随着世界人口增加,农业用水量需求越来越大,智慧农业、精准农业作已成为现代化农业的发展趋势。为利用频域测量技术准确、稳定、快速测量土壤含水量,本文采用一种高频土壤含水量传感器,结合NB-loT无线通信技术,设计一种高精度、易操作、低功耗、自动的土壤含水量测量系统。主要研究内容如下:(1)本文提出了一套基于高频振荡法土壤含水量测量系统方案,包括系统外部结构、硬件设计方案、软件设计方案。通过建立传感器探头模型,从理论上分析高频振荡土壤含水量测量原理,为传感器的研制提供理论依据。(2)系统硬件方案设计出了土壤含水量传感器电路与NB-loT无线通信路。设计了工作频率在75-100MHz高频振荡电路,解决了将土壤含水量转化为振荡信号频率问题。通过电源完整性分析,完成传感器电源系统去耦网络设计,提高传感器测试性能。通过分析与优化PCB布局布线,提高传感器灵敏度。设计一种高性能低通滤波网络,采用添加超前相位补偿方法设计实现。通过控制传感器、存储芯片等电路的电源供应,将整个系统休眠功耗降到最低。(3)系统软件方案采用模块化方法对软件进行设计。以Keil uVision5为开发工具,分别设计并实现了系统软件的组成模块:主程序、时钟子程序、BC95入网子程序、温度采集子程序、E2PROM子程序。在软件运行过程中,利用看门狗中断复位功能,提高整个系统抗干扰能力。(4)为验证传感器性能,通过重复性试验验证传感器有很好的一致性。根据标定实验,得到砂壤土的标定方程。对比传感器与烘干法测量结果,传感器的测量精度满足水利部土壤墒情精度要求。对测量系统关键指标进行测试,测试结果达到预期设计要求,很大程度上满足实际工程需求。