随着人们对能源问题的广泛关注，风能作为一种清洁能源受到欢迎。在道路安全监测、气象监测等领域也需要能够准确实时监测风速风向的测量装置。传统的机械式风速风向测量装置由于存在惯性转动部件，容易磨损，测量不精确等问题在一些场合不能满足需求，针对这种情况设计了基于时差法的超声波风速风向测量装置。　　结合超声波时差法测量风速风向理论基础、希尔-小波变换理论以及中值-均值平滑滤波算法，对超声波风速风向测量装置进行硬件电路和软件设计。主要完成了以下工作：　　（1）确定方案。对各种风速风向测量方法进行分析，深入研究超声波式风速风向测量装置测量原理，经过对比后，确定超声波时差法风速风向测量方案。　　（2）搭建电路。根据设备所要达到的精度，选择系统时钟为60MHz的LPC2132和系统时钟为30MHz的STC125620AD微处理器，时间分辨率为0.03μs，风速精度达到±0.2m/s，风向精度达到±1°。设计了电源电路，主控电路，超声波收发电路，通信电路，存储电路，预警电路，加热电路和显示电路。结合电磁兼容设计原则，完成了硬件电磁兼容设计。　　（3）软件编程。选择希尔-小波变换算法判断信号到达的时间，将精确度提高2个声波周期。选择中值-均值平滑滤波算法，对计算出的风速风向和温度值进行处理，提高了系统稳定性。　　（4）系统调试。电路搭建完成后进行调试，对算法进行改进。　　测试结果表明，输出的风速风向和温度数据能达到预期目标，并且风速的精度达到±0.2m/s，风向的精度为±1°。数据跳变现象减小，电路的抗干扰能力和系统的稳定性增强，且降低了超声波风速风向测量装置的生产成本。