zondag 28 april 2013

LED groeilamp op bijna-lege batterijen

Doe-het-zelf-elektronica voor mensen met groene vingers

LED groeilampen

Planten hoeven geen groen licht. Ze zien groen omdat ze groen licht weerkaatsen. Dat ligt misschien voor de hand, maar ik hoorde het pas onlangs voor het eerst. Blauw en rood licht willen planten wel. Blauw licht helpt als zaadjes ontkiemen en als plantjes klein zijn. Bij groei en bloei helpt rood licht. Dit blijkt geen nieuws te wezen, er is al heel veel wetenschappelijke literatuur over.

Op lege batterijen?

Als u enigszins milieubewust bent, dan heeft u waarschijnlijk een voorraadje lege batterijen in huis dat ligt te wachten op het moment dat u ze naar de chemobak brengt. Die batterijen zijn echter vrijwel nooit helemaal uitgeput. Dat uw camera er niets mee kan, wil niet zeggen dat ze leeg zijn. Er kan nog heel wat energie in zitten, genoeg energie om een LEDje te laten branden, bijvoorbeeld met een Joule Thief.

Een Joule Thief (klinkt als Jewel Thief, dus juwelendief) is een onder ingewijden befaamd stukje elektronica dat zo heet omdat het nagenoeg alle energie (eenheid Joule, weet u wel?) uit een batterij haalt, en er een LEDje op laat branden. Op een zogenaamd lege batterij kun je een witte LED nog zeker een week continu laten branden. Echt waar!

En zie: een mash-up!

  1. We kweken graag onze eigen basilicum, tomaten, en andere plantjes.
  2. Plantjes houden van rood en blauw licht.
  3. We hebben een voorraad lege - maar niet heus - batterijen in huis.
  4. We knutselen graag, met en zonder elektronica.

De mashup heet Joule Robbin' Hood

Joule Robbin' Hood is afgeleid van Joule Thief. Ze lijken op elkaar, maar Robbin' Hood produceert alleen rood of blauw licht en alleen in het donker. Hij heet natuurlijk Joule Robbin' Hood omdat-ie aan de armen geeft wat-ie van de rijken rooft. Arme plantjes, rijke batterijen.

Werkt dat echt?

Goede vraag! Wij denken van wel, maar bekijk vooral de presentatie en oordeel zelf. U ziet twee vensterbank-kasjes. Allebei kregen ze normaal daglicht als dat er was, alleen had de ene hulp van twee blauwe en één rode Robbin Hood. Wij menen na enkele weken duidelijk te zien dat de groep met assistentie het beter doet. Niettemin, het kan geen kwaad om meer gegevens te verzamelen. Wilt u helpen? Ga gerust uw gang! Probeer het uit, kijk wat er gebeurt. Het is niet moeilijk, en ook niet duur.

Hoe maak je Joule Robbin' Hood

Joule Robbin' Hood is net zo simpel om te maken als een Joule Thief. Er is een goede video gemaakt door Bre Pettis (v/h van Make Magazine) en Windall Oskay van Evil Mad Scientist Laboratories. Bekijk die! In die video wordt BigClive.com genoemd, waar je ook een nette instructie vindt. Big Clive muntte de briljante term 'Joule Thief'. Het eigenlijke ontwerp komt uit een artikel van Z. Kaparnik in het tijdschrift Everyday Practical Electronics, november 1999.

De Elektronica! (Nerd Alert code blauw)

Het schema van Joule Robbin' Hood lijkt sterk op dat van Joule Thief. Het gedeelte binnen de stippellijn is toegevoegd. LDR betekent light-dependent resistor. In het donker heeft zo'n ding een veel hogere weerstand dan in het licht. De LDR en weerstand R2 vormen met R4 een spanningsdeler. In het licht is de weerstand van de LDR laag, dan domineert R4 en is de spanning over R4 hoger, daardoor gaat transistor Q2 aan, die Q1 uit zet. In het donker is het precies omgekeerd, dan domineert de LDR met R2, is Q2 uit en kan Q1 aan.

Weerstand R3 knijpt de stroom naar Q2 af, zodat die maar nèt aangaat. We willen namelijk niet dat Q2 de batterij leegtrekt. Vandaar R3.

Hoe een Joule Thief werkt wordt uitvoerig besproken op Wikipedia, dus dat zal ik hier niet herhalen. Er gebeurt van alles in die luttele vier onderdeeltjes.

Technisch geschoolden onder u zullen opmerken dat het aan/uit-gedeelte niet meer werkt als de batterijspanning onder een zekere grens komt. Dat klopt. De LED blijft dan aan, ook in vol daglicht. Ik vind het geen probleem. Wil je dat oplossen dan moet je meer onderdelen gebruiken en dat willen we niet. Er moet zoveel mogelijk energie uit de batterij de LED in, en zo min mogelijk in andere componenten.

Constructieve opmerkingen

Plantjes en vers geplante zaadjes moet je water geven, jonge plantjes moet je voorzichtig water geven, planten moeten groeien en planten houden van zon.

Water en electriciteit kunnen gevaarlijk worden. Kortsluiting is snel gemaakt en kan dingen stuk maken, vonken kunnen vliegen, vuur kan ontstaan. Laat het niet gebeuren. Joule Robbin' Hood moet in een redelijk waterdichte behuizing.

Je moet de boel water geven, dus de lampjes moeten gemakkelijk en snel uit de weg en weer terug kunnen.

Plantjes willen groeien, dus de lampjes moeten mee kunnen groeien, dus in hoogte verstelbaar zijn.

Planten houden van licht. Een lamp die boven de planten hangt mag niet te veel schaduw geven.

U ziet een aantal uitvoeringen in de tweede diavoorstelling. Ik heb eerst drie stuks gemaakt in metalen Smint-doosjes, met een venstertje in de zijkant voor de LDR. Die Smint-doosjes heb ik met sterke magneten vastgezet aan een metalen staafje. Dat lijkt slim, maar het was toch geen goed idee. Het veld van de magneten is zó sterk dat het de oscillatie doofde en daarmee het licht. Ik heb de magneten vervangen door lijmklemmen.

Het schema is gemakkelijk 'in de lucht' te maken. In een waterdicht plastic doosje kan het gewoon op het dak van de kweekbak. Het doosje in de foto komt van de Italiaanse Delicatessenkraam op de markt hier in de buurt, er zat pesto in. Dat zijn mooi stevige doosjes, dus toen de pesto op was ging het doosje de vaatwasser in.

Die Smint-doosjes zien er wel geinig uit, maar als het er veel zijn wordt het toch allemaal wat vol. Bovendien heb je maar één led per doosje. Ik ben bezig met een nieuw model. Komt u later nog eens terug?

Onderdelen

Alles bij elkaar kosten de onderdelen voor één Joule Robbin Hood nog geen 5 euro, en nog veel minder naarmate je er meer maakt. Goed gereedschap, een goede soldeerbout en dergelijke heb je echter wel nodig. Of een vriend met zulke spullen.

  1. LEDs

  2. De LEDs moeten Superbright zijn, 5 mm met pootjes, zuiver blauw voor kiemplantjes, zuiver rood voor bloei en groei van volwassen planten.

    U kunt naar hartelust de wetenschap gaan bedrijven met piek- en dominante golflengtes, SMD's gebruiken, LED-strips, en zo voort. Er is literatuur die zegt dat de golflengte 450 nm moet zijn voor blauw en 660 nm voor rood. Dat wil alleen maar zeggen dat je zuiver blauw en zuiver rood moet hebben. Wat ik kreeg bij de plaatselijke elektronica-winkel was niks bijzonders en deed het prima.

  3. Toroide and Transformator

  4. De transformator, T in het schema, bestaat uit een ferrietkraal, ook wel toroïde, een 'mini-donut' van ferriet dus, met een binnendiameter van 5 tot 8 mm, met daarop 20 wikkelingen van dubbel 0,15 mm geïsoleerd koperdraad (wikkeldraad). Ferrietkralen kun je kopen bij Conrad, Distrelec, Farnell, en zo voort. Ik had nog een zak grote ontstoor-kralen liggen, daar heb ik er één van in vieren gezaagd met een dremel-slijptolletje. Dergelijke ferrietkralen vind je nog wel eens op oudere laptop-snoeren, het is die bult in het snoer die lijkt op de muis die de slang zojuist heeft opgegeten.

    Het wikkelen van de transformator (of beter gezegd, de "gekoppelde inductie") duurt pakweg een kwartier en lijkt een beetje op naaien. Je zet het kraaltje rechtop in een bankschroef, dan neem je een goeie meter koperdraad, dat doe je dubbel, en die dubbele draad haal je telkens door het oog van de kraal, zodat de donut van binnen naar buiten omwikkeld wordt. Af en toe draai je de kraal een kwartslag achterover in de bankschroef.

    Wat ik vooral zo leuk vind van een Joule Thief is dat het geen massaproduct kan worden. Je moet hem met de hand maken. Transformators met deze specificaties zijn bij mijn weten niet te koop, moet je zelf maken en dat is zoveel werk dat geen fabrikant zich er aan zal wagen. Er zijn kits in de handel voor 'transformatorloze' Joule Thieves, maar dat zijn geen echte. De prestaties van een echte JT zijn veruit superieur.

  5. Transistoren

  6. Ik heb BC550's gebruikt (en 560 voor de PNP-versies). Een willekeurig audio/schakeltransistor zal het wel doen. Neem je een grotere voor hogere vermogens zoals een 2N1711, dan stuurt-ie de led harder aan en is de batterij eerder leeg.

  7. LDR en weerstanden

    1. R1: 330 Ω
    2. LDR: 100kΩ dark
    3. R2: 22kΩ
    4. R3: 68kΩ
    5. R4: 100kΩ

    LDR's houden zich uitgesproken slecht aan de fabrieksspecificaties. Iets met een spec van 1MΩ in het donker kan zomaar 150 kΩ zijn. Je moet dus een beetje kunnen spelen met de waardes, en daarvoor dient R2. In het donker moeten de LDR + R2 duidelijk hoger zijn dan R4, in het licht juist duidelijk lager. Enig experimenteren kan geen kwaad. Ik gebruik een breadboard om R2 goed te krijgen met de bewuste LDR. De opgegeven waardes werken. R1 is aan de lage kant om meer stroom Q1 in te jagen.

  8. Bijna-lege batterijen

  9. Mocht u zich dat afvragen: AA's gaan langer mee dan AAA's.

    Tot mijn verrassing zijn bijna-lege batterijen er in enorme overvloed. Afkomstig uit telefoons, muizen, toetsenborden, laser-aanwijzers, camera's enz. enz. Mijn vrouw bracht een zak van anderhalve kilo mee van kantoor, daar niet meer bruikbaar maar voor deze toepassing nog wel. Ik ben dus gaan nadenken over een versie met meerdere batterijen en meerdere LEDs, bijvoorbeeld voor een langwerpige vensterbank-kas.

Update 22 maart 2014

Inmiddels worden er twee nieuwe prototypes getest. Meer informatie ziet u in nevenstaande presentatie. De ene versie heet model 'imperiale', heeft 4 rode en 4 blauwe leds op twee (oude) batterijen. Versie 'panoramique' is een gemodificeerd vensterbankkasje met 2 x (7 rode + 7 blauwe) leds op 2 x 3 batterijen. Deze laatste versie is nog in ontwikkeling.

Vragen

Hebben planten slaap nodig?

Goede vraag. Sommige bloemen sluiten 's nachts. Planten doen 's nachts geen fotosynthese. Je zou kunnen zeggen dat moeder natuur wel weet wat het beste is, daar moet je niet aan rommelen. Daar ben ik het mee eens. Maar heeft u wel eens in Spanje of Italië over de snelweg gereden en viel u toen ook op dat de oleander daar als onkruid meer dan manshoog in de berm groeit? Terwijl zo'n oleander in ons klimaat liever een bonzaï blijft? Planten doen het beter in een warm, zonnig klimaat. Deze lampjes helpen een beetje.

Verkoop je ook bouwpakketten?

Nog niet, maar als er levendige belangstelling is, dan bedenk ik misschien wel iets. Dus laat me weten als u interesse heeft. Als u een bouwpakket levert hoor ik het ook graag (geen advertenties alstublieft).

Geen opmerkingen:

Mogelijk gemaakt door Blogger.