随着“互联网+”计划的提出和实施,“互联网+农业”的潜力也逐渐被激发出来。农业作为基础产业,亟需使用现代化技术提升生产效率。通过云计算、大数据、移动互联网、物联网等新技术,对土壤、肥力、气候等进行分析,据此提供种植、灌溉等方面的解决方案,从而实现精细化操作,在提升生产效率的同时又节约了资源。由于农田无线电环境较为复杂,农业物联网系统往往在无线侧存在着资源开销大、可靠性较差、耗电高等问题。本文设计了一种节水灌溉系统并在此基础上,进一步优化了通信协议,降低了系统的延迟和功耗。首先,针对传统应用层协议在带宽资源紧缺的农业物联网系统中开销大、延时高等缺点,通过比较多种数据通信协议和无线传输协议的优缺点,选取出最适合本文的协议。在数据通信协议方面采用MQTT协议和Modbus协议,无线传输协议则采用Zigbee和NB-IOT。之后,利用嵌入式系统和无线组网技术,提出了一种节水灌溉系统的设计方案。系统由智能网关、无线传感网络、云服务器和节水灌溉系统控制监测软件组成。其中智能网关采用树莓派3B+,通过NB-IOT和MQTT协议与云服务器通信,Zigbee协调器和终端节点间则采用Modbus协议传输数据。通过优化MQTT协议话题的设计,大幅减少了系统的网络开销。结合土壤墒情和气象数据,利用模糊控制系统和PID算法在树莓派网关中部署了一种灌溉策略,精确预测农田需水量。最后通过实验对比了不同协议在节水灌溉系统中的应用,结果表明使用MQTT协议的节水灌溉系统在性能和功耗等方面更有优势。