风作为气象要素中最活跃的要素之一,其影响范围涉及军事、气象、科学试验、工业、航海航空等方面,因此对于风速和风向的测量显得尤为重要。本文针对传统测量风速风向的不足,采用了一种利用超声波传播时间差法来测量风速风向的技术,该方法消除了温度对测量精度的影响,并设计了以现场可编程逻辑门阵列(FPGA)和ATmega128单片机为控制硬件核心的系统。对于模拟电路部分,主要是对超声波传感器的驱动电路和接收信号处理电路的设计,为达到稳定的驱动效果,驱动电路采用低压驱动方式；为能接收稳定准确的超声波信号,设计了超声波接收及信号处理电路,经前置放大和滤波处理后的超声波信号再经过自动增益控制放大电路(AGC),保证最终输出的超声波交变电压信号幅值稳定在一个范围之内,从而大大地提高了后续的测时准确度。对于数字电路部分,基于FPGA设计的特点,内部集成了系统中大部分的数字电路,有超声波驱动信号发生器、高速采集计时模块、数据存储模块和通信模块等,这种结构思想大大简化了硬件电路的设计,使系统集成度更高,增强了系统的稳定性和可靠性,并且还有助于以后的系统升级。ATmega128单片机主要负责将FPGA所计数个数进行转换和计算,得到最终风速和风向,并且还负责与上位机通过CAN总线进行通信等。调试完成后的系统装置在国家气象计量站进行了精度测试,检测精度符合课题技术要求,最后在中国电子科技集团公司第十四研究所计量测试中心对测风系统进行了电磁兼容性试验,并且各项指标合格。