随着物联网技术的普及,我国农田水利工程项目建设正积极推进技术革新。目前大部分农业灌溉场景采用的监测方式还是人工手持设备现场测试和饱和式沟渠灌溉,这显然不符合农业生产智能化的需求。本文设计了应用于沟渠灌溉的多参数便携式生产监测管理系统,是应用在带有沟渠灌溉基础设施下的智能监控设备,系统特点包括:较大覆盖半径,超低能耗,高精度,便携式采集,多重监测,智能控制。论文的主要研究内容概括为以下几个方面:(一)介绍国内外农业种植相关的参数采集方法和沟渠灌溉方法的发展情况,设计感知层-网络层-应用层的三层物联网模型。通过查阅种植影响因子,筛选出土壤温度、土壤相对湿度、光照强度和二氧化碳浓度作为感知量。物理感知层搭载采集节点和汇聚基站,Arduino处理器和STM32F103C8T6微控制器作为感知层控制芯片,节点间通信方式为LoRa,并设计合理的外围电路。整体完成数据采集、汇聚、上传和阈值控制湿度任务。(二)在系统网络层,esp8266模块通过复用,同时承担数据的上传下达和控制驱动任务。数据通过WiFi和MQTT协议上传至服务器,基站设备和PC上位机互为发布者和订阅者。系统的应用层包括PC端的分布式监控系统和移动端的微信小程序,主要任务是通过数据曲线对采集参数实时监测以及设置湿度控制信息。(三)系统针对不同精度要求,设计两种湿度控制方法:设置阈值控制方法和自适应Fuzzy-PID控制方法。阈值控制方法用以满足一般场景的湿度控制需求,在要求更高的应用场景,Fuzzy-PID方法能实现“高偏差快响应,低偏差稳响应”的控制效果,有效改善沟渠灌溉存在的滞后性和精度问题,对节水灌溉产生积极作用。通过系统功能测试和通信测试,验证了系统实现的完整性。数据上传和监测系统能完整实现,LoRa通信的可靠通信距离为2.4km,传感器采集数据误差在合理范围内;从二十四小时的相对湿度控制和沟渠水位测试结果来看,阈值控制有一定的节水灌溉控制效果,但也存在滞后问题;simulink仿真验证了设计的Fuzzy-PID控制的振荡、上升时间都更小,能有效改善精度和滞后问题,能适用于类似水利科研、绿化种植及旱情预报等精准农业领域。