Arduino垂直水培農(nóng)場

描述

我們稱我們的項目為RUFS ，用于R obotic Urban F arm S ystem

• 垂直水培花園

• 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

• 節(jié)省勞動力 - 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（Raspberry Pi 和 Arduino）維護(hù)

• 澆水周期 - 監(jiān)控和自動補(bǔ)水水平

• 植物養(yǎng)分和 pH - 監(jiān)測和校正

• 體溫監(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)某些東西沒有按預(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，是一種在沒有土壤的情況下使用礦物質(zhì)營養(yǎng)液在水中種植植物的方法。

水培這個詞在技術(shù)上意味著工作水，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，最近水培法在許多不同市場越來越受歡迎和使用。

綠色高效

水被再循環(huán)，效率很高，通常水消耗效率超過 90%。

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' x 5' 的空間里，我們種植了 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、營養(yǎng)水平、照明周期和通風(fēng)風(fēng)扇都通過 Arduino 進(jìn)行維護(hù)。

Arduino 可以使用 I2C 與 Raspberry Pi 聯(lián)網(wǎng)，以實時監(jiān)控和更新所有系統(tǒng)參數(shù)。Raspberry Pi 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 set if web 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 Raspberry Pi 接口，允許從世界任何地方配置和監(jiān)控整個系統(tǒng)。Raspberry Pi 通過 JSON 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與應(yīng)用程序通信。

我們在成長什么？

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、波士頓圍嘴、春季混合）、卷心菜（紅色和綠色）、香草（羅勒、香菜、薄荷、蒔蘿、細(xì)香蔥）、菠菜、羽衣甘藍(lán)（矮卷曲品種）、西蘭花和牽?；?。

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零件和零件（買什么）

支撐架

(5) 10' - 2" PVC 管

(1) 10' - 3" PVC 管

(4) 2" PVC 90° 彎頭

(8) 2" PVC 三通

(4) 3" 至 2" PVC 三通

(4) 3" PVC 端蓋

注意：所有 PVC 管道和管件均為 Schedule 40 - 蜂窩 PVC

塔/返回

(10) 10' - 2" x 3" PVC 落水管

(1) 10' PVC 擠壓排水溝 4"

(4) PVC 排水溝端蓋（確保左 2 個，右 2 個）

(2) 1" 螺紋轉(zhuǎn) 3/4" 倒鉤適配器

(2) 3/4" PVC 內(nèi)螺紋接頭

(20) 2" PVC 管吊架（“J”型掛鉤）

(20) #6 不銹鋼 1 1/2 英寸機(jī)用螺釘和螺母

供水/回水

(1) 10' - 1"ID 飲用水管

(3) 1" 螺紋轉(zhuǎn) 3/4" 倒鉤適配器

(1) 1" 倒刺 T 恤

(5) 3/4" PEX 90° 彎頭 - 倒鉤

(1) 3/4" PEX 三通 - 倒鉤

(1) 1" 至 3/4" PEX 減速器 - 倒鉤

(2) 10 個裝 PEX 壓接環(huán)

(1) 10 包 1 1/2" 軟管夾

(1) 25' - 3/4" PEX

(20) 個可調(diào)節(jié)的 0-10GPH 滴頭

(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) Schedule 40 PVC 制成。該框架由這種材料制成，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，例如木材、塑料和金屬，因為框架是結(jié)構(gòu)性的并且不承載水。

工具說明：

最好使用斜切鋸切割此項目的 PVC 管。這些作為廉價的手動工具或電動/電動工具很容易獲得。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在垂直塔中切割凹槽。

電熱風(fēng)槍用于塑造垂直塔中的口袋。

支撐框架是 (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部分，可以在室外使用時提供額外的支撐以抵抗元素。這些可以在室內(nèi)使用時省略。

在 4 英尺處，我們支持 (10) 個中心間隔為 4.5 英寸的生長塔。

支持置頂

頂部支撐決定了種植系統(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" PVC，塔的中心間距為 4.5"。可以通過增加塔中心之間的間距來修改間距以支持更大的種植區(qū)域。

另外，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。

支持頂級切割清單

• 來自 2" PVC 的 10' 部分

• 在 48 英寸處切割 (2) 個部分 -（這些是第 1 部分 - 第一和第二組）

支持頂層組裝說明

干裝以下：

• 將 2" 管道零件 #1 裝入 (2) 零件 #2 90° 彎頭

支撐底

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

我們目前的計劃包括 4 英尺的長度。

底部支撐件是 (2) 個相同的 4' 部分。

框架底部還包括 (2) 個可選的加長腿，當(dāng)設(shè)備安裝在室外時，這些加長腿非常有用，可以提供額外的防風(fēng)支撐。

支持底切清單

• 來自 2" PVC 的 10' 部分

• 在 48 英寸處切割 (2) 個部分 -（這些是第 1 部分 - 第一和第二組）

• 來自 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

干裝以下：

• 將 2" 管道部件 #1 裝入主腿組件的部件 #6 90° 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 安裝到主腿組件的部件 #9 90° 三通中

• 可選：將第 3 部分蓋帽安裝到第 2 部分的 3" 管道中

種植塔/回水

這些塔為該系統(tǒng)中的植物提供了生長區(qū)域。

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

當(dāng)前的 4 英尺長支持 (10) 個塔，每個塔有 (8) 個插槽。在兩側(cè)，我們?yōu)檎麄€系統(tǒng)獲得 (160) 個植物。

這種高密度和垂直生長系統(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" x 3" PVC 改良落水管。落水管通常有 10 英尺的部分。

10' 部分的可用性決定了我們設(shè)計的 5' 高度。

回水管是 4 英寸 PVC 雨水槽。也有 10 英尺的部分可供選擇。它們被切割并在末端用排水溝蓋帽蓋住。確保你拿起左右兩個版本的端蓋，因為它們是不同的。

塔/返回施工步驟

第 1 部分：塔

塔切割清單

• 來自 2" x 3" PVC 落水管的 10' 部分

• 在 60" 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袋

• 將 (20) 個塔分成 (2) 組 (10)。

• 為了改善種植空間，我們偏移/錯開種植塔中的植物槽。

• 在第一組 (10) 塔的前部標(biāo)記一條水平線，每 6 英寸從底部開始 6 英寸，用于 (8) 條線。

• 速度方塊很有用，可以讓一條直線穿過落水口材料。

• 在第一組 (10) 塔的前部標(biāo)記一條水平線，每 6 英寸從底部開始 9 英寸，用于 (8) 條線。

• 使用帶有直切鉆頭的擺動多功能電動工具，在繪制的線上切出 2" 的切片。

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

• 使用您的木模板在切口處滑入軟化的 PVC。保持原位約 30 秒。

• 重復(fù)塔中剩余的插槽。

• 在塔的頂部背面鉆一個 3/16" 的孔，用于放置塔吊架的螺絲。

回水

回水切割清單

• 來自 10' 的 4" PVC 排水溝

• 在 46" 處切割 (4) 個部分

回水裝配說明

• 識別左右排水溝端蓋。

• 測試在排水溝部分安裝端蓋。

• 我們用大約 150 粒度的砂紙打磨了排水溝塑料，其中蓋子與排水溝重疊（約 5/8 英寸）以獲得更好的附著力。

• 在端蓋的內(nèi)側(cè)重疊邊緣上散布一層硅膠 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。

• 我們用手指將多余的粘合劑推到排水溝和蓋子的邊緣周圍，以確保良好的接觸。

• 在蓋子上放一塊遮蔽膠帶或其他易于去除的膠帶，直到達(dá)到建議的干燥時間。

• 對其他 3 個面重復(fù)上述步驟，然后放在一邊晾干。

• 在 4 英寸排水溝的后壁上鉆一個 1 英寸的孔，以插入 1 英寸至 3/4 英寸的倒鉤適配器。這將用作將水返回到 14 加侖水桶的連接器。

• 將適配器的 1" 螺紋側(cè)擰入排水溝內(nèi)側(cè)的 1" 母接頭。

• 為回水的每一側(cè)切割一段 (2) - 12" 的 1" 軟乙烯基軟管。

• 在中心加入 1 英寸倒鉤 T 恤。

• 將一段乙烯基管切割到您放置 14 加侖水箱的位置。

供水

我們?yōu)橹饕┧芫€選擇 3/4" PEX，因為它具有飲用水安全特性并且易于安裝，因為我們有 PEX 壓接安裝工具。如果壓接工具不可用，CPVC 也是一個很好的選擇，CPVC 是也通過了飲用水認(rèn)證，但需要膠水和接頭連接器才能組裝。

供水/回水概覽

供水系統(tǒng)的布置使得在主腿的中央橫梁處有一個分叉的單一上升部分。實施此設(shè)計是為了減少水泵的整體高度負(fù)載。而不是 (2) 6' 上升減少整體水流量，上升對泵的效率稍微高一些。

供水/回水施工步驟

• 零件 #1 - #6 是 3/4" PEX 切割以反映主腿尺寸。

• 這些尺寸最好通過測量腿部尺寸來確定。

• 將第 1 部分、第 2 部分和第 3 部分與第 7 部分 - 3/4" 倒鉤 PEX 三通一起壓接。

• 將第 3 部分和第 4 部分與第 8 部分 - 3/4" PEX 90° 彎頭壓接在一起。

• 將第 4 部分和第 5 部分與第 9 部分 - 3/4" PEX 90° 彎頭壓接在一起。

• 將零件 #2 和零件 #6 與零件 #10 - 3/4" PEX 90° 彎頭壓接在一起。

• 在第 11 部分的第 5 部分和第 6 部分中鉆孔 - 滴水器。

• 從第 5 部分/第 6 部分的彎頭端開始 - 從 4" 端開始測量并標(biāo)記 PEX 管底部的第一個孔。

• 沿著 PEX 管底部畫一條線來標(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" 并制作第二個標(biāo)記。

• 每 4.5 英寸重復(fù)一次，最后一個標(biāo)記應(yīng)距離另一條腿的肘部 4 英寸。

• 使用 3/16 鉆頭在標(biāo)記上鉆孔。

• 安裝滴頭 - 第 11 部分

• 該孔稍微緊貼滴頭以防止不必要的滴落，用熱風(fēng)槍短暫軟化 PEX（30 秒），這將使滴頭更容易插入 PEX。

• 在 14 加侖的水桶上切一個 1" 的孔。

• 將 1" 至 3/4" 帶倒鉤的適配器穿過水容器壁。

• 將回水槽三通上的軟乙烯基軟管連接到水桶上。

電子產(chǎn)品

我們將控制器的功能分解為單獨的組件。

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)。

硬件組件

(1) 阿杜諾

(1) 用于 Arduino 的 2 通道繼電器模塊板和擴(kuò)展板（來源：eBay ）

(1) 循環(huán)風(fēng)扇大小適合您的空間

(1) 15 米 - 基于 LED - 12v Flexible 5050 5:1 紅/藍(lán)（來源：eBay ）

(1) 適用于 Arduino 的防水 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器探頭（來源：eBay ）

pHarmBot

作用：水質(zhì)控制

用于維持 pH 水平維持和營養(yǎng)水平維持。

硬件組件

(1) 阿杜諾

(1) 用于 Arduino 的 2 通道繼電器模塊板和擴(kuò)展板

(1) 模擬 pH 計套件（來源：RobotMesh.com ）

(1) Arduino電導(dǎo)率傳感器（來源：eBay ）

(1) 適用于 Arduino 的防水 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器探頭（來源：eBay ）

(2) 12V DC 蠕動計量泵（來源：亞馬遜）

水電機(jī)器人

作用：澆水周期基于開/關(guān)間隔和水庫水位維護(hù)的時間表

(1) 阿杜諾

(1) 用于 Arduino 的 2 通道繼電器模塊板和擴(kuò)展板

(2) 側(cè)裝水位控制浮子開關(guān)常閉（來源：eBay ）

(1) 1" 水流量計計數(shù)器 1-60L/min（來源：亞馬遜）

(1) 1/2" DC 12V 電動電磁閥進(jìn)水流量開關(guān)常閉（來源：eBay ）

(1) 620 GPH 潛水泵（來源：Harbor Freight ）

Arduino 資源（草圖和鏈接）：

DS18B20 數(shù)字溫度傳感器探頭 - 請參閱附件 ( OneWire.txt )

Arduino 電導(dǎo)率傳感器 - 請參閱附件 ( EC_Sensor.txt )

指針式 pH 計 - 見附件 ( ph_Meter.txt )

模擬酸度計套件