基于物联网的水培农场设计方案

一个垂直的水培花园

允许高密度产量和更短的生长周期

减少资源消耗——水、肥料和空间

省力-无需耕种杂草或土壤

作物的一致性更高，口感更佳

由微控制器（RaspberryPi和Arduino）维护

浇水周期-监控和自动补充水位

植物养分和pH值-监测和纠正

温度监测

空气循环和照明控制（用于室内操作）

智能互联

适用于智能手机、平板电脑和个人电脑的农场控制器应用程序

当系统需要补充时得到通知

当某些事情没有按预期运行时发出警报

全年种植-一年中每个月都有新鲜农产品

非常适合空间有限的城市环境

通过自动化减少操作时间和维护

消除对养分和浇水周期的猜测

水培法是水培的一个子集，是一种使用矿物营养液在水中、无土的植物生长方法。

水培这个词在技术上的意思是工作水，源于拉丁语“hydro”意思是水，“ponos”意思是劳动。许多不同的文明从一开始就依赖水培法来种植植物，例如早期的墨西哥和埃及文明。然而，最近水培种植在许多不同的市场中越来越受欢迎和使用。

绿色高效

水被再循环，这使得效率高，通常超过90%的水消耗效率。

我们的垂直设计允许在更小的占地面积内种植更高密度的植物。在不到5‘x5’的空间内，我们正在种植160株植物。

自动化

该系统由一系列Arduino控制器维护。浇水周期、pH值水平、营养水平、照明周期和通风扇都通过Arduino进行维护。

Arduino可以使用I2C联网到RaspberryPi，以允许实时监控和更新所有系统参数。RaspberryPi进一步用于维护所有系统运行数据的历史日志，并通过一组if网络服务使其可用。

配套的智能手机/平板电脑应用程序与RaspberryPi连接，允许从世界任何地方配置和监控您的整个系统。RaspberryPi通过JSONWeb服务与应用程序通信。

我们在种植什么？

垂直水培非常适合绿叶蔬菜。我目前正在成功种植生菜（长叶莴苣、波士顿围兜、春季混合）、卷心菜（红色和绿色）、草药（罗勒、香菜、薄荷、莳萝、细香葱）、菠菜、羽衣甘蓝（矮卷曲品种）、西兰花和矮牵牛。

零件和零件

支撑架

（5）10‘-2“PVC管

（1）10’-3”PVC管

（4）2“PVC90°弯头

（8）2”PVC三通

（4）3“至2”PVC三通

（4）3“PVC端盖

注意：所有PVC管材和配件均为附表40-蜂窝状PVC

塔/返回

（10）10‘-2”x3“PVC落水管

（1）10’PVC挤压排水沟4”

（4）PVC天沟端盖（确保左2个和右2个）

（2）1“螺纹到3/4”倒钩适配器

（2）3/4“PVC内螺纹连接器

（20）2”PVC管衣架（“J”形挂钩）

（20）#6不锈钢11/2英寸机器螺钉和螺母

供水/回水

（1）10‘-1“ID饮用水管

（3）1”螺纹到3/4“倒钩适配器

（1）1英寸倒钩T恤

（5）3/4”PEX90°弯头-带刺

（1）3/4“PEXT恤-倒钩

（1）1”至3/4“PEX减速器-带刺

（2）10个PEX压接环

（1）10件装11/2”软管夹

（1）25’-3/4“PEX

（20）可调0-10GPH滴灌器

（1）14加仑软塑料桶

支撑架（步骤见图片）

支撑框架由2”和3“OD（外径）的标准壁厚40PVC制成。框架由这种材料制成，具有模块化特性（易于组装在一起）和易于使用的尺寸（易于使用基本工具直接切割）。这并不排除使用其他结构材料，如木材、塑料和金属，因为框架是结构性的，不携带水。

工具说明：

该项目的PVC管最好使用斜切锯切割。它们很容易作为廉价的手动工具或电动/电动工具获得。斜切锯提供良好的90°切割，有助于增加框架的稳定性。

PVC是使用两部分胶水系统的胶水。

摆动式多功能电动工具用于切割垂直塔中的凹槽。

使用电热枪塑造垂直塔中的口袋。

支撑架是（2）由（2）“顶杆”组件和（2）“交叉支撑”连接的主要腿组件。

“顶杆”和“交叉支撑”的长度决定了您的系统将支持的塔的容量。

有两个由3”PVC制成的额外腿部延伸件，可以在室外使用时为元件提供额外的支撑。室内使用时可以省略这些。

在4‘处，我们支持（10）个在中心相距4.5“的生长塔。

支持顶

顶部支撑决定了生长系统的大小和系统可以支撑的塔数。

我们目前的计划包括一个4英尺长的2英寸PVC，塔的中心间距为4.5英寸。可以通过增加塔中心之间的间距来修改间距以支持更大的生长区域。

此外，您可以减少管道的长度以支持较少数量的种植塔。

支撑顶部结构是（2）个相同构造的单元。

支持顶级切割列表

来自10’部分的2”PVC

在48“处切割（2）个部分-（这些是第1部分-第一和第二组）

支持顶部组装说明

干装如下：

将2”管道部件#1装入（2）部件#290°弯头

支撑底部

与顶部支撑一样，底部交叉决定系统尺寸，该部件的宽度必须与支撑框架顶部相同。

我们目前的计划包括4英尺的长度。

支撑底部是（2）相同的4‘部分。

框架底部还包括（2）个可选的延长腿，当将装置安装在室外时，可以很好地提供额外的抗风支撑。

支持底部切割清单

来自10’部分的2“PVC

在48”处切割（2）个部分-（这些是第1部分-第一和第二组）

从3“PVC的剩余部分

在12”处切割（4）个部分-（这些是第2部分）

支持上下指令

干装如下：

将2“管道部件#1装入主要支腿组件的部件#690°三通

注意：安装底部横梁时，您需要一个额外的人来帮助支撑腿

可选：将3”管道部件#2安装到主要支腿组件的部件#990°三通

可选：将帽部件#3安装到3“管道部件#2

种植塔/回水

塔为该系统中的植物提供生长区域。

或者当前的设计通过将3”垂直生长塔在中心（从塔中心到相邻塔的距离）间隔4.5“，在塔之间提供大约1.5”来支持非常高密度的植物。

当前的4‘长度支持（10）个塔，每个塔具有（8）个插槽。通过两侧，我们为我们的整个系统获得了（160）个植物。

这种高密度和垂直种植系统对您可以种植的植物类型有一些限制。

塔/返回概述

塔是2“x3”PVC改性落水管。落水管通常有10英尺的部分。

10’部分的可用性决定了我们设计的5‘高度。

回水是4“PVC雨水槽。也可提供10’部分。它们被切割并用排水沟盖帽盖在末端。确保您拿起左右版本的端盖，因为它们是不同的。

塔/返回施工步骤

第1部分：塔

塔式切割清单

从10英尺长的2”x3“PVC落水管

在60英寸处将（10）个部分切成两半

塔成型说明

我们构建了一个木模板工具来帮助形成植物口袋

将（20）个塔分成（2）组（10）。

为了改善种植空间，我们抵消/错开种植塔中的植物槽。

在第一组（10）个塔的前面标记一条水平线，每6”从底部开始6“为（8）线。

速度方块很有帮助，可以在下水口材料上形成一条直线。

在第一组（10）个塔的前面标记一条水平线，每6”从底部开始9“为（8）线。

使用带有直切钻头的摆动式多功能电动工具，在绘制的线上切割2”切片。

使用电热枪在切口上方3英寸和下方3英寸处软化塑料几秒钟（大约15-30秒，具体取决于热风枪的瓦数）。PVC将开始起皱或下沉，并呈现出湿松垮纸的外观。

使用您的木模板在切口处滑入软化的PVC。保持原位约30秒。

对塔中的剩余插槽重复此操作。

在塔的顶部和背面钻一个3/16“的孔，以放置塔吊架的螺钉。

回水

回水切割清单

从10英尺长的4”PVC排水沟

在46“处切割（4）个部分

回水组装说明

确定左右边沟端盖。

测试安装在排水沟部分的端盖。

我们用一些150号砂纸粗磨了排水沟塑料，其中盖子与排水沟重叠（约5/8”）以获得更好的附着力。

在端盖的内侧重叠边缘上涂抹大量有机硅PVC粘合剂。

小心地将端盖安装在排水沟上，确保胶水接触到排水沟材料周围的所有地方。

我们用手指将多余的粘合剂推到排水沟和盖子的边缘，以确保良好的接触。

将一块遮蔽胶带或其他易于去除的胶带放在盖子上，直到达到推荐的干燥时间。

重复其他3面，然后放在一边直至干燥。

在4“排水沟的后壁上钻一个1”孔以插入1“至3/4”带倒钩的适配器。这将作为回水到14加仑桶的连接器。

将适配器的1“螺纹侧旋入排水沟内侧的1”内螺纹连接器。

为回水的每一侧切割（2）-12“软1”乙烯基软管部分。

使用1英寸倒钩T恤在中心连接。

将一段乙烯基管切成适合放置14加仑水箱的长度。

供水

我们选择3/4“PEX作为主供水管线，因为它具有饮用水安全特性和易于安装，因为我们有PEX压接安装工具。如果没有压接工具，CPVC也是一个很好的选择，CPVC是也通过饮用水认证，但需要胶水和接头连接器进行组装。

供水/回水概览

水源的布置使得在主腿的中央横梁处有一个单独的上升。实施此设计是为了减少水泵的整体高度负载。与（2）6‘上升减少总水流量不同，上升对泵的效率略高。

供水/回水施工步骤

零件#1-#6是3/4”PEX切割以反映主要腿部尺寸。

这些是通过测量腿部尺寸来确定的最佳尺寸。

压接Part#1、Part#2和Part#3以及Part#7-3/4“带倒钩的PEXT恤。

将部件#3和部件#4与部件#8-3/4”PEX90°弯头压接在一起。

将部件#4和部件#5与部件#9-3/4“PEX90°弯头压接在一起。

将部件#2和部件#6与部件#10-3/4”PEX90°弯头一起压接。

在零件#5和零件#6中为零件#11-滴灌器钻孔。

从零件#5/零件#6的弯头末端开始-从末端4“开始测量，并在PEX管道底部标记第一个孔。

沿着PEX管道底部画一条线来标记剩余标记的底部是有帮助的。

从第一个标记开始测量4.5”并做第二个标记。

每4.5英寸重复一次，最后一个标记应该是从肘部到另一条腿的4英寸。

在标记上使用3/16钻头钻头。

安装在滴灌器中-第11部分

滴灌器的孔稍微紧贴以防止不必要的滴水，用热风枪短暂软化PEX（30秒），这将使滴灌器更容易插入PEX。

在14加仑水桶上切一个1英寸的孔。

将1“至3/4”带倒钩的适配器穿过水容器壁。

将软乙烯基软管从回水槽三通连接到水桶。

电子产品

我们将控制器的功能分解为单独的组件。

气候机器人

作用：室内操作的环境控制。

用于根据开/关间隔时间表和循环风扇的恒温和/或基于时间表的控制来维持光循环。

硬件部件

（1）Arduino

（1）Arduino2通道继电器模块板和扩展板

（1）个适合您空间大小的循环风扇

（1）15米-基于LED-12v灵活50505:1红/蓝

（1）用于Arduino的防水DS18B20数字温度传感器探头

机器人

作用：水质控制

用于维持pH值水平维持和营养水平维持。

硬件部件

（1）Arduino

（1）Arduino2通道继电器模块板和扩展板

（1）模拟pH计套件

（1）Arduino电导率传感器

（1）用于Arduino的防水DS18B20数字温度传感器探头

（2）12VDC蠕动计量泵

水电机器人

作用：基于开/关时间间隔和水库水位维护计划的浇水周期

（1）Arduino

（1）Arduino2通道继电器模块板和扩展板

（2）侧装式水位控制浮球开关常闭

（1）1“水流量计计数器1-60L/min

（1）1/2”DC12V电动电磁阀进水流量开关常闭

（1）620GPH潜水泵