传统大气风速的测量，常采用风杯式或风叶式风速仪。但这些传统仪器很难实现多功能自动综合检测，如温度、风速、风向等。因此，设计以单片机为核心控制器，配以超声波传感器及相关检测电路的新式风速仪，对于风速风向的监测是个值得深入研究的课题。　　 本论文对国内外超声风速仪作了剖析，在分析其工作原理的基础上，指出存在的一些问题，并提出了相关的解决思路。利用风速对超声波在空气中传播速度的影响，测量不同风速情况下的回波脉冲的时差，根据多个不同方向上探头的回波时差计算出风速和风向，并且采用温度补偿方法进一步提高测量精度，研究设计出了一套以实际大气环境为检测对象的超声风速仪系统。本系统采用单片机为主控制器，设计了超声波信号的发射、采集与处理电路，得到所需的回波时差脉冲信号。经过单片机对各传感器时差信号的综合处理，得出风速和风向值，并且通过LCD显示这些信息。文中给出了系统整体方案设计理论模型，以及系统结构设计、硬件电路和软件设计的实现过程。针对各部分电路的功能特点，重点描述了超声风速仪的传感器布置设计和信号处理电路设计与处理。　　 本研究验证了超声风速仪中采用超声波探头一对四空间布置及分频处理技术的有效性，通过理论递推和误差分析法，测量误差小于5％。由于无运动部件，其耐用性、稳定性功能和性能均优于传统风速仪。系统相比传统风速仪，拥有更低的起动风速。实现了自动测量及显示风速风向数据，为置放在野外或无人值守的恶劣环境情况下进行测量，进行了有益的尝试。