全球近几年爆发能源危机,传统的能源都已经被过度使用,并且现阶段大量能源的使用对环境造成污染,所以绿色清洁型能源被世界各国家开发并使用。近年来,风能的利用在风力发电技术领域和气象领域发展很快。风能资源是一种无法准确预测并且不能储存和调度的间歇性和波动性能源。由于风具有随机性,采用传统机械式风速风向测量系统往往得到的结果误差很大。如果采用二维超声波测量系统进行风速短期预测,测量准确度得到了很大的提高。但局限于水平方向和垂直方向的二维分析。因此本文采用三维超声波测量风场信息。在超声波传播时间间隔测量方法上,通过用几种方法进行对比,选用时差法测量。本文采用TDC-GP21高精度时间测量芯片和MSP430F413单片机控制芯片,设计了三维超声波测风系统。利用三对超声波换能器构成三维阵列,采用时差法测量风速和风向。本文设计了系统总体结构以及三维超声波测风系统的各部分硬件电路。然后又设计了太阳能和蓄电池供电系统。并对部分硬件电路进行仿真和测试,证明其可行性。同时设计了系统总体软件程序以及TDC-GP21测量软件程序,时钟模块软件程序,SD卡模块软件程序。最后对系统可能产生的测量误差和如何进行校正做了详细的分析。