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近年来,随着物联网技术的飞速发展,物联网技术与传统农业灌溉系统相结合的新型灌溉系统逐渐成为市场的主流。在过去的十多年的研究过程中,国内的农业院校和科研所研发了一系列的灌溉监控系统,但是这些系统不能充分应对多站点的大范围数据采集,以及农田环境信号弱、干扰因素多的问题,因此迫切需要一种新的模式来解决农田灌溉系统中大面积灌溉区域的数据集中处理问题。本文采用了物联网技术进行农田灌溉系统的设计,为了解决农田灌溉系统中通过单点土壤水分代替某一区域水分代表性不强的不足,设计了一种多点土壤水分估算的物联网农田灌溉系统,为了使每个虚拟采集节点获取精确的土壤水分数据,本文采用指数滤波法根据土壤表层数据进行深层土壤水分的推算,并围绕物联网技术构建了以MK10DN512VLL10控制芯片为中心的底层MCU微控制器,辅以GPRS通讯方式进行数据传输,采用SMS-II土壤水分传感器进行表层土壤水分的采集。通过对GPRS模块在4000-7000米的通讯丢包率测试和SMS-II在砂土、粘土、壤土三种土质中的传感器精度测试,现场数据稳定传输且土壤水分数据采集精准,达到了多点土壤深层层水分估算的效果,减少了大型深层土壤水分传感器的投入成本。在系统软件设计方面,为了能够匹配多点数据采集和深层土壤水分的估算,采用了指数滤波法的迭代算法,用于求解迭代过程中的最大特征时长Topt值,同时为了能够使得底层无线传感网络中传感器分布的最有布局,采用了了分布式布谷鸟算法求解在不同复杂条件下传感器的最优解。基于上述算法,设计了PC端现场数据管理上位机系统,基于该系统在天津市某经济园区玉米试验田的应用,对虚拟土壤水分节点不同深度（30-120cm）土壤水分的估算精度进行测试,证明了深层土壤水分估算值的数据可靠性,估算误差在2.85%-5.54%内,在30-60cm的估算结果最为精确。