Il sistema è composto da 18 LED:

• 10 LED rossi
• 4 LED blu
• 4 LED verdi (ho voluto montare anche questo colore per particolari sperimentazioni)

Ho scelto di acquistare i LED, i drivers necessari per il loro funzionamento, le ottiche e l'alimentatore presso LedSupply, un rivenditore specializzato degli Stati Uniti.
Non so se i prezzi sono i più bassi ma devo dire che il materiale è arrivato a destinazione in 3/4 giorni e la qualità mi sembra ottima. Se volete acquistare all'estero dall'Italia, ricordate di aggiungere alla spesa un 20% che verrà richiesto dal corriere per le tasse di dogana.

Specifiche tecniche dei LED (Luxeon K2 Online Datasheet):

• Luxeon® Red K2 Star - $6.97 l'uno
  • frequenza: 627nm
  • 45 lm @ 350mA - 75 lm @ 700mA
  • corrente massima: 700mA
  • 2.95Vf - Forward Voltage
  • LXK2-PD12-R00 Emitter
• Luxeon® Blue K2 Star - $6.97 l'uno
  • frequenza: 470nm
  • 9.5 lm @ 350mA - 16 lm @ 700mA
  • corrente massima: 1500mA
  • 3.6Vf - Forward Voltage
  • LXK2-PB12-K00 Emitter
• Luxeon® Green K2 Star - $6.97 l'uno
  • frequenza: 530nm
  • 45 lm @ 350mA - 75 lm @ 700mA
  • corrente massima: 1500mA
  • 3.6Vf - Forward Voltage
  • LXK2-PM12-R00 Emitter

I LED scelti sono composti dall'emettitore già presaldato su un supporto a stella che aiuta a dissipare il calore e semplifica le operazioni di saldatura e montaggio.

Nello schema sotto riportato ho sovrapposto le caratteristiche di frequenza della luce dei 3 tipi di LED con la luce assorbita dai componenti delle piante. Nell'asse verticale, per i LED, è rappresentata la distribuzione dello spetro relativo di potenza e in quello orizzontale la frequenza della luce in nm. Con i LED rossi e blu possiamo coprire la maggior parte dei picchi di assorbimento della clorofilla.

Per distribuire meglio la luce prodotta da ogni LED e proteggere l'emettitore ho acquistato 18 lenti con i relativi supporti da applicare ai LED. Ho scelto ottiche che convogliano la luce in un fascio con ampiezza di 15°

• Ottica 15° - $1.50 l'una
• Supporto per ottica - $0.25 l'una

Per utilizzare LED di questa potenza non è sufficiente collegarli all'alimentazione con una semplice resistenza in serie, ma serve un circuito che "piloti" l'emettitore assicurando una corrente costante con intensità adatta per il tipo di LED da accendere. Esistono varie tecniche per realizzare questo tipo di circuiti e in commercio si può trovare  una vasta gamma di drivers già pronti per l'uso. Ho scelto di acquistare un tipo di driver di prezzo non eccessivo che ha tutte le caratteristiche necessarie per il mio progetto:  il 3021 BuckPuck (scheda tecnica).

Circuito utilizzato per pilotare il gruppo di 5 LED K2 rossi

Questo dispositivo fornisce una corrente costante in uscita per pilotare i LED e non è necessario calcolare una tensione di ingresso precisa perchè è in grado di autoregolare l'uscita a seconda di quanti e quali LED vengono collegati.

Il driver è dotato di 6 pin:

• 2 in uscita per collegare la serie di LED (il modello da 1000 mA può pilotare fino a 18 LED da 1W o 6 LED da 3W)
• 2 per l'alimentazione che deve avere una tensione fra i 5 e i 32 V DC, se i LED sono in serie è sufficiente che la tensione in ingresso superi la somma della tensione necessaria ad ogni LED
• 2 per regolare l'intensità dell'illuminazione dei LED, ma tratterò questo argomento più avanti, non sono necessari se si vogliono utilizzare i LED alla massima potenza

Per la mia lampada ho utilizzato 4 driver:

• 3 3021-D-E-700mA BuckPuck, 2 per pilotare 2 serie di 5 LED K2 Rossi ed 1 per pilotare i 4 LED K2 Verdi - $14.99 l'uno
• 1 3021-D-E-1000mA BuckPuck per pilotare i 4 LED K2 Blu - $14.99

All'elenco di acquisti ho aggiunto:

• Alimentatore 24VDC 150-Watt - $29.99
  • Tensione di ingresso - 100-220VAC, 50-60 Hz
  • Tensione di uscita - 24VDC
  • Corrente di uscita - 6.5A
• 2 confezioni di Arctic Alumina Thermal Adhesive - $7.49 l'uno
  • è un potente adesivo che resiste alle alte temperature che possono generare i LED e può servire da accoppiatore termico
• viti e bulloni di varie dimensioni
• basetta forata su cui saldare i drivers
• Totale spesa di poco superiore ai 200€ (sdoganamento compreso)

Per la base della lampada ed il sistema di raffreddamento ho riciclato dell'alluminio:  una lastra, delle barrette e dei dissipatori recuperati da vecchi personal computer (quelli applicati sui processori). I dissipatori sono predisposti per collegarci delle piccole ventole di raffreddamento, anch'esse provenienti dai pc, ma valuterò in seguito se sarà necessario questo lavoro.

Di seguito una sequenza cronologica di immagini che spero illustrino a sufficienza il tipo di lavorazioni necessarie per assemblare la lampada a LED.

Fase 1: decido la disposizione dei LED e ne segno la posizione sul supporto di alluminio lasciando 5cm di spazio fra un LED e l'altro.

Fase 2: incollo con l'adesivo termico i dissipatori cercando di coprire la superficie corrispondente a dove dovrò fissare i LED, sul lato opposto.
Fase 3: fisso con alcune viti dei profili in alluminio che servono a mantenere sollevata la base ed evitare di danneggiare i LED quando la lampada è appoggiata alla superficie del tavolo.

Fase 4: foro la base (ed i dissipatori sul lato opposto) e filetto i fori (diametro 3mm). Alcuni servono per fissare più saldamente i dissipatori alla lamiera, altri per attaccare i LED (non voglio incollare i LED, in modo da poterli sostituire facilmente se ce ne fosse bisogno)

Fase 5: tramite viti da 3mm fisso i LED alla base e li collego in serie con dei cavetti saldandoli a stagno.
Fase 6: ho terminato di installare le 2 serie da 5 LED rossi l'una, ora è il turno dei 4 blu e dei 4 verdi.
Fase 7: applico le ottiche ai LED fissandole con una goccia di adesivo termico.

Fase 8: monto sulla basetta forata i 4 drivers 3021 BuckPuck. Saldo ognuna delle 4 serie di LED al proprio driver. Collego l'alimentazione dei 4 drivers ad un morsetto. Saldo i pin per pilotare l'intensità luminosa a 2 morsetti, in modo che possa in seguito connetterli al "cervello" di Greenduino.

Fase 9: fisso la basetta alla base della lampada.

Fase 10: appendo la lampada nella parte alta dell'armadio utilizzando dei ganci e 4 catenelle di ferro in modo da poter regolare l'altezza della lampada dal suolo.

Ora non resta che collegare l'alimentatore da 24V e...

La luce sul fondo dell'armadio risulta uniforme ed i colori ben miscelati, penso che le coltivazioni gradiranno.

Presto nuovi aggiornamenti del progetto Greenduino!

Il primo passaggio nella realizzazione di Greenduino è stata la scelta ed allestimento di un armadio che potesse soddisfare le esigenze del progetto diventando la mia serra domestica.  Ho utilizzato per la sua realizzazione quasi esclusivamente materiale di recupero.

La struttura portante è un economico scaffale in legno privo di ripiani ad eccezione della base e della parte superiore. Le sue dimensioni sono 50x80 cm per un'altezza di 180 cm, non molto grande ma sufficiente per lo scopo sperimentale a cui servirà.
Ho applicato dei pannelli di compensato ai lati della struttura e nella parte posteriore, mentre davanti ho incernierato un pannello che servirà da porta, la cui chiusura è agevolata dall'applicazione di alcune calamite.
Per massimizzare l'illuminazione interna ho dipinto le pareti di bianco.

La scelta di utilizzare il legno forse non è ottimale in quanto infiammabile e soggetto a deformazione se l'ambiente interno sarà molto umido. Per il prototipo iniziale ho preferito questo materiale perché facilmente lavorabile: semplifica le operazioni di fissaggio dei componenti e delle ventole di circolazione dell'aria. Non escludo di sostituire in un secondo tempo l'armadio in legno con uno in materiale ignifugo e più resistente, magari una lega metallica.

Non vedo l'ora di poter aprire la  mia serra indoor e cogliere insalatina fresca appena cresciuta.

Questo articolo vuole essere l'introduzione ad una serie di articoli più specifici in cui descriverò ogni passaggio della costruzione di Greenduino e presenterò i rapporti sugli esperimenti di coltivazione.
Le istruzioni per il montaggio della serra domotica saranno correlate da immagini, schemi, software, fornitori dei materiali e prezzi. Confido nella collaborazione di tutti quelli che sono interessati all'argomento, che potranno interagire attraverso i commenti dei singoli articoli.

Di seguito una lista di alcune delle funzioni/caratteristiche previste per Greenduino:

• lampada composta da 20 LED da 3W
  • LED di tre tipogie differenti (blu/rossi/verdi)
  • possibilità di regolare l'intensità luminosa dei singoli colori in modo da ottenere infinite combinazioni di luce
  • regolazione delle luci nell'arco del tempo in modo da programmare, oltre al ciclo giornaliero di luce/buio,  variazioni dei colori sull'intero ciclo vitale della pianta
  • raffreddamento della lampada con dissipatori e ventole comandate da un sensore di temperatura
• sistema idroponico automatizzato
• ventilazione dell'armadio per ricircolo aria e controllo della temperatura interna
• sensori di temperatura ed umidità
• interfaccia online per gestire ogni comando e consultare i report dei dati
  • tutti i valori registrati dai sensori della serra verranno inviati ad un server in modo che siano disponibili nel tempo per poter consultare report vari
  • ogni comando e variazione dei parametri della serra potrà essere effettuato via web con comoda interfaccia grafica, non escludo di realizzare in futuro un'applicazione per Android

Nel prossimo articolo tratterò la costruzione della lampada a LED, che potrà essere utilizzata anche  stand alone senza controllore Arduino, a presto...

Il giardinaggio può essere un lavoro molto affascinante e, come per altre scienze, un pò di conoscenza non guasta per partire con il piede giusto.  Wired ha  pubblicato un interessante articolo che offre diversi spunti di approfondimento e ci aiuta ad organizzare lo spazio a nostra disposizione proponendo 4 soluzioni a seconda della metratura disponibile per il nostro angolo verde.
La coltivazione di un orto, anche piccolo e situato in un contesto urbano, va pianificata con cura per non sprecare nessuna risorsa ed ottenere prodotti di qualità di cui cibarsi.  É utile conoscere  le basi per la produzione di compost con l'aiuto dei vermi,  le tecniche per riciclare le acque grigie,  come combattere i parassiti e come aiutare gli insetti amici, in primis le api, utili per l'impollinazione.
Se sei un Geek e un appassionato di fantascienza per rendere il lavoro più divertente puoi pensare a tutto ciò come a una terraformazione domestica.

Il balcone di casa (1 metro x 1,5 metri)

Illustration: Oksana Badrak

Non sarà in grado di sfamarci, ma anche uno stretto balcone può dare soddisfazione.
Per ottimizzare la scarsa metratura ed aumentare il rendimento la chiave è quella di sfruttare lo spazio verticale con ripiani e vasi sospesi. Va realizzato, se possibile, un recinto di protezione verticale che consenta di creare un microclima regolabile per permettere la produzione durante la maggior parte dell'anno.

• Calore solare: per creare un microclima temperato un muro di taniche o bottiglie d'acqua può aiutare ad immagazzinare calore solare durante il giorno (anche in giornate nuvolose) consentendone poi un rilascio graduale durante la notte
• Colture ad alta efficienza: scegliere delle coltivazioni che abbiano un buona resa per poter sfruttare al meglio il poco spazio. È da preferire una pianta a buon rendimento che necessiti di poca terra per crescere
• Colture verticali: la disposizione in verticale dei contenitori lungo le pareti può avere diversi vantaggi, come una migliore esposizione solare e aerazione delle piante. Utilizzare diversi vasi separati permette anche di scegliere una più ampia varietà di verdure con periodi di fioritura differenti.
• Un rivestimento di polietilene trasparente permette di filtrare la luce solare con spettro fotosintetico utile (fra i 400 e i 700 nm) e di impedire che le piante siano bruciate dal sole

L'orticello dietro casa (6metri x 9 metri)

Illustration: Oksana Badrak

Uno piccolo orto di queste dimensioni dovrebbe soddisfare il fabbisogno di frutta e verdura per 4 persone in estate ed autunno. Tre galline ci garantiranno uova fresche per la maggior parte dell'anno. Gli escrementi raccolti nel pollaio, molto ricchi di azoto,  sono utili per la produzione di compost.

• Zone separate:  suddividere lo spazio in 3 zone separate, una per le persone, una per le verdura e una per le galline.
• Patate: garantiranno un pò di calorie supplementari. Vanno coltivate in piccoli contenitori di tessuto in modo da controllare meglio l'umidità del terreno e aerare le radici.
• Compost: gli avanzi di cucina e gli escrementi di pollo possono essere molto utili per la produzione di concime per le coltivazioni.
• Letti rialzati per le colture. Una struttura in legno sollevata da terra dove mettere a dimora le nostre verdure può avere diversi vantaggi: miglior drenaggio, maggiore controllo  delle piante infestanti  e minor quantità di parassiti. Attenzione a non utilizzare legno trattato che può contenere sostanze chimiche nocive.
• Galline ovaiole: un pollaio in legno con tetto e un pò di spazio all'aperto ci permettono di tenere 3 o 4 galline che produrranno uova fresche.
• I recinti divisori possono essere utilizzati come sostegno per pomodori e zucchine rampicanti, le pareti sono perfette per appenderci vasi di lattuga e fragole.

Il grande orto (10 metri x 15 metri)

Illustration: Oksana Badrak

Una coltivazione così grande può garantire la maggior parte della dieta di una famiglia. La chiave è nel curare il terreno in modo che sia autosufficiente e ricco di sostanze nutritive. Con un pò di lavoro si potranno mangiare mele, funghi e anche pesci.

• Compost in abbondanza per non ridurre lo strato di terreno
• Rotazione delle colture. Massimizzare il rendimento senza impoverire il suolo, ruotare le colture ogni stagione per variare le sostanze nutritive assorbite dal suolo
• Uova e conigli aiuteranno a variare la dieta
• Allevamento di pesci.  La Tilapia è una razza africana che tollera una vasta gamma di condizioni e produce un raccolto ogni 100 giorni

La fattoria di campagna (12 metri x 18 metri)

Illustration: Oksana Badrak

Tutto questo terreno può produrre più di quello che una famiglia necessita per vivere e si possono aggiungere al raccolto lussi come il miele e la birra.

• Con un pò di cura le api possono fornire miele, cera per le candele ed essere utilissime per impollinare le nostre colture.
• Birra. Il luppolo è facile da coltivare, si possono crescere dei vitigni alti 6 metri lungo la parete di casa in modo da mantenerla fresca. È possibile ricavare forse 10 chili di orzo da una porzione di terreno di 5 x 5 metri. Questo è sufficiente per produrre 35/40 litri di birra!
• Anatre e pesci. Uno stagno alimentato da acqua piovana e riciclata dal consumo di casa può ospitare pesci, anatre e rane.

Per avere informazioni più approfondite consiglio la fonte originale da cui ho ricavato questo articolo:
Geek Gardening: A Wired Guide to Domestic Terraforming

Il giardino verticale offre diversi vantaggi: facile da costruire, di pratica manutenzione, protetto da incursioni di animali e soprattutto realizzabile in posizioni strategiche ben esposte al sole, senza bisogno di avere molto spazio a disposizione. Una soluzione di questo tipo si può ben adattare ad un contesto urbano in cui spesso si ha a disposizione solo un balcone o poco più.
In questo articolo vi mostro tre diverse tipologie di giardino verticale che potranno essere utili per coltivare fiori, piante aromatiche, ortaggi o quello che preferite, purchè siano di dimensioni contenute.

La prima esperienza che voglio citare è quella di Suzanne Forsling, un'appassionata di giardinaggio che, a causa del suo trasferimento in Alaska, si è trovata ad affrontare una situazione veramente ostile per la coltivazione di ortaggi: temperature molto rigide, animali che rovinavano le coltivazioni, terreno povero di materia organica, superficie coltivabile limitata e poco esposta al sole.
Suzanne ha risolto il suo problema attaccando delle comuni grondaie per tetti alla parete esposta a sud della sua casa, l'unica in grado di ricevere sufficiente luce solare. In seguito ha riempito le grondaie con del terriccio arricchito con fertilizzante a lento rilascio e ha seminato alcune varietà di lattuga, ravanelli, bietole, barbabietole e rape.
Ora Suzanne può godere di verdura fresca ogni giorno da giugno a settembre, un ottimo risultato in un ambiente così estremo!

Un'altra soluzione interessante e pratica è quella che ho trovato sul sito Instructables.com
Per realizzare il giardino verticale è stato appeso un porta scarpe a tasche ad alcuni ganci sulla parete di casa. Per favorire il drenaggio dell'acqua sono stati praticati alcuni piccoli fori sul fondo di ogni tasca. Questa modalità consente, oltre ai vantaggi della soluzione a grondaie, di poter spostare l'intera coltivazione, appendendo semplicemente il porta scarpe in un'altra posizione.

Infine voglio citare anche il progetto Ortolana(vincitore un concorso di architettura collegato alla manifestazione Ortinparco di Levico Terme -TN), basato su una struttura a tasche realizzata con materiali tipo cartone     riciclato, feltro e lana.

Fonti ed approfondimenti:

• Florablog - Coltivare ortaggi in Alaska con un giardino verticale fai-da-te
• How does your garden grow?
• Vertical vegetables: "Grow up" in a small garden and confound the cats!
• L'orto del futuro? É verticale