气象监测在农业、工业、军事、交通和能源等领域中应用十分广泛,监测要素包含气温、气压、湿度及风速风向等,其中,风速风向占据着重要地位。近年来,随着MEMS工艺和IC工艺的发展,体积小且功耗低的MEMS热式风传感器被研发出来,具有很高的市场应用价值。本实验室具有多年MEMS热式风传感器研究经验,对传感器芯片衬底材料选择、芯片结构设计以及芯片驱动电路的研究已有完整的解决方案,但最终设计完成的传感器系统的整体功耗较高。本文基于本实验室对低功耗MEMS热式风传感器芯片及传感器系统软件CTD（Constant Temperature Difference）控制方案的现有研究成果,对传感器芯片的控制方法和检测方法做出改进,在保证测量精度和稳定性的情况下使传感器系统功耗显著降低,传感器芯片的加热效率大幅增加;并在风传感器的基础上开展了新型便携式气象仪的设计,以解决现有便携式气象仪产品无法兼顾高精度与便携性的问题。主要研究内容包括:1.提出了一种直接测量温差的软件CTD控制方案。使用开关电源和数字电位器结合设计传感器芯片的加热控制电路,有效降低了原有电路中非加热元件的功率损耗,大幅提升传感器芯片的加热效率。通过对传感器系统测试,系统功耗大幅降低。2.提出了一种硬件比较温差的软件CTD控制方案。在直接测量温差方案的基础上,修改温差测量电路的结构,将加热元件和测温元件接入电桥,依据比较器输出的电压值调整传感器芯片的加热电压,该方案传感器加热电压的稳定性提高了73.7%。通过对传感器系统的测试,传感器系统风速测量范围为0～20m/s,测量误差<±（0.5m/s+5%v）,风向的测量范围为0～359°,测量误差<±5°,传感器系统的最大功耗为142mW,较实验室原有方案降低64.5%。3.开展了新型便携式气象仪的设计和实现。便携气象仪与风传感器之间分离设计,通过有线方式将其与低功耗MEMS热式风传感器连接,实现数据通信。便携式气象仪主要用于测量温湿度、气压、风速风向等气象参数,并记录测量时的定位信息,可实现实时信息查看、数据曲线显示、历史数据查询、定位信息显示等功能。经整机测试,便携式气象仪系统总功耗为2.32W,待机时长为85分钟,传感器信息和定位信息采集正常、显示正常,使用操作简便。