[Tuto] Grenade aveuglante électronique.

Salut l'équipe,
aujourd'hui un petit tuto concernant la réalisation d'une grenade aveuglante (plus communément appelé grenade flash) électronique.

Principe
Le corps d'irritation que je vous présente se base sur une simple série de LEDs, qui flashent à vitesse prédéfinie.
Le corps d'irritation fonctionne tel que :
- Période d'attente avant mise en route, réglable
- Période de flash, réglable
- Fin du flash, ne fait plus rien jusqu'à réarmement du système
La vitesse du flash est elle aussi réglable.

Prérequis
Pour mener à bout ce tuto, il vous faudra un peu de matériel :
- Fer à souder + étain
- Du fil fin
- Veroboard (plaquette pour prototypages de circuits)
- Composants électroniques tels que détaillés ci-dessous (liens donnés)
- Pile 9 [V]
- Selon votre créativité, le matériel pour créer la shell
- Pour les amateurs, je vous conseille de vous procurer le logiciel gratuit LTSpice pour la conception et simulation de circuits. Ci-joint le fichier de simulation. Si vous prévoyez de faire le même projet avec d'autres composants, attention à modifier le fichier en conséquence (par exemple, vous verrez, les alimentations des ampli-op qui sont ici à 6 [V] car mes circuits sont clairement de la daube ...).

Schéma (de simulation) et explications
Vous vous en doutez, il y'a bien des manières d'arriver à la conception d'un circuit. J'ai choisi l'une des premières qui m'est venue à l'esprit, sans débattre sur le solutions annexes.



Ne partez pas tout de suite, le système est simple et le voici (ce qui apparaît coloré est une explication plus poussée du pourquoi du comment, surtout pour ceux qui voudraient tout comprendre ):

Délai avant flash
Lors de l'activation de la grenade, les composants R26, D12, R27 permettent de charger le condensateur C10. Un condensateur, c'est comme une petite batterie. On le charge lentement, ce qui permet de créer le temps d'attente. Il se charge tel que :
Ensuite, grâce à R1 et R2, on crée une tension de référence que l'on compare grâce à U11 à le tension du condensateur. Lorsque le condensateur a une valeur plus haute que celle de référence, la sortie de U11 va saturer à la valeur d'alimentation de U11 (généralement, proche de la valeur de base de la pile). Ceci va donc permettre d'alimenter la suite du circuit.
Doú vient la possibilité de régler en tout temps le temps avant flash ? R1 est enfait un potentiomètre de 20 [kOhms], ce qui permet donc de le régler en tout temps et ainsi d'obtenir des valeurs de 0 [s] (allumage direct) à env. 5 [s] (potentiomètre à 20 [kOhms]).
R26 permet la charge du condensateur. En le chargeant à l'aide d'un courant (et non pas mettre une tension directement à ses bornes), on obtient une courbe typique de charge du condensateur tel que présenté avant. D12 permet d'empêcher le condensateur de se décharger, le courant ne pouvant revenir en arrière. R27 permet au condensateur de se décharger lorsque le circuit n'est plus alimenté (sinon, en réarment le circuit, le condensateur serait déja chargé et ainsi l'étape "sautée") et de limiter la tension maximale.
R1 et R2 sont un simple diviseur de tension, oú l'on trouve la tension de référence Uref = Ualim * (R1/(R1+R2)).
U11, un simple ampli-op. Ces derniers permettent de faire énormément de choses, mais ils sont ici câblés comme simples comparateurs. Celui-ci est ici alimenté en 6 [V], car les petits circuits chinois que j'ai acheté sont vraiment de mauvaise qualité, et ainsi avec Ualim = 9 [V] la tension de sortie maximale est d'env. 6 [V].

Délai de durée des flash
C'est exactement le même principe que précédemment. La seule différence est que l'alimentation du circuit est faite selon la sortie de U11, donc le condensateur ne se charge qu'après les X secondes du délai avant flash.
La même chose qu'avant pour R3 qui est en faite un potentiomètre de 50 [kOhms]. Il permet d'arriver à des flashs d'un temps de 0 [s] (pas vraiment utile) à un temps ..... infini .... Pardon ?!?
Ici, on utilise exactement le même principe qu'avant : on compare la tension du condensateur à une valeur de référence. Sauf que, contrairement à avant, le valeur de référence peut être plus grande que la valeur maximale que pourra atteindre le condensateur. Ainsi, U12 ne changera jamais sa valeur de sa sortie, comme la tension du condensateur sera toujours plus petite que celle de référence. On a donc un circuit qui permet aussi de laisser flasher jusqu'à réarmement de la grenade.
Oui, c'est écrit 15 [s] sur le fichier. Cela dépendait du condensateur employé.

Création des pulsations de flash
Pour fabriquer les pulsations, les fameux flash, j'utilise ici un circuit NE555 câblé en tant que timer, U10.
C'est un schéma typique, donc il n'y pas énormément d'explications à faire. La seule qui nous intéresse est le couple R5 - R32, qui permet de fixer la fréquence des flashs.
R5 est un potentiomètre de 2 [kOhms], et permet de régler la fréquence d'env. 28 [Hz] (R5 min) à 10 [Hz] (R5 max).
Le dimensionnement de la fréquence se base sur la formule f = 1 / (2*(R6+R22)*C12). Dans le dimensionement tel que présenté, le duty cycle est de 50 [%] (même temps ON que OFF).

Détetion de "quand flasher"
Maintenant que nous avons nos deux "pulsations", on doit déterminer quand "allumer les flash".
En regardant les deux pulses (sorties de U11 et U12) :

Nos flash doivent apparaître après le délai avant flash et disparaître après la durée des flash. On voit bien sur l'image que c'est quand les deux pulsations sont actives.
On peut traduire ça tel que Flash = U11 * U12 !!! numériquement parlant; le "*" signifie ET !!!
On active donc les flash quand U11 et U12 ont des valeurs positives. Vient donc une multitude de possibilités pour détecter ces pulsations, mais j'utilise ici de simples diodes (D15 et D16), câblées pour simuler une porte logique AND.
Elles sont mises à l'envers par rapport aux sorties de U11 et U12. La résistance R33 est une pull-up, qui permet de mettre la pin RST au +9 [V] de base. Dès qu'une sortie (U11 ou U12) est à 0 [V], la diode correspondante conduit et la valeur de RST passe à Ud (Ud de la 1N4148 env. = 0.55 [V]). Dès que les deux sorties ont des valeurs positives, les diodes ne conduisent plus et RST peut passer à env. 9 [V]. A ce moment, le circuit NE555 s'active et les flash commencent.
!!! Les diodes sont importantes. Si Ud est trop élevé, le NE555 restera toujours activé (pour qu'il soit éteint, selon le datasheet, RST ne devrait pas dépasser env. 0.7 [V]). !!!

Sortie
La sortie peut être reprise directement du NE555 jusqu'à env. 225 [mA]. Si les LEDs que vous branchez ne consomment pas plus, il suffit de les brancher et le tour est joué
Malheureusement, il est fort possible que votre charge de sortie soit plus gourmande que ça. Je mets cette section en couleur car il faut connaître un peu les transistors pour comprendre.
Il est possible de réaliser un driver de courant, qui permettra de conduire des charges plus gourmandes. Pour cela, j'utiliserai un transistor NPN, quel que soit le modèle.
Vous trouvez ce qu'on appelle le datasheet de votre composant, qui est en soit sa carte d'identité. Dedans, vous aurez besoin de trouver les informations suivantes :
- B (bêta), appelé aussi Hfe, qui est le gain du transistor
- Ic(max), qui est le courant constant maximal pouvant traverser le transistor du côté collecteur
- Vbe, qui est la valeur de la tension de la diode base-émetteur
- Vce, la tension minimale qui sera "prise" par le transistor en saturation entre le collecteur et l'émetteur

Ensuite, vous branchez votre transistor tel que :

Il faut maintenant utiliser les informations trouvées pour dimensionner le driver, et voir s'il ne brûlera pas ^^
- Première chose, déterminer Ic, qui est le courant de charge (vos LEDs par exemple). Si vous savez combien vos LEDs consomment, notez-le. Si vous n'avez qu'une résistance comme valeur connue (un relais par exemple), vous pouvez déterminer IC avec la formule Ic = (9-Vce) / R.
- Ic(max), trouvé dans le datasheet, < Ic calculé ? Si oui, passer à la suite. Sinon, il faudra un transistor plus puissant.
- Une fois Ic calculé et déterminé que votre transistor est utilisable, on passe à Ib. Dans telle configuration, Ib = Ic / B. Tous les transistors ne sont pas exactement les mêmes, B pouvant changer entre deux pièces (et même suivant la température ...). Pour être sûr que le transistor sature, on ajoute un coefficient de sécurité, ce qui donne Ib = (Ic/B)*10.
Il ne faut pas mélanger : ce n'est pas parce que Ib(sécurité) * B > Ic(calculé) que Ic vaudra Ib(sécurité)*B. On ajoute le coefficient de sécurité qui assurera la saturation du transistor. Ic ne consommera que ce qu'il aura en charge, pas plus. Sinon, on risquerait de devoir changer de transistor rien que pour ça ^^
- Ib < Ioutne555 ? Si oui, on passe à la suite. PS : on peut brancher plusieurs circuits drivers sur la sortie, tant que le total des Ib ne vaut pas plus que Iout. Cela permet d'utiliser plus de charges en sortie, voir de séparer votre charge en plusieurs parties si vous n'avez pas de transistors assez puissants pour tout driver d'un coup.
- Ib connu, on peut calculer R1 = (OutNE555 - Vbe) / Ib. OutNE555 dépend de la tension d'alimentation du circuit, qui vaut environ 2 [V] en moins que la tension d'alimentation du NE555.
Et voilà, votre circuit driver est dimensionné, tout simplement

Montage et tests
Il ne reste plus maintenant qu'à monter le circuit. Vous aurez remarqué que le schéma donné ne ressemble pas à un schéma standard. Normal, c'est un fichier de simulation.
Vu que je n'ai plus accès à des machines pour tirer mes PCBs, je n'ai pas voulu refaire le schéma et l'implémentation pour si peu.
Mais, toutes les informations y sont données, si ce n'est qu'il faut regarder les circuits que vous achetez pour savoir quelles pins sont à quel endroit sur le chip.
Attention aux courts-circuits en montant le circuit, ainsi qu'à ne pas toucher les chips sans vous être "déchargé statiquement" (vous savez, quand vous frottez un ballon de baudruche contre un habit et que vous pouvez faire hisser vos cheveux sur votre crâne ? C'est un exemple d'électricité statique. Rien qu'en marchant, vous vous chargez statiquement.) Ils sont très sensibles; il faut essayer de toucher un élément relié à la terre de votre maison pour vous décharger (un boîtier métallique d'un appareil ménager branché par exemple, au pire un morceau de métal pour faire circuler les charges).
Je n'ai pas de photos du circuit, mais il suffit de suivre le schéma quoi ^^

Il manque juste un élément sur le schéma : l'interrupteur d'activation. Ben oui, imaginons une grenade : on aimerait qu'elle s'active une fois la cuillère lâchée, pas dès que la pile est branchée. L'interrupteur se met entre la pile et l'alimentation du circuit, simplement. Dans mon cas, j'ai utilisé un interrupteur à languette NO / NC, ce qui veut dire qu'il possède trois pins dont deux sont reliées quand l'interrupteur n'est pas appuyé. Dans l'idée, la cuillère de la grenade appuie le bouton quand elle n'est pas lancée; une fois jetée, le bouton est relâché et le circuit se met en route.

Pour le tests, réglez les trois potentiomètres à moitié et branchez le circuit. Appuyez / relâchez le bouton (selon son type); si, dans l'idée, il y'a un temps avant les flash et que les flashs durent un certain temps puis s'arrêtent, tentez de bouger ensuite les potentiomètres pour trouver les valeurs qui vous conviennent.
Ne reste plus que la mise en "boîtier" et vous aurez terminé !

Pièces
Voici la liste des pièces spécifiques utilisées :
- Pour U11 et U12, ce sont des LM358 (il y'a les deux ampli-op à l'intérieur d'un seul chip)
- Pour les diodes 1N4148
- Pour le NE555
- Pour le switch à languette pour l'activation
- Pour les Veroboard
- Pour les LEDs

Vous pouvez aussi y trouver les résistances, potentiomètres et condensateurs nécessaires. Pensez aussi à un adaptateur pour brancher une pile 9 [V] !

Produit final
Bon, vient le moment de faire marcher votre imagination. A vous de faire avec ce que vous avez pour concevoir une shell résistante, si possible molle pour éviter de faire mal ...
Dans mon cas, vu que c'était un prototype et que j'ai très peu de temps comme je suis actuellement au service militaire, j'ai fait quelque chose de .... vite fait.
J'ai récupéré une grenade factice que j'avais pour transporter une petite réserve de billes. Elle avait l'avantage d'être creuse et d'avoir déjà le système de cuillère.
Je l'ai découpé en deux, fait des trous pour les bandes de LEDs, un trou pour l'interrupteur, et câblé le tout. Le tout refermé, il a fallu scotcher les deux parties découpées. Du scotch rouge bien visible, ainsi que quelques bandes colorées pour la retrouver facilement ont été ajoutées. Il restait à rajouter un ressort sur la cuillère (étant une grenade factice, elle se dévissait au col et n'était pas faite pour être dégoupillée).

Le prototype final se présente donc tel que :
Pour une petite vidéo du prototype :


Et voilà, votre grenade flash est prête à en perturber plus d'un !
Restez juste correcte au niveau de la puissance des LEDs. C'est inutile de se foutre en l'air les yeux. Il suffit de peu pour simplement aveugler quelqu'un attendant dans une pièce noire

N'hésitez pas s'il y'a des questions, j'essaierai d'y répondre entre deux exercices de section  

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MàJ 08.01.2017


J'ai eu la possibilité de repasser par mon ancien lieu de travail, et ainsi ai pu tirer les PCBs relatifs au circuit présenté plus haut.
Ainsi, il m'a fallu réaliser le schéma et l'implantation sur PCB.
Voici les fichiers (ces derniers sont tous diponibles au téléchargement avec ce fichier, qui s'ouvre avec le programme Target3001, dont des versions gratuites existent; il permet la création de schémas électroniques ainsi que des implantations PCB) :
                Schéma électronique

Notez que R5 n'a pas la même valeur qu'avant. La mettre un peu plus haute, sans rentrer dans les détails, assure la détection de "quand flasher".

                Plan PCB

C'est un simple face. D'oú la taille un poil plus conséquente.

                Plan perçage


                Vue 3D



Cela nous permet donc de sortir un circuit plus facile à monter, et qui tiendra mieux aux chocs que le prototype précédent :


Bon, je serais pas revenu que pour ça. J'ai aussi planché sur la fabrication d'une shell maison.
Le système interne est exactement le même, sauf que j'ai remplacé la cuillère par un simple bouton, rajouté une LED pour montrer quand le corps d'irritation est activé, et un buzzer pour rajouter l'effet par le bruit.
Je suis parti d'un simple raccord PVC dia. 52 [mm], ainsi que deux bouchons. En plus, le système présenté précédemment, ainsi que de nouvelles LEDs.


On commence par percer la shell, selon 9 colonnes à 3 LEDs chacunes, un bouchon pour le bouton et la LED et le second bouton avec un petit trou pour le son du buzzer :

On câble le tout, et notre jouet est terminé
J'en ai fait deux, divers essais (celui gris-noir -> système de "bumper" en silicone avec LEDs internes, l'autre avec LEDs externes de tailles différentes ...) :




Et voilà pour les dernières avancées. A vous de jouer maintenant

Salut, merci pour le partage.
Pourrai tu nous dire pour info quel type de LED tu as utilisé pour se faire une idée ?

nezumi a écrit:Salut, merci pour le partage.
Pourrai tu nous dire pour info quel type de LED tu as utilisé pour se faire une idée ?

Bien sûr voici, le lien : http://www.dx.com/p/0-2w-10-12lm-2800-3550k-warm-white-light-5050-smd-led-emitters-50-piece-pack-133088

Les specs ne correspondent pas vraiment à ce qui est indiqué, je les utilise par exemple dans la grenade par bandes de 3 connectées en série, sans résistance préalable. Comme elles nécessitent plus de 3 [V] pièce, ça joue avec une pile 9 [V] ^^
J'ai juste pas la chance d'avoir des revendeurs près de chez moi pour des petites pièces ...

Je mets à jour dans l'article merci

ça a l'air très sympa mais j'arrive pas à voir la vidéo

Mmmmh, je viens d'essayer pour voir si ça bloquait en tant qu'"invité", mais le fichier se télécharge quand même.
Tu peux essayer l'URL directe (j'ai remarqué que le lien redirige par adf.ly ....) : http://www.mediafire.com/file/udplsjrus62w0q7/VID-20161119-WA0001%5B1%5D.mp4

Si ça ne marche toujours pas, je verrais pour trouver un autre moyen ce week-end, quand je retrouverai une connexion potable
Redis-moi quoi comment d'ici là !

Mais quelle beau tuto !!!!!!!
Et quelle beau joujou !!!



Pour la vidéo, upload la sur youtube :p

Merci
Pour Youtube je regarde ce WE comme j'ai dit, et j'en profiterai surement pour vite faire voir l'interrupteur, l'intérieur, le réglage .... Quitte à faire

oué utube, chez moi ça marche tjs pas

Voilà pour la vidéo tutube :
https://www.youtube.com/watch?v=H49RKVYnGH4

ah bin oué pas mal

bon en fait c'est super classe comme bricolage mais j'ai quand même du mal avec tout ce qui est explosion lumineuse. Par expérience, les joueurs ne se sentent pas concernés par une truc qui clignote plutôt qu'il leur pète à la gueule.
j'ai jamais trouvé de solution à ce dilemme entre la facilité de réalisation et la dangerosité d'une explosion.

Explosion lumineuse ?
Enfin si je comprends bien pour répondre , l'idée n'est pas de outer (dans quel cas on pourrait rajouter une sirène ou un module qui fait le bruit d'une explosion) mais de perturber comme une vraie grenade flash. Ok, y'a pas le son ni la surpression, mais si on imagine une pièce vraiment sombre où quelqu'un se cache, l'arrivée d'éclairs le perturbe et il ne tire plus tout droit tout de suite. Voilà le but du pourquoi !

ah oki, j'avais pas compris ... pourtant c'est dans le titre
oui effectivement ça le fait bien du coup

quelle est la différence entre asse et haute luminosité techniquement ?

Okok je comprends la confusion alors !

Pour basse et haute luminosité c'est juste une modification de ma part en limitant le courant dans les LEDs, juste histoire de pouvoir filmer la grenade. En basse luminosité on peut voir les différentes LEDs s'allumer, c'est plus facile de distinguer les différentes phases. Haute luminosité c'est le régime comme présenté dans le tuto, en gros comment elle est censée fonctionner. On voit pas grand chose à la caméra comme l'optique est ébloui.

c'est ce que l'on appel une grenade de distraction

https://www.chiefsupply.com/strike-light-deployable-tactical-light-1000-lumens-cree-led-130-db.html

la mienne a fait sensation dans le fort du Mont Bart, c'est vrai que ça perturbe bien l'ennemi.
J'en ai même un qui s'est mis "OUT" dans le doute.

Salut l'équipe,
      et bonne année à tous


Je reviens vers vous pour vous dire que j'ai mis à jour mon premier post, en ajoutant schéma, PCB et shell personnalisée.
J'ai aussi modifié le nom, vu que le premier portait à confusion.


En vous souhaitant une année pleine de projets réussis

Beau travail, j'ai également édité ton sujet, grenade aveuglante est plus proche de la réalité.

Merci,
L'origine du nom provient de celles qu'on utilise à l'armée suisse : IK (ou IrritationsKörper), vu que je suis côté suisse allemand, qui fait corps d'irritation en français.
Je pensais que c'était vraiment le terme grenade qui faisait faire fausse route