’une nouvelle donnée(mise à jour du bit reçu). Lorsque la broche VT passe au niveau logique haut, les broches D7 et D8 sontactivées et transmettent les ordres au transceiver qui commandera le relais.

2.5.2 Fréquence de décodageLa partie à gauche du MC145027 permet de paramétrer la fréquence de décodage des données. Il est

important que cette fréquence soit égale à la fréquence d’encodage utilisée lors de l’émission. Il s’agit de2 constantes de temps RC permettant de rêgler cette fréquence de décodage. On se propose de calculeranalytiquement les fréquences associées encadrés en bleu et rouge sur la figure 2.9.

Figure 2.9 – Choix des fréquences de décodage

Les données étant encodées à une certaine fréquence réglable grâce à un potentiomètre, il faut quele décodeur soit doté de la même fréquence. Cela permettra de détecter la largeur d’impulsion des bitsarrivant ainsi que la réception d’un mot reçu et donc quand la transmission est terminée. On rappelleles 3 relations de la documentation constructeur : la fréquence d’encodage ainsi que les relations liant lesconstantes de temps de l’encodeur et du décodeur.

fencod = 12.3 ∗ (R12 + POT1) ∗ (C20 + 20pF 1)

⇒ fencod = 12.3 ∗ τencod

(2.1)

τdecod1 = 3.95 ∗ τencod τdecod2 = 77 ∗ τencod

Avec côté émetteur :τencod = (R12 + POT1) ∗ C20

1. Capacité parasite



Et côté récepteur :

tdecod1 = (R4 + POT2) ∗ C17 tdecod2 = (R5 + POT1) ∗ C19

Détection de la largeur d’impulsion

Les composants R4, POT2 et C17 sont utilisés pour déterminer si l’impulsion reçue est étroite ou large.

R4 = 16kΩ POT2 = 50kΩ C17 = 100nF

On a choisit d’utiliser un potentiomètre pour pouvoir régler manuellement la valeur de la constante detemps. On calcule les constantes de temps minimale et maximale en fonction des extremums de POT2 :

tdecod1min = (16k + 0) ∗ 100n = 1.6ms tdecod1max = (16k + 50k) ∗ 100n = 6.6ms

Il faut donc vérifier que les valeurs tdecod1minet tdecod1max

calculées correspondent aux constantes detemps associées à la plage de fréquence de l’encodeur [τencodmin

; τencodmax]. La constante de temps devant

être fixée à 3.95 fois la période d’horloge de l’encodeur (la magie du constructeur), on a la relation :

τdecod1 = 3.95 ∗ τencod

En faisant intervenir la fréquence d’horloge de l’encodeur, on a grâce à l’équation 2.1 :

τdecod1 = 3.952.3 ∗ fencod

Étant donné le potentiomètre de l’encodeur, on a [fencodmin; fencodmax

] = [419.568Hz ; 459.18Hz]donc :

τdecod1min= 3.95

2.3 ∗ 459.18 = 3.7ms τdecod1max= 3.95

2.3 ∗ 419.568 = 4.09ms

On remarque que les 2 plages de période de décodage calculées, d’une part avec les composants côtérécepteur et d’autre part avec la fréquence d’encodage, font une intersection :

tdecod1min< τdecod1min

< τdecod1max< tdecod1max

Soit :1.6ms < 3.7ms < 4.09ms < 5.6ms

Il faudra donc régler manuellement le potentiomètre POT2 afin d’avoir la fréquence du décodeur égaleà celle de l’encodeur.

Détection d’un mot reçu et de la fin de transmission

Afin de détecter la réception d’un mot ainsi que la fin d’une transmission, on utilise R5, POT1 etC19. La constante de temps associée est utilisée pour déterminer quand la broche Din est à 0 (fin detransmission). On utilise les relation précédemment énoncée :

tdecod2 = (R5 + POT1) ∗ C19 τdecod2 = 77 ∗ τencod

De manière similaire à précédemment, on a :

tdecod2min= 61.1ms tdecod2max

= 108.1ms

τdecod2min= 77

2.3 ∗ 459.18 = 72.9ms τdecod2max= 77

2.3 ∗ 419.568 = 79.79ms

On remarque la même chose que le cas plus haut, il existe une intersection entre les 2 intervallescalculés : il faudra ajuster manuellement le potentiomètre POT1.

Après avoir réglé manuellement les 2 potentiomètres, l’information peut donc circuler et aller à larencontre du transceiver.



2.6 Transceiver et commande du relais2.6.1 TransceiverLe relais (application associée à ce récepteur) est contrôlé par l’intermédiaire d’un transceiver. Ce

dernier (40245) est un transceiver 8 bits permettant de générer une sortie à 3 états. Les broches DIR(Direction input) et EN (Output enable input) permettent le paramétrage de 3 modes de fonctionnementdécrit ensuite.

Figure 2.10 – Buffer - Transceiver 8 bits avec sortie 3 états

Table de vérité du transceiver

La broche DIR est connectée au Vdd, on a donc selon la table de vérité 2 possibilités.

Figure 2.11 – Table de vérité du transceiver

Recopie de la sortie

Les broches An sont en entrée, les broches Bn en sortie, il y a recopie de An vers Bn.

Haute impédance

Il n’y a pas de recopie, les broches An et Bn sont en hautes impédances (Z). En effet, le courant passedirectement dans la résistance R11.

La broche VT du décodeur commande la sortie du transceiver

Les bits arrivant sur An sont recopiés en sortie Bn lorsque EN est au niveau logique bas. C’est labroche VT du décodeur qui commande EN ; en effet :

– Lorsque VT passe à 1 (donnée validée par le décodeur), EN passe à 0 (mode 1) alors les entréesSet et Reset sont recopiés en sortie (A0 et A1 vers B0 et B1).

– Lorsque VT passe à 0 (pas de donnée en sortie du décodeur), EN passe à 1 : on est donc dans lemode 2

2.6.2 Commande du relais par une basculeUne bascule RS à base de NAND est installée afin de commander le relais.



Figure 2.12 – Commande du relais

Table de vérité de la bascule

S R Qn+1

0 0 X

0 1 0

1 0 1

1 1 Qn

Les résistances R11 et R12 de 10kΩ permettent d’initialiser la bascule à la mise sous tension du récep-teur : l’entrée SET sera à 0 et l’entrée RESET à 1, on aura donc 0 en sortie. La capacité C20 pourra alorsse charger.

Commande du relais : un transistor de commutation

La bascule précédente fait office d’interrupteur vis à vis du montage à transistor qui commande lerelais. Afin de commander ce dernier, il est indispensable d’utiliser une interface en courant réalisée parun transistor de commutation : le courant débité par la bascule est bien trop faible pour commander lerelais.

Le transistor NPN voit sa base polarisée par la résistance R13 = 27kΩ. La diode D3 est une diodede roue libre rapide (1N4148 très probablement), elle permet de protéger le transistor contre les surten-sions destructrices. La led D5 est polarisée par R14Ω = 240Ω : c’est un témoin lumineux permettant àl’utilisateur de connaître l’état de marche du relais.

Fonctionnement du montage

Pour résumer, lorsque la sortie Qn de la bascule est à 0, il n’y a pas assez de courant pour polariserR13 donc le transistor est bloqué : il n’y a pas de courant dans le relais donc la led D5 est éteinte.

Lorsque la sortie Qn de la bascule passe à 1, le transistor est passant donc un courant peut circulerdans le relais et donc faire allumer la led : le relais fonctionne.


Table des figures

1 Le CPL dans la domotique : un émetteur, plusieurs récepteurs . . . . . . . . . . . . . . . 32 Transmission d’information sur le réseau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Réception de l’information du réseau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.1 Représentation du chemin suivi par les données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.2 Représentation de la séparation des domaines d’alimentation . . . . . . . . . . . . . . . . 61.3 Alimentations du récepteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.4 Erreur d’alimentation dangereuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.5 Adaptation des niveaux logiques entre le PC-HOST et le circuit via le MAX232 . . . . . 71.6 Uart vers PC-HOST . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.7 PC-HOST vers UART . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.8 Adaptation d’impédance via des suiveurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.9 Transmission des données au buffer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.10 Buffer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.11 Encodage des données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111.12 Transmission des données sur le réseau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.1 alimentation du récepteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.2 Extraction du signal codé contenant l’information véhiculée . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.3 Filtrage du 50Hz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.4 Diagramme de Bode du filtre passe-bande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.5 Protection du montage aval . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.6 Démodulation du signal utile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.7 Choix de la fréquence, brochage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.8 Choix de l’adresse du décodeur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182.9 Choix des fréquences de décodage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182.10 Buffer - Transceiver 8 bits avec sortie 3 états . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.11 Table de vérité du transceiver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.12 Commande du relais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

22

institutnationaldessciencesappliquéesdetoulouse 5 ...bouvot/cours/5ae/reverse engineering... · on...

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