由于超声波流量计具有结构简单、非接触测量和易于实现集成化等特点,使其在工农业生产、医疗检测及环境监控等领域,涉及到气体或液体的量化与计量方面有着巨大的应用价值和广泛的应用前景。本文针对明渠流量这一特殊的测量对象,设计了一种基于GPS同步的多声道超声波明渠流量测系统进行无线化流量计量。测量系统以时差法为基本测量原理,针对一般的明渠流量计声道数少,线缆长的缺点,提出了一种结合GPS高精度秒冲同步控制多声道与使用基于LoRa协议的无线串口模块实现无线化的流量测量方法。设计了移动正弦拟合算法对超声波传感信号进行直接数字处理,准确获取渡越时间。给出了流量测量系统所必须的软硬件设计。本文的主要研究内容如下:首先,详细介绍了多声道超声波流量计的测量原理以及时差法测流速的相关公式推导,提出了基于GPS秒脉冲同步的多声道超声波明渠流量测系统的总体方案设计。第二,设计了流量测量系统的硬件电路,主要包括STM32单片机的选型和功能介绍、超声发射电路、超声接收电路、声道切换电路、稳压电路、外设模块电路的设计以及系统所涉及的各芯片进行选型。第三,将整体测量系统分为上位机与下位机两部分,上位机负责显示测量数据,发送通讯指令等功能。下位机则根据取余法配合声道切换电路以解决多声道流量测量时,声道切换难以同步的问题。设计了相关系统通讯指令的发送格式,使上位机与下位机之间的通讯更加协调,保证下位机根据发送指令中的相关命令号准确与快速地执行相关功能。流量的大小则通过移动正弦拟合算法计算渡越时间差以获取,在满足信号实时处理要求的条件下,提高了系统的测量精度。最后,对测量系统进行了实验测试,调试完各模块后,通过标定试验确定了渡越时间与绝对特征点的采样顺序值之间关系式的参数,为后续测量确定实验基本参数。增加单声道超声流量测量实验作为比对实验,多声道测量相较于单声道测量的测量精度提高了76.47%,且多声道测量系统测量的测量精度为0.324m~3/h。证明了多声道测量系统能够显著地减小测量误差。最后给出了一些减小测量误差的相关方法。