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

• 允許高密度產量和更短的生長周期

• 減少資源消耗——水、肥料和空間

• 節省勞動力 - 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

• 澆水周期 - 監控和自動補水水平

• 植物養分和 pH - 監測和校正

• 體溫監測

• 空氣循環和照明控制（用于室內操作）

• 智能互聯

• 適用于智能手機、平板電腦和個人電腦的農場控制器應用程序

• 當系統需要補充時得到通知

• 當某些東西沒有按預期運行時發出警報

• 全年種植 - 一年中每個月都有新鮮農產品

• 非常適合空間有限的城市環境

• 通過自動化減少操作時間和維護

• 消除對養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營養液在水中種植植物的方法。

水培這個詞在技術上意味著工作水，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，效率很高，通常水消耗效率超過 90%。

我們的垂直設計允許在更小的占地面積內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

該系統由一系列 Arduino 控制器維護。澆水周期、pH 值、營養水平、照明周期和通風風扇都通過 Arduino 進行維護。

Arduino 可以使用 I2C 與 Raspberry Pi 聯網，以實時監控和更新所有系統參數。Raspberry Pi 進一步用于維護所有系統運行數據的歷史日志，并通過 set if web 服務使其可用。

配套的智能手機/平板電腦應用程序與 Raspberry Pi 接口，允許從世界任何地方配置和監控整個系統。Raspberry Pi 通過 JSON 網絡服務與應用程序通信。

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、細香蔥）、菠菜、羽衣甘藍（矮卷曲品種）、西蘭花和牽牛花。

--------------

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 3/4" 倒鉤適配器

(2) 3/4" PVC 內螺紋接頭

(20) 2" PVC 管吊架（“J”型掛鉤）

(20) #6 不銹鋼 1 1/2 英寸機用螺釘和螺母

供水/回水

(1) 10' - 1"ID 飲用水管

(3) 1" 螺紋轉 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

(1) 10 包 1 1/2" 軟管夾

(1) 25' - 3/4" PEX

(20) 個可調節的 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）的標準 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構材料，例如木材、塑料和金屬，因為框架是結構性的并且不承載水。

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定性。

PVC 是使用兩部分膠水系統的膠水。

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的大小和系統可以支撐的塔數。

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域。

另外，您可以減少管道的長度以支持較少數量的種植塔。

支撐頂部結構是 (2) 個相同構造的單元。

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，當設備安裝在室外時，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

這些塔為該系統中的植物提供了生長區域。

或者當前的設計通過將 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"。

當前的 4 英尺長支持 (10) 個塔，每個塔有 (8) 個插槽。在兩側，我們為整個系統獲得 (160) 個植物。

這種高密度和垂直生長系統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槍的瓦數）。PVC 將開始起皺或下沉，并呈現出濕紙的外觀。

• 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。

• 在端蓋的內側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，直到達到建議的干燥時間。

• 對其他 3 個面重復上述步驟，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" 螺紋側擰入排水溝內側的 1" 母接頭。

• 為回水的每一側切割一段 (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

我們為主要供水管線選擇 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。實施此設計是為了減少水泵的整體高度負載。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" 端開始測量并標記 PEX 管底部的第一個孔。

• 沿著 PEX 管底部畫一條線來標記剩余標記的底部是有幫助的。

• 從第一個標記開始測量 4.5" 并制作第二個標記。

• 每 4.5 英寸重復一次，最后一個標記應距離另一條腿的肘部 4 英寸。

• 使用 3/16 鉆頭在標記上鉆孔。

• 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。

電子產品

我們將控制器的功能分解為單獨的組件。

氣候機器人

作用：室內操作的環境控制。

用于根據開/關間隔時間表和循環風扇的恒溫和/或基于時間表的控制來維持光循環。

硬件組件

(1) 阿杜諾

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

(1) 循環風扇大小適合您的空間

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

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

pHarmBot

作用：水質控制

用于維持 pH 水平維持和營養水平維持。

硬件組件

(1) 阿杜諾

(1) 用于 Arduino 的 2 通道繼電器模塊板和擴展板

(1) 模擬 pH 計套件（來源：RobotMesh.com ）

(1) Arduino電導率傳感器（來源：eBay ）

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

(2) 12V DC 蠕動計量泵（來源：亞馬遜）

水電機器人

作用：澆水周期基于開/關間隔和水庫水位維護的時間表

(1) 阿杜諾

(1) 用于 Arduino 的 2 通道繼電器模塊板和擴展板

(2) 側裝水位控制浮子開關常閉（來源：eBay ）

(1) 1" 水流量計計數器 1-60L/min（來源：亞馬遜）

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

(1) 620 GPH 潛水泵（來源：Harbor Freight ）

Arduino 資源（草圖和鏈接）：

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

Arduino 電導率傳感器 - 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