基于物聯(lián)網(wǎng)的水培農(nóng)場設(shè)計方案

一個垂直的水培花園

允許高密度產(chǎn)量和更短的生長周期

減少資源消耗——水、肥料和空間

省力-無需耕種雜草或土壤

作物的一致性更高，口感更佳

由微控制器（RaspberryPi和Arduino）維護(hù)

澆水周期-監(jiān)控和自動補(bǔ)充水位

植物養(yǎng)分和pH值-監(jiān)測和糾正

溫度監(jiān)測

空氣循環(huán)和照明控制（用于室內(nèi)操作）

智能互聯(lián)

適用于智能手機(jī)、平板電腦和個人電腦的農(nóng)場控制器應(yīng)用程序

當(dāng)系統(tǒng)需要補(bǔ)充時得到通知

當(dāng)某些事情沒有按預(yù)期運(yùn)行時發(fā)出警報

全年種植-一年中每個月都有新鮮農(nóng)產(chǎn)品

非常適合空間有限的城市環(huán)境

通過自動化減少操作時間和維護(hù)

消除對養(yǎng)分和澆水周期的猜測

水培法是水培的一個子集，是一種使用礦物營養(yǎng)液在水中、無土的植物生長方法。

水培這個詞在技術(shù)上的意思是工作水，源于拉丁語“hydro”意思是水，“ponos”意思是勞動。許多不同的文明從一開始就依賴水培法來種植植物，例如早期的墨西哥和埃及文明。然而，最近水培種植在許多不同的市場中越來越受歡迎和使用。

綠色高效

水被再循環(huán)，這使得效率高，通常超過90%的水消耗效率。

我們的垂直設(shè)計允許在更小的占地面積內(nèi)種植更高密度的植物。在不到5‘x5’的空間內(nèi)，我們正在種植160株植物。

自動化

該系統(tǒng)由一系列Arduino控制器維護(hù)。澆水周期、pH值水平、營養(yǎng)水平、照明周期和通風(fēng)扇都通過Arduino進(jìn)行維護(hù)。

Arduino可以使用I2C聯(lián)網(wǎng)到RaspberryPi，以允許實(shí)時監(jiān)控和更新所有系統(tǒng)參數(shù)。RaspberryPi進(jìn)一步用于維護(hù)所有系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的歷史日志，并通過一組if網(wǎng)絡(luò)服務(wù)使其可用。

配套的智能手機(jī)/平板電腦應(yīng)用程序與RaspberryPi連接，允許從世界任何地方配置和監(jiān)控您的整個系統(tǒng)。RaspberryPi通過JSONWeb服務(wù)與應(yīng)用程序通信。

我們在種植什么？

垂直水培非常適合綠葉蔬菜。我目前正在成功種植生菜（長葉萵苣、波士頓圍兜、春季混合）、卷心菜（紅色和綠色）、草藥（羅勒、香菜、薄荷、蒔蘿、細(xì)香蔥）、菠菜、羽衣甘藍(lán)（矮卷曲品種）、西蘭花和矮牽牛。

零件和零件

支撐架

（5）10‘-2“PVC管

（1）10’-3”PVC管

（4）2“PVC90°彎頭

（8）2”PVC三通

（4）3“至2”PVC三通

（4）3“PVC端蓋

注意：所有PVC管材和配件均為附表40-蜂窩狀PVC

塔/返回

（10）10‘-2”x3“PVC落水管

（1）10’PVC擠壓排水溝4”

（4）PVC天溝端蓋（確保左2個和右2個）

（2）1“螺紋到3/4”倒鉤適配器

（2）3/4“PVC內(nèi)螺紋連接器

（20）2”PVC管衣架（“J”形掛鉤）

（20）#6不銹鋼11/2英寸機(jī)器螺釘和螺母

供水/回水

（1）10‘-1“ID飲用水管

（3）1”螺紋到3/4“倒鉤適配器

（1）1英寸倒鉤T恤

（5）3/4”PEX90°彎頭-帶刺

（1）3/4“PEXT恤-倒鉤

（1）1”至3/4“PEX減速器-帶刺

（2）10個PEX壓接環(huán)

（1）10件裝11/2”軟管夾

（1）25’-3/4“PEX

（20）可調(diào)0-10GPH滴灌器

（1）14加侖軟塑料桶

支撐架（步驟見圖片）

支撐框架由2”和3“OD（外徑）的標(biāo)準(zhǔn)壁厚40PVC制成?？蚣苡蛇@種材料制成，具有模塊化特性（易于組裝在一起）和易于使用的尺寸（易于使用基本工具直接切割）。這并不排除使用其他結(jié)構(gòu)材料，如木材、塑料和金屬，因?yàn)榭蚣苁墙Y(jié)構(gòu)性的，不攜帶水。

工具說明：

該項目的PVC管最好使用斜切鋸切割。它們很容易作為廉價的手動工具或電動/電動工具獲得。斜切鋸提供良好的90°切割，有助于增加框架的穩(wěn)定性。

PVC是使用兩部分膠水系統(tǒng)的膠水。

擺動式多功能電動工具用于切割垂直塔中的凹槽。

使用電熱槍塑造垂直塔中的口袋。

支撐架是（2）由（2）“頂桿”組件和（2）“交叉支撐”連接的主要腿組件。

“頂桿”和“交叉支撐”的長度決定了您的系統(tǒng)將支持的塔的容量。

有兩個由3”PVC制成的額外腿部延伸件，可以在室外使用時為元件提供額外的支撐。室內(nèi)使用時可以省略這些。

在4‘處，我們支持（10）個在中心相距4.5“的生長塔。

支持頂

頂部支撐決定了生長系統(tǒng)的大小和系統(tǒng)可以支撐的塔數(shù)。

我們目前的計劃包括一個4英尺長的2英寸PVC，塔的中心間距為4.5英寸?？梢酝ㄟ^增加塔中心之間的間距來修改間距以支持更大的生長區(qū)域。

此外，您可以減少管道的長度以支持較少數(shù)量的種植塔。

支撐頂部結(jié)構(gòu)是（2）個相同構(gòu)造的單元。

支持頂級切割列表

來自10’部分的2”PVC

在48“處切割（2）個部分-（這些是第1部分-第一和第二組）

支持頂部組裝說明

干裝如下：

將2”管道部件#1裝入（2）部件#290°彎頭

支撐底部

與頂部支撐一樣，底部交叉決定系統(tǒng)尺寸，該部件的寬度必須與支撐框架頂部相同。

我們目前的計劃包括4英尺的長度。

支撐底部是（2）相同的4‘部分。

框架底部還包括（2）個可選的延長腿，當(dāng)將裝置安裝在室外時，可以很好地提供額外的抗風(fēng)支撐。

支持底部切割清單

來自10’部分的2“PVC

在48”處切割（2）個部分-（這些是第1部分-第一和第二組）

從3“PVC的剩余部分

在12”處切割（4）個部分-（這些是第2部分）

支持上下指令

干裝如下：

將2“管道部件#1裝入主要支腿組件的部件#690°三通

注意：安裝底部橫梁時，您需要一個額外的人來幫助支撐腿

可選：將3”管道部件#2安裝到主要支腿組件的部件#990°三通

可選：將帽部件#3安裝到3“管道部件#2

種植塔/回水

塔為該系統(tǒng)中的植物提供生長區(qū)域。

或者當(dāng)前的設(shè)計通過將3”垂直生長塔在中心（從塔中心到相鄰塔的距離）間隔4.5“，在塔之間提供大約1.5”來支持非常高密度的植物。

當(dāng)前的4‘長度支持（10）個塔，每個塔具有（8）個插槽。通過兩側(cè)，我們?yōu)槲覀兊恼麄€系統(tǒng)獲得了（160）個植物。

這種高密度和垂直種植系統(tǒng)對您可以種植的植物類型有一些限制。

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’部分的可用性決定了我們設(shè)計的5‘高度。

回水是4“PVC雨水槽。也可提供10’部分。它們被切割并用排水溝蓋帽蓋在末端。確保您拿起左右版本的端蓋，因?yàn)樗鼈兪遣煌摹?/p>

塔/返回施工步驟

第1部分：塔

塔式切割清單

從10英尺長的2”x3“PVC落水管

在60英寸處將（10）個部分切成兩半

塔成型說明

我們構(gòu)建了一個木模板工具來幫助形成植物口袋

將（20）個塔分成（2）組（10）。

為了改善種植空間，我們抵消/錯開種植塔中的植物槽。

在第一組（10）個塔的前面標(biāo)記一條水平線，每6”從底部開始6“為（8）線。

速度方塊很有幫助，可以在下水口材料上形成一條直線。

在第一組（10）個塔的前面標(biāo)記一條水平線，每6”從底部開始9“為（8）線。

使用帶有直切鉆頭的擺動式多功能電動工具，在繪制的線上切割2”切片。

使用電熱槍在切口上方3英寸和下方3英寸處軟化塑料幾秒鐘（大約15-30秒，具體取決于熱風(fēng)槍的瓦數(shù)）。PVC將開始起皺或下沉，并呈現(xiàn)出濕松垮紙的外觀。

使用您的木模板在切口處滑入軟化的PVC。保持原位約30秒。

對塔中的剩余插槽重復(fù)此操作。

在塔的頂部和背面鉆一個3/16“的孔，以放置塔吊架的螺釘。

回水

回水切割清單

從10英尺長的4”PVC排水溝

在46“處切割（4）個部分

回水組裝說明

確定左右邊溝端蓋。

測試安裝在排水溝部分的端蓋。

我們用一些150號砂紙粗磨了排水溝塑料，其中蓋子與排水溝重疊（約5/8”）以獲得更好的附著力。

在端蓋的內(nèi)側(cè)重疊邊緣上涂抹大量有機(jī)硅PVC粘合劑。

小心地將端蓋安裝在排水溝上，確保膠水接觸到排水溝材料周圍的所有地方。

我們用手指將多余的粘合劑推到排水溝和蓋子的邊緣，以確保良好的接觸。

將一塊遮蔽膠帶或其他易于去除的膠帶放在蓋子上，直到達(dá)到推薦的干燥時間。

重復(fù)其他3面，然后放在一邊直至干燥。

在4“排水溝的后壁上鉆一個1”孔以插入1“至3/4”帶倒鉤的適配器。這將作為回水到14加侖桶的連接器。

將適配器的1“螺紋側(cè)旋入排水溝內(nèi)側(cè)的1”內(nèi)螺紋連接器。

為回水的每一側(cè)切割（2）-12“軟1”乙烯基軟管部分。

使用1英寸倒鉤T恤在中心連接。

將一段乙烯基管切成適合放置14加侖水箱的長度。

供水

我們選擇3/4“PEX作為主供水管線，因?yàn)樗哂酗嬘盟踩匦院鸵子诎惭b，因?yàn)槲覀冇蠵EX壓接安裝工具。如果沒有壓接工具，CPVC也是一個很好的選擇，CPVC是也通過飲用水認(rèn)證，但需要膠水和接頭連接器進(jìn)行組裝。

供水/回水概覽

水源的布置使得在主腿的中央橫梁處有一個單獨(dú)的上升。實(shí)施此設(shè)計是為了減少水泵的整體高度負(fù)載。與（2）6‘上升減少總水流量不同，上升對泵的效率略高。

供水/回水施工步驟

零件#1-#6是3/4”PEX切割以反映主要腿部尺寸。

這些是通過測量腿部尺寸來確定的最佳尺寸。

壓接Part#1、Part#2和Part#3以及Part#7-3/4“帶倒鉤的PEXT恤。

將部件#3和部件#4與部件#8-3/4”PEX90°彎頭壓接在一起。

將部件#4和部件#5與部件#9-3/4“PEX90°彎頭壓接在一起。

將部件#2和部件#6與部件#10-3/4”PEX90°彎頭一起壓接。

在零件#5和零件#6中為零件#11-滴灌器鉆孔。

從零件#5/零件#6的彎頭末端開始-從末端4“開始測量，并在PEX管道底部標(biāo)記第一個孔。

沿著PEX管道底部畫一條線來標(biāo)記剩余標(biāo)記的底部是有幫助的。

從第一個標(biāo)記開始測量4.5”并做第二個標(biāo)記。

每4.5英寸重復(fù)一次，最后一個標(biāo)記應(yīng)該是從肘部到另一條腿的4英寸。

在標(biāo)記上使用3/16鉆頭鉆頭。

安裝在滴灌器中-第11部分

滴灌器的孔稍微緊貼以防止不必要的滴水，用熱風(fēng)槍短暫軟化PEX（30秒），這將使滴灌器更容易插入PEX。

在14加侖水桶上切一個1英寸的孔。

將1“至3/4”帶倒鉤的適配器穿過水容器壁。

將軟乙烯基軟管從回水槽三通連接到水桶。

電子產(chǎn)品

我們將控制器的功能分解為單獨(dú)的組件。

氣候機(jī)器人

作用：室內(nèi)操作的環(huán)境控制。

用于根據(jù)開/關(guān)間隔時間表和循環(huán)風(fēng)扇的恒溫和/或基于時間表的控制來維持光循環(huán)。

硬件部件

（1）Arduino

（1）Arduino2通道繼電器模塊板和擴(kuò)展板

（1）個適合您空間大小的循環(huán)風(fēng)扇

（1）15米-基于LED-12v靈活50505:1紅/藍(lán)

（1）用于Arduino的防水DS18B20數(shù)字溫度傳感器探頭

機(jī)器人

作用：水質(zhì)控制

用于維持pH值水平維持和營養(yǎng)水平維持。

硬件部件

（1）Arduino

（1）Arduino2通道繼電器模塊板和擴(kuò)展板

（1）模擬pH計套件

（1）Arduino電導(dǎo)率傳感器

（1）用于Arduino的防水DS18B20數(shù)字溫度傳感器探頭

（2）12VDC蠕動計量泵

水電機(jī)器人

作用：基于開/關(guān)時間間隔和水庫水位維護(hù)計劃的澆水周期

（1）Arduino

（1）Arduino2通道繼電器模塊板和擴(kuò)展板

（2）側(cè)裝式水位控制浮球開關(guān)常閉

（1）1“水流量計計數(shù)器1-60L/min

（1）1/2”DC12V電動電磁閥進(jìn)水流量開關(guān)常閉

（1）620GPH潛水泵