Arduino垂直水培农场

描述

我们称我们的项目为RUFS ，用于R obotic Urban F arm S ystem

• 垂直水培花园

• 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

• 节省劳动力 - 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（Raspberry Pi 和 Arduino）维护

• 浇水周期 - 监控和自动补水水平

• 植物养分和 pH - 监测和校正

• 体温监测

• 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

• 当某些东西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，是一种在没有土壤的情况下使用矿物质营养液在水中种植植物的方法。

水培这个词在技术上意味着工作水，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，最近水培法在许多不同市场越来越受欢迎和使用。

绿色高效

水被再循环，效率很高，通常水消耗效率超过 90%。

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' x 5' 的空间里，我们种植了 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、营养水平、照明周期和通风风扇都通过 Arduino 进行维护。

Arduino 可以使用 I2C 与 Raspberry Pi 联网，以实时监控和更新所有系统参数。Raspberry Pi 进一步用于维护所有系统运行数据的历史日志，并通过 set if web 服务使其可用。

配套的智能手机/平板电脑应用程序与 Raspberry Pi 接口，允许从世界任何地方配置和监控整个系统。Raspberry Pi 通过 JSON 网络服务与应用程序通信。

我们在成长什么？

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、波士顿围嘴、春季混合）、卷心菜（红色和绿色）、香草（罗勒、香菜、薄荷、莳萝、细香葱）、菠菜、羽衣甘蓝（矮卷曲品种）、西兰花和牵牛花。

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零件和零件（买什么）

支撑架

(5) 10' - 2" PVC 管

(1) 10' - 3" PVC 管

(4) 2" PVC 90° 弯头

(8) 2" PVC 三通

(4) 3" 至 2" PVC 三通

(4) 3" PVC 端盖

注意：所有 PVC 管道和管件均为 Schedule 40 - 蜂窝 PVC

塔/返回

(10) 10' - 2" x 3" PVC 落水管

(1) 10' PVC 挤压排水沟 4"

(4) PVC 排水沟端盖（确保左 2 个，右 2 个）

(2) 1" 螺纹转 3/4" 倒钩适配器

(2) 3/4" PVC 内螺纹接头

(20) 2" PVC 管吊架（“J”型挂钩）

(20) #6 不锈钢 1 1/2 英寸机用螺钉和螺母

供水/回水

(1) 10' - 1"ID 饮用水管

(3) 1" 螺纹转 3/4" 倒钩适配器

(1) 1" 倒刺 T 恤

(5) 3/4" PEX 90° 弯头 - 倒钩

(1) 3/4" PEX 三通 - 倒钩

(1) 1" 至 3/4" PEX 减速器 - 倒钩

(2) 10 个装 PEX 压接环

(1) 10 包 1 1/2" 软管夹

(1) 25' - 3/4" PEX

(20) 个可调节的 0-10GPH 滴头

(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 Schedule 40 PVC 制成。该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，例如木材、塑料和金属，因为框架是结构性的并且不承载水。

工具说明：

最好使用斜切锯切割此项目的 PVC 管。这些作为廉价的手动工具或电动/电动工具很容易获得。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在垂直塔中切割凹槽。

电热风枪用于塑造垂直塔中的口袋。

支撑框架是 (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部分，可以在室外使用时提供额外的支撑以抵抗元素。这些可以在室内使用时省略。

在 4 英尺处，我们支持 (10) 个中心间隔为 4.5 英寸的生长塔。

支持置顶

顶部支撑决定了种植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" PVC，塔的中心间距为 4.5"。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种植区域。

另外，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。

支持顶级切割清单

• 来自 2" PVC 的 10' 部分

• 在 48 英寸处切割 (2) 个部分 -（这些是第 1 部分 - 第一和第二组）

支持顶层组装说明

干装以下：

• 将 2" 管道零件 #1 装入 (2) 零件 #2 90° 弯头

支撑底

与顶部支撑一样，底部交叉决定了系统尺寸，该部件的宽度必须与支撑框架顶部的宽度相同。

我们目前的计划包括 4 英尺的长度。

底部支撑件是 (2) 个相同的 4' 部分。

框架底部还包括 (2) 个可选的加长腿，当设备安装在室外时，这些加长腿非常有用，可以提供额外的防风支撑。

支持底切清单

• 来自 2" PVC 的 10' 部分

• 在 48 英寸处切割 (2) 个部分 -（这些是第 1 部分 - 第一和第二组）

• 来自 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

干装以下：

• 将 2" 管道部件 #1 装入主腿组件的部件 #6 90° 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 安装到主腿组件的部件 #9 90° 三通中

• 可选：将第 3 部分盖帽安装到第 2 部分的 3" 管道中

种植塔/回水

这些塔为该系统中的植物提供了生长区域。

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

当前的 4 英尺长支持 (10) 个塔，每个塔有 (8) 个插槽。在两侧，我们为整个系统获得 (160) 个植物。

这种高密度和垂直生长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" x 3" PVC 改良落水管。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。

回水管是 4 英寸 PVC 雨水槽。也有 10 英尺的部分可供选择。它们被切割并在末端用排水沟盖帽盖住。确保你拿起左右两个版本的端盖，因为它们是不同的。

塔/返回施工步骤

第 1 部分：塔

塔切割清单

• 来自 2" x 3" PVC 落水管的 10' 部分

• 在 60" 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袋

• 将 (20) 个塔分成 (2) 组 (10)。

• 为了改善种植空间，我们偏移/错开种植塔中的植物槽。

• 在第一组 (10) 塔的前部标记一条水平线，每 6 英寸从底部开始 6 英寸，用于 (8) 条线。

• 速度方块很有用，可以让一条直线穿过落水口材料。

• 在第一组 (10) 塔的前部标记一条水平线，每 6 英寸从底部开始 9 英寸，用于 (8) 条线。

• 使用带有直切钻头的摆动多功能电动工具，在绘制的线上切出 2" 的切片。

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

• 使用您的木模板在切口处滑入软化的 PVC。保持原位约 30 秒。

• 重复塔中剩余的插槽。

• 在塔的顶部背面钻一个 3/16" 的孔，用于放置塔吊架的螺丝。

回水

回水切割清单

• 来自 10' 的 4" PVC 排水沟

• 在 46" 处切割 (4) 个部分

回水装配说明

• 识别左右排水沟端盖。

• 测试在排水沟部分安装端盖。

• 我们用大约 150 粒度的砂纸打磨了排水沟塑料，其中盖子与排水沟重叠（约 5/8 英寸）以获得更好的附着力。

• 在端盖的内侧重叠边缘上散布一层硅胶 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。

• 我们用手指将多余的粘合剂推到排水沟和盖子的边缘周围，以确保良好的接触。

• 在盖子上放一块遮蔽胶带或其他易于去除的胶带，直到达到建议的干燥时间。

• 对其他 3 个面重复上述步骤，然后放在一边晾干。

• 在 4 英寸排水沟的后壁上钻一个 1 英寸的孔，以插入 1 英寸至 3/4 英寸的倒钩适配器。这将用作将水返回到 14 加仑水桶的连接器。

• 将适配器的 1" 螺纹侧拧入排水沟内侧的 1" 母接头。

• 为回水的每一侧切割一段 (2) - 12" 的 1" 软乙烯基软管。

• 在中心加入 1 英寸倒钩 T 恤。

• 将一段乙烯基管切割到您放置 14 加仑水箱的位置。

供水

我们为主要供水管线选择 3/4" PEX，因为它具有饮用水安全特性并且易于安装，因为我们有 PEX 压接安装工具。如果压接工具不可用，CPVC 也是一个很好的选择，CPVC 是也通过了饮用水认证，但需要胶水和接头连接器才能组装。

供水/回水概览

供水系统的布置使得在主腿的中央横梁处有一个分叉的单一上升部分。实施此设计是为了减少水泵的整体高度负载。而不是 (2) 6' 上升减少整体水流量，上升对泵的效率稍微高一些。

供水/回水施工步骤

• 零件 #1 - #6 是 3/4" PEX 切割以反映主腿尺寸。

• 这些尺寸最好通过测量腿部尺寸来确定。

• 将第 1 部分、第 2 部分和第 3 部分与第 7 部分 - 3/4" 倒钩 PEX 三通一起压接。

• 将第 3 部分和第 4 部分与第 8 部分 - 3/4" PEX 90° 弯头压接在一起。

• 将第 4 部分和第 5 部分与第 9 部分 - 3/4" PEX 90° 弯头压接在一起。

• 将零件 #2 和零件 #6 与零件 #10 - 3/4" PEX 90° 弯头压接在一起。

• 在第 11 部分的第 5 部分和第 6 部分中钻孔 - 滴水器。

• 从第 5 部分/第 6 部分的弯头端开始 - 从 4" 端开始测量并标记 PEX 管底部的第一个孔。

• 沿着 PEX 管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" 并制作第二个标记。

• 每 4.5 英寸重复一次，最后一个标记应距离另一条腿的肘部 4 英寸。

• 使用 3/16 钻头在标记上钻孔。

• 安装滴头 - 第 11 部分

• 该孔稍微紧贴滴头以防止不必要的滴落，用热风枪短暂软化 PEX（30 秒），这将使滴头更容易插入 PEX。

• 在 14 加仑的水桶上切一个 1" 的孔。

• 将 1" 至 3/4" 带倒钩的适配器穿过水容器壁。

• 将回水槽三通上的软乙烯基软管连接到水桶上。

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。

硬件组件

(1) 阿杜诺

(1) 用于 Arduino 的 2 通道继电器模块板和扩展板（来源：eBay ）

(1) 循环风扇大小适合您的空间

(1) 15 米 - 基于 LED - 12v Flexible 5050 5:1 红/蓝（来源：eBay ）

(1) 适用于 Arduino 的防水 DS18B20 数字温度传感器探头（来源：eBay ）

pHarmBot

作用：水质控制

用于维持 pH 水平维持和营养水平维持。

硬件组件

(1) 阿杜诺

(1) 用于 Arduino 的 2 通道继电器模块板和扩展板

(1) 模拟 pH 计套件（来源：RobotMesh.com ）

(1) Arduino电导率传感器（来源：eBay ）

(1) 适用于 Arduino 的防水 DS18B20 数字温度传感器探头（来源：eBay ）

(2) 12V DC 蠕动计量泵（来源：亚马逊）

水电机器人

作用：浇水周期基于开/关间隔和水库水位维护的时间表

(1) 阿杜诺

(1) 用于 Arduino 的 2 通道继电器模块板和扩展板

(2) 侧装水位控制浮子开关常闭（来源：eBay ）

(1) 1" 水流量计计数器 1-60L/min（来源：亚马逊）

(1) 1/2" DC 12V 电动电磁阀进水流量开关常闭（来源：eBay ）

(1) 620 GPH 潜水泵（来源：Harbor Freight ）

Arduino 资源（草图和链接）：

DS18B20 数字温度传感器探头 - 请参阅附件 ( OneWire.txt )

Arduino 电导率传感器 - 请参阅附件 ( EC_Sensor.txt )

指针式 pH 计 - 见附件 ( ph_Meter.txt )

模拟酸度计套件