我国是一个农业大国,每年仅灌溉用水占全国用水总量的2/3。然而,国内的水资源严重匮乏,人均占有量仅有世界平均水平的25%左右。为了缓解这个矛盾,现代农业必须朝着精准农业的方向发展,精准农业的实施是实现节水灌溉的重要途径,也是实现农业可持续发展的必经之路。土壤含水量检测和控制是精准农业领域的关键技术,而现有的土壤水分传感器在不同土质环境中使用时均需要进行繁琐的校准,针对这一问题,本文首先在理论上对所设计传感器的结构参数和性能指标进行了研究,实现了传感器的优化设计;其次通过研究土壤含沙量和电容-水分模型之间的关系,提出了一种适用于多种土壤环境的免校准的水分检测方法;最后基于One NET云平台实现了传感器的现场应用。本文主要完成了以下四个方面的工作:1、基于土壤的介电特性差异,对边缘电场传感器的等效电容与土壤水分之间的关系进行了探讨。利用Maxwell软件对传感器极板的性能指标开展仿真研究,使用有限元法分析了电极间距、电极结构以及叉指电极对数对传感器灵敏度、信号强度和穿透深度的影响,确定了传感器的优化结构;2、利用Multisim软件对电导率传感器的核心电路进行了仿真研究,简化了交流恒流源的电路设计方案,有效减小了极化现象对实验结果的影响。在此基础上设计了具有分时采集功能的电容、电导率复用传感极板,使得系统的整体结构紧凑,便于现场安装;3、基于卡庆斯基制土质分类方法制作了五种不同含沙量的土壤样本,通过温变实验,研究了温度对不同土壤电容和电导率的补偿算法。进一步分析了电容-水分模型与土壤含沙量之间的关系,提出了适用于多种土壤环境(纯沙土除外)的免校准水分检测方法,其最大测量误差为3.8%;4、完成了自动采集系统的软、硬件设计,并利用Lo Ra通信与One NET云平台搭建了传感网络。系统于2019年在室外进行了原位自动监测,结果表明,所设计的传感器能够较好的反映出人工灌溉和降雨的实际情况,具有潜在的应用价值。