农业灌溉是维持农作物进行正常生产活动的关键行为,对提高作物产量具有重要作用。我国是农业大国,传统的人工漫灌方式由于控制精度和实时性不高等问题造成了水资源的严重浪费,也制约了农业的可持续发展。为了解决上述问题,结合传感器技术、远距离无线传输技术(Long Range,LoRa)和模糊控制理论的优势,设计了一款基于LoRa的智能农业灌溉系统。该系统主要由测控子系统、传输子系统和远程主控管理子系统组成,本论文的主要研究工作如下:1.在测控子系统中,主要完成了对采集节点和执行节点的设计。采集节点的主要任务是负责土壤湿度和作物周边环境参数的采集,由土壤湿度传感器和小型气象站组成。执行节点的主要任务是负责土壤湿度的调控,由电磁阀、水泵和流量计组成。为了提升节点电路的抗干扰能力和响应国家环保型农业的号召,对部分电路进行了优化,设计了可充电的电源电路、隔离型的AD采集电路、隔离型的485自动收发电路和光耦隔离的继电器控制电路等。针对大规模农田应用场景下灌溉系统因测控设备数量多而导致的测控效率低的问题,仿照单总线的数据采集与回传机制,设计了数字总线的数据处理方案。2.在传输子系统中,主要完成了对LoRa终端、LoRa网关的设计。LoRa终端主要负责测控子系统和LoRa网关之间的数据传输,LoRa网关主要负责LoRa终端和远程主控管理器之间的数据传输。针对节点数据汇聚时延大、能耗高的问题,基于LoRa模块的基本技术优势,设计了一种低功耗的数据汇聚方案。该方案采用星型网络结构和正六边形结构部署LoRa终端节点的方式,通过基于状态机的数据交互协议的引入以提升数据处理的速度,通过数据传输速率的自适应调整机制和时分复用的多路数据上传方式以降低数据传输的能耗。通过测试分析,LoRa模块在工作频率为470MHz,扩频因子为12,通信带宽为62.5KHz的条件下,采用锂电池供电的系统可以稳定工作一年之久。3.在远程主控管理子系统中,主要完成了对汇聚数据的可视化展示、存储、分析与预测。针对传统灌溉方式耗费时力,水资源利用率低,超调大的问题,设计了一种基于皖北地区冬小麦灌溉模型的智能灌溉策略。首先,采用模糊控制理论设计了Mamdani型的模糊控制器,该控制器主要用来对系统的灌溉时间进行模糊推理。其次,结合改进的作物蒸腾量计算公式和土壤渗透模型,建立了基于土壤含水量变化函数的土壤湿度预测模型,经过实际值与预测值的对比,验证了该模型能达到满意的预测效果。最后,利用MATLAB对智能灌溉策略进行了仿真,通过与传统PID控制进行对比,得出采用该策略的灌溉系统具有响应时间短,稳定性强,起调快的优点。综上所述,本文设计的农业智能灌溉系统具有功耗低、平稳性好、响应快、超调现象不明显等优势,为农业生产领域提供了一种高效、精准的灌溉方案,该系统对改善目前农业灌溉现状有着非凡意义,具有广阔的应用前景。