自动化的节水灌溉系统是现代农业生产的代表性技术,通过智能控制,满足植物在不同生长环境和时期的水肥需求,在节约水资源,减少环境污染的同时,降低劳动力投入,提高农业生产效益,促进农业生产的可持续发展。本研究针对新疆棉花生长的不同时期对需水量和水肥施放量的需求展开研究,考虑棉田滴灌模式,进行了控制系统的整体方案设计,完成了以8051F410芯片为核心控制器,基于ZigBee无线通讯,土壤水分、管道流量等参数在线检测的自动化节水灌溉模糊控制系统设计,该系统可将灌溉作业的相关信息传输给上位机及云端数据库进行存储和查询,以便使用者能够依据灌区作业情况及时调整模糊控制参数设置,提高系统对棉田复杂环境的适应性,节约水资源。论文主要研究内容如下:(1)完成了系统的总体方案设计确定了以PC机为上位机监控平台,单片机为下位机控制器芯片的总体框架,上位机监控平台主要实现人机交互,包括控制指令发送和数据查询与存储;下位机主要实现信息采集、发送,控制决策生成和指令执行;节点之间基于ZigBee通信。(2)完成了水分及水肥耦合二维模糊逻辑控制器设计和仿真选择棉花生长的关键阶段蕾期为主要研究阶段,以棉株生长的0.5米土层水分控制在60-70%为目标,设计了以土壤水分偏差E和土壤水分偏差变化率?E系统的为输入变量,灌水时间T为输出变量的二维模糊逻辑控制器;考虑水肥耦合作用,相仿地设计了水肥耦合二维模糊逻辑控制器,进行模糊控制器的设计;考虑棉花种苗至出苗期、苗期、开花结铃期等和生长阶段对水肥的需求不同,在上位机设计了水肥控制参数的上下限设置模块。基于Matlab生成了模糊控制查询表,通过Simulink模块进行了模糊控制仿真,结果表明,系统经过20s的震荡逐渐趋于稳定,该条件下灌水时间需150min。(3)完成了上位机和下位机设计与实现进行了上位机硬件配置,利用Java Web技术完成上位机和云端MySQL数据库的设计,上位机软件功能模块包括:显示与查询、本地和云端数据库、参数设置、控制接口。进行了下位机硬件和软件设计,硬件系统核心板选用8051F410单片机,完成模糊控制决策,各阀控节点实时采集土壤水分、管道流量及电磁阀启闭状态等数据,通过ZigBee实现主控与节点及节点之间的通信,控制电磁阀动作,实现滴灌自动控制;最后,完成了控制器程序代码的编写和元器件的选型及电路设计。开发了基于模糊逻辑的智能灌溉控制系统。(4)完成了系统安装调试,进行了传感器的测试和控制系统的田间试验。水分传感器测试值与标准检测仪测试值的最带偏差为0.5%,平均偏差为0.27%,表明传感器选型正确,控制系统能够依据土壤水分需求适时启闭灌溉电磁阀,稳定可靠运行。