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基于物联网的水培农场

发布时间:2021-12-06
分享到:

基于物联网的水培农场

发布时间:2021-12-06
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  • 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(Raspberry Pi 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' x 5' 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 Raspberry Pi,以允许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 Raspberry Pi 连接,允许从世界任何地方配置和监控您的整个系统。Raspberry Pi 通过 JSON Web 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" 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 管材和配件均为附表 40 - 蜂窝状 PVC

塔/返回

(10) 10' - 2" x 3" 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 1 1/2 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" PEX 90° 弯头 - 带刺

(1) 3/4" PEX T 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 1 1/2" 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 40 PVC 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 #2 90° 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 #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 安装到主要支腿组件的部件 #9 90° 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" x 3" 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" x 3" 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 PEX T 恤。
  • 将部件 #3 和部件 #4 与部件 #8 - 3/4" PEX 90° 弯头压接在一起。
  • 将部件 #4 和部件 #5 与部件 #9 - 3/4" PEX 90° 弯头压接在一起。
  • 将部件 #2 和部件 #6 与部件 #10 - 3/4" PEX 90° 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) Arduino 2 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 5050 5:1 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) Arduino 2 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) 12V DC 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) Arduino 2 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" DC 12V 电动电磁阀进水流量开关常闭

(1) 620 GPH 潜水泵

如果您对此项目有任何想法、意见或问题,请在下方留言。

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