近年来,无人机施药技术发展迅速,科技部和农业部在“十二五”科研规划中都将农业航空应用作为重要支持方向。其具有作业飞行速度快,喷洒作业效率高,地形适应性强,药液雾化效果好等优势。但是施药无人机距离作物冠层距离较大、运动速度较高、下洗气流复杂。致使目前植保无人机施药时的路径规划、飞行高度、喷洒剂量等都具有很大的盲目性,不但影响了药液的使用效率,而且极易造成不可预知的农药污染。在田间作业时,施药无人机容易受到气象条件的影响,雾滴漂移严重,特别是风速、风向。因此在无人机喷洒作业雾滴漂移研究中,风场信息的测量至关重要。本文主要基于此背景,依托于国家农业智能装备技术研究中心北京市自然科学基金项目,设计开发二维风速风向测量仪器。文中详细阐述了基于时差法的超声测风系统的研究方法以及设计过程。首先,提出本文研究的相关背景、研究现状以及主要内容,然后研究了风速测量的常用方法及其特点,比较不同的测风系统的精度和测量适用范围,确定了以MSP430低功耗处理器的时差法超声风速测量系统。其次,搭建硬件平台,以MSP430处理器为核心,以TDC1000超声波感应模拟前端和TDC7200高精度时间计量芯片为硬件主要核心,采用200KHz压电陶瓷超声波换能器,通过合理的选择和完善系统的电源电路、时钟电路、复位电路、滤波电路等设计,从而提高计时精度。软件方面包含系统初始化、数据采集、风速计算、数据通信等程序设计,同时开发上位机部分,实现PC机端对风速风向信息的采集。最后进行了系统试验测试。通过试验表明:所设计系统达到了设计的预期目标,并且工作稳定,性能良好,具有低功耗、低成本等优势,满足测试系统要求,该系统设计方法可以避免过多模拟电路设计带来的麻烦,同时保证高精度皮秒级的时间计量。在风速测量、流量测量等应用中有一定的前景和参考价值。