本发明涉及一种灌溉和施肥系统及其方法，尤其涉及一种光控水肥一体化智能灌溉系统及光控水肥一体化智能灌溉方法。
背景技术：
灌溉和施肥一直是农业生产的重要部分。
灌溉，即用水浇地。灌溉原则是灌溉量、灌溉次数和时间要根据药用植物需水特性、生育阶段、气候、土壤条件而定，要适时、适量，合理灌溉。其种类主要有播种前灌水、催苗灌水、生长期灌水及冬季灌水等。我国现有技术常采用漫灌的方式。
漫灌要挖沟渠，以前用人工，后来用牲畜、拖拉机，后来最先进的用激光测距的先进机械，取决于经济和地理条件，例如需要灌溉的地域面积大小，有什么可用的技术，人工费用等。植物在畦和陇沟中排成行或在苗床上生长，水沿着渠道进入农田，顺着陇沟或苗床边沿流入。也可以在田中用硬塑料管或铝管引水，在管上间隔距离开孔灌溉，用虹吸管连接渠道。
应用管道可以控制水流量，由于温度、风速、土壤、渗透能力等不同，漫灌容易造成有的地方水多，有的地方水不足的现象，管道可以移动，因此可以控制不产生这种不均的现象。尤其是如果采用自动阀门更可以增加效率。
但由于漫灌比较浪费水资源，需要较多的劳动力，并且容易造成地下水位抬高，因此使土壤盐碱化，在发达国家已经逐渐被淘汰。但由于只需要少量的资金和技术，在多数发展中国家中仍然被广泛使用。
施肥：当土壤里不能提供作物生长发育所需的营养时，对作物进行人为的营养元素的补充的行为称为施肥。不合理施肥通常是由于施肥数量、施肥时期、施肥方法不合理造成的。
技术实现要素：
本发明的第一个目的在于针对现有技术中的不足提供光控水肥一体化智能灌溉系统。
本发明的另一个目的在于针对现有技术中的不足提供一种光控水肥一体化智能灌溉方法。
本发明的第一个目的通过以下技术方案实现：
光控水肥一体化智能灌溉系统，包括节水灌溉系统和施肥系统，所述施肥系统包括固体肥料添加系统、光电控制器和数据储存分析系统；
节水灌溉系统包括光电控制器、数据储存分析系统、水源、水泵、注水管和用于控制节水灌溉系统开闭的水阀，还包括安装在待灌施肥区的灌溉分水管；节水灌溉系统的土壤内埋设一个或以上的水分探头；水阀安装在注水管上，注水管与一根以上的灌溉分水管相连，每根灌溉分水管均设有电磁阀；
光电控制器由光照开关和光强传感器组成；当光强传感器监测到光强＜1万lux时，光照开关打开，开启光照补偿系统，为作物提供补偿光源；
固体肥料添加系统包括固体肥料添加装置、光电开关、肥料添加槽和肥料盒；肥料添加槽设置在作物种植区，肥料添加槽横截面为倒梯形结构，肥料添加槽的侧壁开设肥料通孔，肥料添加槽的顶部设有肥料入料口；肥料盒安装在灌溉分水管上。
优选的，施肥系统还包括液体肥料添加系统，液体肥料添加系统包括液体肥料配肥装置，液体肥料入料桶、液体肥入料阀，液体肥入料阀设于液体肥料入料桶的出料管上，液体肥料入料桶的入料口与液体肥料配肥装置相连，液体肥料入料桶的出料管与注水管相连，液体肥料配肥装置内设有搅拌装置，搅拌装置由搅拌电机、搅拌轴、搅拌桨组成，灌溉分水管上开设灌溉孔
优选的，所述数据储存分析系统安装有数据储存分析软件的选用pc计算机或安装有数据储存分析app的移动电话的一种。
本发明的第一个目的通过以下技术方案实现：
光控水肥一体化智能灌溉方法，包括以下步骤：
s01，将待灌施肥区按灌溉分水管数量、作物种类、土壤类型和地理条件进行分区，分为x个小区，使每个小区的灌溉系统、作物种类、土壤类型和地理条件一致，每个小区的面积不大于1公顷，对于大于1公顷的区域再进一步划平分成若干个面积不大于1公顷的小区；
s02，在每个小区埋设一个或以上的水分探头实时监测土壤水份值w1，并将监测到的土壤水份值w1的数据录入到与节水灌溉系统的数据分析系统中，光电控制器根据数据分析系统的指令启动和关闭节水灌溉系统；且在每个小区埋设一个或以上的土壤肥力氮磷钾传感器，土壤肥力氮磷钾传感器实时监测土壤肥力f1，
s03，将每个小区的最大灌溉时间tmax和最小灌溉时间tmin输入计算机，并将每个土壤水分探头需维持的土壤水份值w0输入计算机，
土壤水份值w0是根据作物种类、土壤类型确定的，
而灌溉时间t是根据系统响应时间t0、水分探头测得的土壤水份值w1、预设土壤含水分值w0和灌溉水流量计算所得，t的计算公式为：t=t0+(w0-w1)/v，
tmax为当所有小区的电磁阀均打开时所需要的灌溉时间，tmax=t0+(w0-w1)/vmin，vmin为所有小区的电磁阀均打开时灌溉水管中的流量，
tmin为仅开启一个小区的电磁阀时所需要的灌溉时间，tmin=t0+(w0-w1)/vmax，vmax为值开启一个小区的电磁阀时灌溉水管中的流量；
s03，节水灌溉系统和施肥系统的启动和关闭：
启动施肥系统：施肥系统根据待灌施肥区总需肥量f总确定启动时间，当待灌施肥区总需肥量为f总＞0时，启动施肥系统进行施肥：待灌施肥区总需肥量为f总，每个小区的需肥量为fx，每个小区的需肥量fx=f0-f1，w总=∑w，当待灌施肥区总需肥量f总＞0时，启动施肥系统；关闭施肥系统：肥料添加完成后，自动关闭施肥系统停止施肥；
启动节水灌溉系统：首先开启注水管上的水阀：节水灌溉系统根据待灌施肥区总需水量为w总确定启动时间，当待灌施肥区总需水量w总＞0时，启动节水灌溉系统进行灌溉：待灌施肥区总需水量为w总，每个小区的需水量为wx，每个小区的需水量wx=w0-w1，w总=∑w，当待灌施肥区总需水量w总＞0时，启动灌溉系统，开启注水管上的水阀；然后再开启节水灌溉系统的每个小区的灌溉分水管的电磁阀：用户根据每个小区的灌溉优先级别确定每个小区的电磁阀开启时间，最优级的小区先打开电磁阀，每个小区的灌溉优先级y根据该小区的需水量wx来计算，需水量wx=w0-w1，y值越大，优先级越高，灌溉优先级y的计算公式：y=[k(w0-w1)]；关闭节水灌溉系统：肥料添加完成后，自动关闭节水灌溉系统停止灌溉。
优选的，步骤s03节水灌溉系统和施肥系统的启动和关闭启动方法：
当待灌施肥区总需水量w总≤0，而待灌施肥区总需肥量为f总＞0时，施肥系统启动固体肥料添加系统，并将固体肥料添加至每个小区的土壤中，当待灌施肥区总需肥量为f总=0时，自动关闭施肥系统停止施肥；
当待灌施肥区总需水量w总和待灌施肥区总需肥量为f总均大于0时，同时启动节水灌溉系统和施肥系统的固体肥料添加系统，待节水灌溉系统的水阀开启，所有小区的灌溉分水管的电磁阀均开启，同时施肥系统的固体肥料添加系统将每个小区所需的固体肥料添加至对应的小区的与该小区的灌溉分水管相连的肥料盒中；经过n分钟后，所有肥料盒中的固体肥料全部被冲洗至灌溉分水管后，关闭需水量wx≤0的小区的灌溉分水管上的电磁阀；此后wx=0的小区也关闭对应的电磁阀，待所有小区的wx均等于0，即w总=0时，注水管上的水阀自动关闭。
优选的，步骤s03启动节水灌溉系统和施肥系统的启动顺序：
当待灌施肥区总需水量w总≤0，而待灌施肥区总需肥量为f总＞0时，数据分析系统输出施肥量、肥料种类的施肥指令，称取肥料，施肥系统启动固体肥料添加系统，并将固体肥料添加至每个小区的土壤中，所称取的肥料添加完成后，系统自动关闭施肥系统停止施肥；
当待灌施肥区总需水量w总和待灌施肥区总需肥量为f总均大于0，先启动施肥系统的液体肥料添加系统，直至待灌施肥区总需肥量为f总=0时，待施肥系统关闭，停止施肥；随后，启动节水灌溉系统，节水灌溉系统的水阀开启，同时施肥系统的固体肥料添加系统将每个小区所需的固体肥料添加至对应的小区的与该小区的灌溉分水管相连的肥料盒中，当数据存储分析系统监控到wx=0的小区关闭该小区对应的电磁阀，待所有小区的wx均等于0，即w总=0时，注水管上的水阀自动关闭。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
1）本发明提供一种最佳灌溉和施肥系统及其方法，实现在恰当的时间灌溉适量的水；
2）解决用户每天需面对的何时灌溉和灌多少的两个重要问题：实现了用户对作物根域的土壤水分的实时监测，及时发现缺水区域，指导节水灌溉系统工作，解决何时灌溉的问题；实现了土壤含水值的实时监测，精确计算出需水量，指导节水灌溉系统灌水量，解决灌多少的问题，按需灌溉，避免过度灌溉，减少了不必要的水源的浪费，实现节水灌溉。
3）解决用户每天需面对的何时施肥和施多少肥的两个重要问题：实现了用户对作物根域的土壤肥力的实时监测，及时发现需要施肥的区域，指导施肥系统工作，解决何时施肥的问题；实现了土壤肥力的实时监测，精确计算出需肥量，指导施肥系统施肥量，解决施多少肥的问题。按基于作物需施肥，精准施肥，实现了在每一待灌施肥区因土因作物全面平衡施肥，大大提高肥料利用率和施肥经济效益，减少了对环境的不良影响。
4）基于减少亏缺灌溉的理念让用户通过在计算机点击鼠标来手动、全自动智能灌溉和施肥，甚至移动电话遥控光电控制器和光电开关来实现灌溉和施肥一体化控制。
附图说明
图1为实施例一光控水肥一体化智能灌溉系统的结构示意图。
图2为实施例二的结构示意图。
图中，1、水源，2、水泵，3、注水管，4、水阀，5、灌溉分水管，6、电磁阀，7、肥料盒，8、肥料添加槽，9、肥料入料口，10、灌溉孔，11、液体肥料配肥装置，12、液体肥料入料桶，13、液体肥入料阀，14、搅拌电机，15、搅拌轴，16、搅拌桨。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例一
请参照图1，本具体实施例提供光控水肥一体化智能灌溉系统，包括节水灌溉系统和施肥系统，所述施肥系统包括固体肥料添加系统、光电控制器和数据储存分析系统；
节水灌溉系统包括光电控制器、数据储存分析系统、水源、水泵、注水管和用于控制节水灌溉系统开闭的水阀，还包括安装在待灌施肥区的灌溉分水管；节水灌溉系统的土壤内埋设一个或以上的水分探头；水阀安装在注水管上，注水管与一根以上的灌溉分水管相连，每根灌溉分水管均设有电磁阀；
光电控制器由光照开关和光强传感器组成；当光强传感器监测到光强＜1万lux时，光照开关打开，开启光照补偿系统，为作物提供补偿光源；
固体肥料添加系统包括固体肥料添加装置、光电开关、肥料添加槽和肥料盒；肥料添加槽设置在作物种植区，肥料添加槽横截面为倒梯形结构，肥料添加槽的侧壁开设肥料通孔，肥料添加槽的顶部设有肥料入料口；肥料盒安装在灌溉分水管上。
实施例二
请参照图2，施肥系统还包括液体肥料添加系统，液体肥料添加系统包括液体肥料配肥装置，液体肥料入料桶、液体肥入料阀，液体肥入料阀设于液体肥料入料桶的出料管上，液体肥料入料桶的入料口与液体肥料配肥装置相连，液体肥料入料桶的出料管与注水管相连，液体肥料配肥装置内设有搅拌装置，搅拌装置由搅拌电机、搅拌轴、搅拌桨组成，灌溉分水管上开设灌溉孔。
在一更佳的实施例中，所述数据储存分析系统安装有数据储存分析软件的选用pc计算机或安装有数据储存分析app的移动电话的一种。
实施例三
光控水肥一体化智能灌溉方法，包括以下步骤：
s01，将待灌施肥区按灌溉分水管数量、作物种类、土壤类型和地理条件进行分区，分为x个小区，使每个小区的灌溉系统、作物种类、土壤类型和地理条件一致，每个小区的面积不大于1公顷，对于大于1公顷的区域再进一步划平分成若干个面积不大于1公顷的小区；
s02，在每个小区埋设一个或以上的水分探头实时监测土壤水份值w1，并将监测到的土壤水份值w1的数据录入到与节水灌溉系统的数据分析系统中，光电控制器根据数据分析系统的指令启动和关闭节水灌溉系统；且在每个小区埋设一个或以上的土壤肥力氮磷钾传感器，土壤肥力氮磷钾传感器实时监测土壤肥力f1，
s03，将每个小区的最大灌溉时间tmax和最小灌溉时间tmin输入计算机，并将每个土壤水分探头需维持的土壤水份值w0输入计算机，
土壤水份值w0是根据作物种类、土壤类型确定的，
而灌溉时间t是根据系统响应时间t0、水分探头测得的土壤水份值w1、预设土壤含水分值w0和灌溉水流量计算所得，t的计算公式为：t=t0+(w0-w1)/v，
tmax为当所有小区的电磁阀均打开时所需要的灌溉时间，tmax=t0+(w0-w1)/vmin，vmin为所有小区的电磁阀均打开时灌溉水管中的流量，
tmin为仅开启一个小区的电磁阀时所需要的灌溉时间，tmin=t0+(w0-w1)/vmax，vmax为值开启一个小区的电磁阀时灌溉水管中的流量；
s03，节水灌溉系统和施肥系统的启动和关闭：
启动施肥系统：施肥系统根据待灌施肥区总需肥量f总确定启动时间，当待灌施肥区总需肥量为f总＞0时，启动施肥系统进行施肥：待灌施肥区总需肥量为f总，每个小区的需肥量为fx，每个小区的需肥量fx=f0-f1，w总=∑w，当待灌施肥区总需肥量f总＞0时，启动施肥系统；关闭施肥系统：肥料添加完成后，自动关闭施肥系统停止施肥；
启动节水灌溉系统：首先开启注水管上的水阀：节水灌溉系统根据待灌施肥区总需水量为w总确定启动时间，当待灌施肥区总需水量w总＞0时，启动节水灌溉系统进行灌溉：待灌施肥区总需水量为w总，每个小区的需水量为wx，每个小区的需水量wx=w0-w1，w总=∑w，当待灌施肥区总需水量w总＞0时，启动灌溉系统，开启注水管上的水阀；然后再开启节水灌溉系统的每个小区的灌溉分水管的电磁阀：用户根据每个小区的灌溉优先级别确定每个小区的电磁阀开启时间，最优级的小区先打开电磁阀，每个小区的灌溉优先级y根据该小区的需水量wx来计算，需水量wx=w0-w1，y值越大，优先级越高，灌溉优先级y的计算公式：y=[k(w0-w1)]；关闭节水灌溉系统：肥料添加完成后，自动关闭节水灌溉系统停止灌溉。
在一更佳的实施例中，步骤s03节水灌溉系统和施肥系统的启动和关闭启动方法：
当待灌施肥区总需水量w总≤0，而待灌施肥区总需肥量为f总＞0时，施肥系统启动固体肥料添加系统，并将固体肥料添加至每个小区的土壤中，当待灌施肥区总需肥量为f总=0时，自动关闭施肥系统停止施肥；
当待灌施肥区总需水量w总和待灌施肥区总需肥量为f总均大于0时，同时启动节水灌溉系统和施肥系统的固体肥料添加系统，待节水灌溉系统的水阀开启，所有小区的灌溉分水管的电磁阀均开启，同时施肥系统的固体肥料添加系统将每个小区所需的固体肥料添加至对应的小区的与该小区的灌溉分水管相连的肥料盒中；经过n分钟后，所有肥料盒中的固体肥料全部被冲洗至灌溉分水管后，关闭需水量wx≤0的小区的灌溉分水管上的电磁阀；此后wx=0的小区也关闭对应的电磁阀，待所有小区的wx均等于0，即w总=0时，注水管上的水阀自动关闭。
在一更佳的实施例中，步骤s03启动节水灌溉系统和施肥系统的启动顺序：
当待灌施肥区总需水量w总≤0，而待灌施肥区总需肥量为f总＞0时，数据分析系统输出施肥量、肥料种类的施肥指令，称取肥料，施肥系统启动固体肥料添加系统，并将固体肥料添加至每个小区的土壤中，所称取的肥料添加完成后，系统自动关闭施肥系统停止施肥；
当待灌施肥区总需水量w总和待灌施肥区总需肥量为f总均大于0，先启动施肥系统的液体肥料添加系统，直至待灌施肥区总需肥量为f总=0时，待施肥系统关闭，停止施肥；随后，启动节水灌溉系统，节水灌溉系统的水阀开启，同时施肥系统的固体肥料添加系统将每个小区所需的固体肥料添加至对应的小区的与该小区的灌溉分水管相连的肥料盒中，当数据存储分析系统监控到wx=0的小区关闭该小区对应的电磁阀，待所有小区的wx均等于0，即w总=0时，注水管上的水阀自动关闭。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种改进，或未经改进讲本发明的构思和技术方案应用于其他场合的，均在本发明的保护范围内。