风作为一种重要的清洁能源,在现今生活中有着广泛的应用,在铁路、航空、航海、军事和气象等方面,风速风向的准确测量至关重要。由于风速和风向在这些领域中的重要性,一系列风速风向检测系统应运而生,传统的测风仪器有皮托管式、热线式、机械式等。但是这类传统测风仪测量范围窄、由于活动器件间的机械磨损导致使用寿命短、精度较低,逐渐被测量范围广,响应快,检测精度高抗干扰能力强的超声波风速风向仪替代。在研究了多种超声波风速风向测量系统后,本文选用相位差法测得某一时刻风速后更新雷诺数判断风场状态再计算出更为精准的风速值,以此作为超声波测风系统的主要原理;利用计算能力较强的STM32F4系列芯片作为超声波测风系统的主控芯片,控制器其外围电路进行测量并用软件的方法对其阴影效应进行仿真与补偿。系统的硬件部分基于模块化的思想进行设计,以STM32F407ZGT6为系统主控制芯片,配合超声波传感器驱动电路、滤波电路、放大电路、相位比较电路以及数据传输电路等外围电路实现对风场风速风向的测量,系统将测得数据通过无线网络传输至上位机进行数据的储存与处理。系统的软件方面利用BP神经网络对传感器所接收到数据进行优化,基于MATLAB进行设计,实现对阴影效应的补偿。该部分通过接收超声波传感器的风速风向数据信号并完成数据的存储与传输等功能。最后将组装好的样机,在实验室中的风场测试环境进行了验证,并对所测得的试验数据进行了分析。最后的试验结果表明,风速的测量精度可达读数的±5%,风向的精度可达±3.5°,能够满足大多场合的测量精度要求,由于超声波传感器的温度稳定性使其能够在多数的场合实现在电池电量充足的情况下进行不间断测量,在风速风向检测领域有着广阔的应用前景。