Come realizzare centralina di micro irrigazione

Mi è sempre piaciuta l’idea di un orto/giardino automatizzato, magari con Netduino, capace di sfruttare l’irrigazione in modo coscienzioso e senza sprechi d’acqua.
Penso sia uno di quei progetti molto ricercati per la sua evidente utilità pratica, e anche perché la coltivazione e la cura di piante è un istinto innato che ci avvicina alla natura e ci fa sentire bene!

Abito in un piccolo paese dove ogni famiglia possiede un piccolo orto per la coltivazione di verdure e frutti. La tecnica di irrigazione principale è quella a solco (scorrimento), decisamente svantaggiosa e poco efficace per l’eccessivo spreco d’acqua.
Fortunatamente oggi ci sono molte tecnologie efficienti che permettono l’impiego di sistemi programmabili per la gestione delle attività di irrigazione.

Anche io ho voluto sviluppare il mio sistema a microcontrollore per gestire le fasi di irrigazione di un piccolo orto.
Per la realizzazione di questo sistema bisogna avere un minimo di esperienza nella coltivazione di piante ed essere consapevoli che ci dovremmo sporcare le mani!!

La tecnica di irrigazione migliore per questo progetto si basa sulla microirrigazione a goccia. E’ necessario quindi procurarci tutto il materiale per l’impianto. Le mie informazioni progettuali sono da considerare di carattere generale, dato che il sistema è influenzato da vari parametri come, la tipologia del terreno (inclinazione, consistenza, composizione, esposizione agli agenti atmosferici) il tipo e la quantità di piantine da coltivare.La figura seguente rappresenta un tipico impianto a goccia automatizzato:

La cisterna contiene l’acqua necessaria ad irrigare le piante, le sue dimensioni variano a seconda della dimensione dell’orto, un valore sufficiente per una autonomia di 2-3 settimane potrebbe essere di 1000 litri.
Subito dopo troviamo il filtro, questo elemento è essenziale per un impianto di microirrigazione in quanto blocca le impurità dell’acqua che col tempo potrebbero otturare i gocciolatori.
L’elettrovalvola è un rubinetto elettronico che permette, tramite la centralina elettronica, di gestire tutte le fasi d’irrigazione. La centralina riceve input dai sensori di umidità, temperatura e luminosità, in questo modo possiamo sviluppare algoritmi che gestiscono l’irrigazione in funzione dei parametri ambientali.

Il tubo di mandata principale permette di alimentare i vari rami dell’impianto, ogni ramo (ala gocciolante) è sezionabile tramite un minirubinetto, questo permette di effettuare operazioni di manutenzione anche durante l’irrigazione.
L’ala gocciolante è composta da un tubo, solitamente da 16mm, dove sono collocati i gocciolatori. Ogni gocciolatore irriga una singola pianta.

La realizzazione dell’impianto dipende dalla dimensione del terreno a disposizione e dal numero e tipo di piante da coltivare. Secondo la mia esperienza vi posso dire che per il fabbisogno di una famiglia di 5-6 persone potete coltivare i seguenti prodotti

• 20 piante Pomodoro
• 10 piante Melanzane
• 10 piante Peperoni
• 20 piante Fagiolini
• 10 piante Cetrioli
• 5 piante Zucchine
• 20 piante Lattuga

naturalmente ognuno può aumentare o diminuire queste quantità a seconda delle preferenze e dei gusti personali.
Per quanto riguarda la distanza tra gocciolatori possiamo dimensionare in questo modo

• 40-50 cm per Pomodori, Melanzane, Peperoni, Fagiolini e Cetrioli
• 60-70 cm per le Zucchine
• 15-20 cm per le Lattughe

Mentre la distanza tra un ala gocciolante e la successiva può variare da 40-50 cm a  80-100cm a seconda dello spazio a disposizione, e della comodità che vogliamo avere per passare tra i filari.

Dopo l’assemblaggio dell’impianto è necessario verificare che tutti i gocciolatori funzionino a dovere e che non ci siano perdite d’acqua dai raccordi di connessione.

La parte che ora bisogna studiare, riguarda la centralina elettronica. Certamente sul mercato esistono vari modelli con prezzi anche di poche decine di euro, che potrebbero farci abbandonare l’idea dell’autocostruzione, ma il nostro scopo è quello di sperimentare e imparare nuovi concetti per poi applicarli in altri ambiti o per accrescere il nostro bagaglio culturale.

Apro una piccola parentesi sull’elettrovalvola: a parte le varie dimensioni e capacità idriche, esistono modelli a 24Vac e a 9Vcc. Volendo creare un impianto autonomo è meglio utilizzare il modello a 9Vcc in modo da eliminare qualsiasi trasformatore. Il costo delle elettrovalvole in continua è purtroppo superiore a quelle in ca (circa 30€).

Il circuito elettronico deve acquisire come input i dati dai sensori e pilotare l’elettrovalvola per un tempo che può essere fisso o variabile a seconda del software che andremmo a sviluppare.
Come microcontrollore possiamo optare per diverse soluzioni come Netduino piuttosto che Arduino o Picmicro. Certamente un fattore importante è il costo, che si aggira intono ai 30€ per Netduino/Arduino mentre per i Picmicro siamo intorno ai 3-8€.
In una prima fase possiamo usare Netduino per creare un prototipo, per poi eseguire un porting del progetto su Picmicro in modo da abbattere i costi di realizzazione della centralina.

I sensori del mio prototipo sono tre, un sensore di temperatura analogico tipo MCP9700a, un sensore di luminosità basato su fotoresistenza e un sensore di umidità realizzato con due puntali da inserire nel terreno.
Il Netduino acquisisce tramite gli ingressi analogici questi segnali e in base al suo software gestisce un piccolo relè che va a pilotare l’elettrovalvola.
Nella figura seguente è rappresentato lo schema a blocchi:

Credo che le informazioni di questo articolo siano sufficienti per iniziare a costruire il proprio orto automatizzato. Certamente le nozioni per la realizzazione dell’impianto di microirrigazione sono da approfondire ma con un po di manualità si può apprendere da soli come impostare e realizzare il proprio sistema idrico.
Per quanto riguarda la parte della realizzazione della centralina elettronica vi rimando al prossimo articolo.