我国是一个严重缺水的国家,在近几年里,灌溉用水量占据全国总供水量的65%左右。而目前由于农业用水效率不高,造成水资源的日益短缺,通过节水灌溉发展精准农业是现代农业的当务之急。土壤水分传感器能够高效地反映出土壤中的水分变化情况,有益于节水灌溉的实施。目前市面上的高精度土壤水分传感器普遍存在价格较高的问题,无法达到大范围布设以获取水分信息的目的,同时低成本的水分传感器大多使用低频电容测量的方法,受到土壤盐分、孔隙密度、土质等干扰因素影响较大,无法满足精度需求。为了完成低成本且满足农业水分检测需求的传感系统,本文基于传统的电容土壤水分检测方法,引入电导率、温度参数,基于大量的实验数据,建立了三参数水分检测理论模型,并开发出与之相对应的传感系统,应用于陕西榆林生态实验站现场,使得在无人监控情况下,能够长时间对现场土壤水分进行多点连续检测。本文根据在不同含水量的土壤中介电常数的差异,研究了水分与电容、电导率、温度参数的关系,明确了水分检测方法,进行了传感探头的结构、电路设计,对比选择出最佳检测模型算法。针对检测需求,完成了一套带有主子节点工作模式的水分传感系统。将设计的检测系统应用于现场实验中,并针对出现的问题进一步完善了系统,实验结果证明了方案的可行性。在整个传感系统的研究中,主要完成了以下几个方面的工作:1.分析介电法的土壤水分检测原理,对低频段土壤电容检测的主要干扰因素电导率、温度的影响情况进行讨论,并推导出带有电导率、温度校正的低频电容水分计算公式,对不同种类土样进行实验分析,得到方法的应用范围;2.根据电容、电导率的常用检测方法,分别对电容平行共面极板探头和二电极电导率探头进行结构设计及外围检测电路设计,选用MPR121触摸电容芯片检测低频等效电容,并根据电容检测的频率特性,通过实验得出最佳电容测量参数充电电流63μA、充电时间4μs,及有效电容检测范围200~800pF。另外,通过在低盐分土壤情况下的电导率的标定实验,得出电导率转换公式,校正决定系数R~2为0.9872;3.采用烘干法对土壤样本进行标定实验,对传感器测量值使用Logistic、Exponential、Polynomial三种不同数学模型得出经验公式,根据水分检测方法得出三种模型对应的水分测量算法,并使用均方根误差(RMSE)比较其水分检测性能,选择出Logistic为最佳检测模型;最后,对Logistic模型算法进行重复性实验及误差分析,证明能够满足最大绝对测量误差小于3.0%,平均绝对测量误差小于2.0%的精度要求;4.设计完成带有电源、控制、存储、时钟、无线通信等功能模块的传感系统,通过Zigbee主子节点设计,实现多点采集控制功能,在硬件设计及软件设计中,重点围绕降低传感系统功耗,提高数据传输效率,电量报警信息传输等方面展开工作,提高系统的现场实用性。为方便系统的调试、实时检测,确定所有子节点的位置信息,利用STM32控制器设计了带有人机交互界面及GPS定位功能的便携式土壤水分采集仪,以完善系统的使用体验;5.为进一步验证系统性能,在陕西榆林生态实验站现场,将研制的电容型传感器连入无线传感网络,进行了为期四个月的水分检测实验,对传感器的现场初步应用情况进行了分析。同时,根据整个传感系统出现的电量消耗问题、无线数据传输丢包问题、系统远程调试问题进行优化,消除了数据丢包率低于15%的误码问题,对水分检测传感系统的工作性能进行评估。