我入职现在这家公司的第二年，领导第一次给了一个需要我独立完成的项目——超声波风速风向检测器的研发。
这个项目最初是由一个研究生毕业又有好几年工作经验的同事负责开发，可惜项目刚开始没过几个星期，这位大佬就主动辞职了，然后我就接手了。
一般来讲，大部分公司的项目需求都来自市场，再准确点就是来自公司销售部。
先是销售发现有市场，研发接着跟进，最后大批量生产，只有少数公司有实力做出某款产品来引领市场。
当时我了解自己的实力水平，也知道项目的难度，但是不服输的性格决定我不会退缩，反正还年轻，真要做不出来也没关系，难得的机会摆到面前不试一下怎么行。
就这样，我开始了人生第一个电子产品项目的开发。
说这个前先简单讲下超声波测风速风向的原理。
为了更好的理解，我手工画了张图，大家凑合着看。
首先在东南西北四个方向摆上四个收发一体换能器（超声波探头），这时候可以假设东西为X轴，南北为Y轴。
在静止状态下（无风条件），驱动西侧（S1）换能器工作，这时候定时器开始计时，同时东侧（S3）换能器准备接收信号，等接收到S1发射信号后计算时间T1。
接着驱动东侧（S3）换能器工作，西侧（S1）换能器准备接收并计算接收时间T2。
同理北侧（S2）、南侧（S4）换能器同样工作，分别计算时间T3、T4，如此循环往复。
这时个时候测得的值应该是个固定值（大至在某个极小的区间内波动），一旦有风吹过接收波的时间会产生变化。
假如风从西南往东南方向吹过来（如上图第三象限所示），通过X、Y轴的矢量分析可以得到，在X、Y轴方向必然产生一个矢量分量，可以说是风速在该坐标轴X、Y轴的风速值。
表现在程序中就是S1发S3收的时间T1会变短，S3发S1收的时间T2会变长。同理S4发S2收的时间T3会变短，S2发S4收的时间T4会变长。
四个探头收发间的距离是确定的（参考进口产品尺寸，一般设计为15厘米），用小学数学课本中路程、时间、速度的关系算式来解释就是：路程、时间可知，求速度。
很简单嘛！速度=路程÷时间，小学生都会。
这一下子我们就得到了风速在坐标轴内矢量分量值即：Sx与Sy（参考上图右下角）,接着根据中气初中数学所学到的勾股定律很轻松就能计算出综合风速大小，即从西南往东南方向吹过来的风速大小。
有了各方向的值，根据三角函数很容易就算出综合风速与X轴间的夹角度数，加上两个90度就是风向了。
原理很简单，我花了差不多一两个小时就整理好了。
事实上大部分产品的原理讲起来都很简单，不需要很强的专业背景知识，一讲就通，如果听不懂那肯定是讲的人口才不好。
原理搞通了，接下来就该设计硬件电路了，这个才是真正的难点。
一般情况下我们设计新产品会买些竞品来参考，这样能有效降低开发难度，缩短研发周期，节约研发成本，可是当时市场上超声波风带风向检测器大多用的20KHZ换能器，这种设计从原理上便有着先天的不足。
大家都知道，声音在空气中的传播速度是340m/s，即每秒钟传播340米，按15厘米的距离算，走完全程大概需要0.4毫秒。
振动到接收大概在400毫秒
频率为20KHZ的换能器（超声波探头）一个振动周期是0.05毫秒，15厘米的距离刚好可以摆放8个周期，理论上用来测量风速完全没问题。
事实上却完全不是这么回事，换能器通过振动里面的陶瓷片来产生超声波，要想让陶瓷片从起振达到标定频率峰值需要8到10个周期才行。
按20KHZ算，8个周期是0.4毫秒，刚好是无风情况下该波形走完测量路径的时间，理论上这种情况根本测不出风速，反应风速变化的趋势都难。
接收波形从起振到减弱全过程
解决办法就是提高换能器频率，可是当时市面上几乎没有国产设备用20KHZ以上频率换能器测风速，进口设备倒是有，他们一般用400KHZ换能器测风速，可是设备太贵，加之这个频率的换能器不好找，最后我只能在没有参考的条件下独立研发，难度可见一般。
现在看来其实没必要有那么大的心理压力，项目的难度领导都知道，也给愿意给时间来研发，他更愿意看到的是你个人的工作态度，只要积极肯干努力钻研就行，真要弄不出来换人做也很难。
换句话讲，就算弄不出来也没关系，最差的结果就是被辞退，当时又还年轻，去到哪都能找到一份工作，只要尽力就好。
当时的我满脑子想的是要把这个项目做好，而且要用最快的速度做好。
先是找换能器，这个好找，网上一搜一大堆，打电话要两个样品回来就行，一般都会给，不给就花钱买，一款买一个也不贵。
接着找驱动电路和接收电路的设计方案，网上搜的最多的资料就是各大院校研究生写的论文和相关模拟电路书籍。
这里说一句，虽然我没读过研究生，但我真读过不少研究生写的论文。
看过这些论文后，个人觉得大部分研究生实践水平不太高，很多论文只写了个皮毛，一旦涉及到关键技术就写不下去，只能草草收尾，没有太大参考意义。
研究生的论文只能当作一个参考，有时候可以点醒自己心中的方案，具体怎么实施还要自己去找各种资料，更多的还是要从相关专业书籍上找答案。
差不多过了一个月的时间吧！我将东平西凑的资料整合到一起，绘制了第一张超声波换能器驱动及信号接收放大电路原理图。
超声波测试
第一次的打样没想有多大效果，单纯的就想检验下设计的驱动电路是否能让换能器振动，接收电路能否接收到波形，所以没做结构，只是简单的将两个换能器固定，一发一收看有没有信号。
电路的调试过程是相当无聊又磨人的，这中间会产生各种怀疑，自我否定等消极心理，有的人熬不住就放弃了该专业相关工作，转而做其它的去了。
我当时就产生过这种想法，天天坐地铁上班时就想“我肯定是不适合做这个工作”，后果就是每天去上班就像是上刑场一样，倍感煎熬。
上班调电路又遇到各种不顺，比如驱动换能器芯片工作几分钟就发烫，手一摸发现烫的根本受不了。
这样不行，肯定是哪里出了问题。
谁都知道电路出了问题，关键是没人知道具体是哪块出了问题。
这时候靠别人是不行的，只能自己去排查，然后各种找资料各种尝试，这种问题解决起来有快有慢，运气好技术强分分钟搞定，运气不好实力又弱那就不知道要多少天了，搞不定也有可能。
随着时间的推移，越搞不定就越着急。我曾听同事说与另外一个同事出差遇到问题连续一星期没搞定，最后被客户崔的睡觉说的梦话都是“别急，明天我一定搞定”。
当时说出来我觉得很好笑，一旦到自己身上时就是满心的无奈，这个同事出差回来后没多久就辞职了，看样子是抗不住。
我不知道是运气好还是抗压能力强，虽然心里无数次怀疑自己不适合做这行，但就是没换工作，一直在否定自己又一直坚守岗位。
驱动芯片发烫的问题没困扰我太久，后面查资料才知道，换能器不能一直振动，否则接收到的波形就是连续的方波，这种波形根本测不出风速。
驱动周期少了换能器没达到最大振幅，驱动周期多了接收信号太满，不适合算风速，只有当换能器刚振到波峰时就结束是最好的效果，要想达到这种效果，驱动周期在8到10个最佳。
这就是经验积累的重要性，和技术水平没太大关系，没做过这个根本就不知道这回事，就算你模拟电路对了又怎样，不能合理的驱动照样算不出风速。
信号出来后接着就是调制信号了。
换能器出来的信号非常弱，弱到在示波器上几乎看不见，需要放大几千倍才能得到图三那种效果。
信号放大只是第一步，如何计算这个时间同样很难。
超声波处理过程
我的做法是，先将这种由低到高，再逐渐衰减的正弦波信号弄成一个包络，即将十几个周期的正弦波变成一个波。
接着用积分电路以该包络的波峰为零点整合成一个正弦波，这个零点就是超声波振动的最大幅值，用该点到达的时间计算风速效果最佳。
最后就是过零比较电路，将这个零点到达的时间记录下来送进计时芯片。
硬件做完接下来就编程计算风速，先将模拟电路测到的时间采集出来，这里面有很多的干扰信号，需要做一些简单的软件滤波处理。
接着就按上面所说的方法计算风速值，如果说硬件做的足够完美，每次没得时间很精确，那么整个产品的设计到这也就结束了。
可现实大多不会如想象中那么如意，采集到的信号大多时候是在跳动的，当硬件已经尽到最大能力还不能做到如想象中的那般完美时，软件就来想办法来让它接近完美。
以无风时为例。
理论上无风条件下采集到的时间应该固定，可是由于电路的设计、元器件的差异、现实环境的影响，硬件电路很难达到这一理想状态。
大多数情况是100条数据中80条稳定，还有另外20条是在波动，情况差点的60条数据稳定，40条来回跳动也很正常。
这时候软件就要在这100条数据中挑出稳定的这些值，并计算出风速风向，做不到的话产品就不合格。
这里我先是将原始数据清洗一遍，挑出大部分可用数据，再计算风速。
这时候计算出来的风速波动很大，不是很准确，接着还要将该值做处理。
一般用到的办法是积分或线性回归，即保证几个点的风速值与较准设备对的上就认为在全量程范围内都对的上，这也是常规测量仪器的检测方案。
期间改了七八次硬件电路，焊的电路板就有十几块，程序更是磨合了无数次，历时一年终于还是交了一份答卷出来，不是很完美，但已经是我尽最大能力得到的结果。
至此，整个项目就结束了，过程很幸苦、很磨人，也很锻炼人，在这个项目中学到了很多，特别是模拟电路这方面，有了长足的进步，为后来很多项目打下基础。
几年后，生产和我反馈，说是该款产品又不行了，良品率持续走低，喊我赶紧研究研究。
拿了样品回来一检测才知道，国产换能器厂家改进了工艺，接收信号大幅增大，噪声降低了不少，而我们还在用原来弱信号的放大电路，造成信号饱和，当然测不出风速了。
这种情况需要重新设计电路适配才行，不过这个对我来说已经没什么难度了，后来交给了一个新人来搞，算是给他点压力，也是锻炼锻炼他吧。
可见有时候国产设备想要提升产品质量并不是某一个厂家努力就行的，需要的是整个行业共同努力才行。
当然了，这重要的还是要形成销路，只要有利可图产品就能迭代，一旦进入到这种良性循环，产品不仅质量能上去，价格还能打下来，这里不仅是将国产设备价格打下来，进口设备同样能把价格打下来。
