随着气象事业的迅猛发展，现代气象业务对综合气象观测系统提出了更高的要求。但当前现有自动气象站系统存在着很多不足，数据采集技术落后、观测系统精度不高、难以实现在同一系统下同时测量多个气象要素。为此，本文研究提出新型多要素自动气象站的设计与实现方案，做到低功耗、高稳定、高精度、易于维护、易于扩张和实时监控等优良的性能。多要素自动气象站主要采用“主采集器+外部总线+分采集器+传感器+外围设备”的扩展结构设计。主采集器主要基于ARM9嵌入式系统对数据采集系统进行研究与构建，分采集器基于AVR单片机实现基本气象要素的采集并实时的通过CAN总线与主采集器进行通信数据的传输。论文研究的重点内容主要分为三部分。首先，针对多要自动气象站系统需求，搭建系统的硬件平台，并完成了自动气象站系统的主控制器部分、数据采集部分和数据传输接口等部分模块电路的设计。本设计采用了带有CAN总线的高性能的嵌入式AT91sam9263控制器，从而实现了多个分采集器实时的挂接主采集器的要求。其次，分析系统的数据采集、处理、存储流程，通过软件编程实现将传感器采集到电信号转化为气象单位量；经滑动平均算法、一致性核查算法和过零处理算法将得到的采样瞬时值进行处理，最终将得到实际气象物理量存储到相应的数据库中。在系统软件开发平台搭建的过程中，通过裁剪内核中部分模块降低系统功耗。最后，将终端命令操作、实时数据显示、传感器状态、串行通讯设置等功能通过数据信息综合管理平台实时显示给用户，实现了系统的智能化、友好的人机交互、便于数据管理和查询等功能。