一种鉴相法超声波风速检测仪
阅读说明：本技术 一种鉴相法超声波风速检测仪 (Ultrasonic wind speed detector adopting phase discrimination method ) 是由 刘冬 于 2021-03-05 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种鉴相法超声波风速检测仪,包括数字波形发生器模块、数字信号处理器模块、模拟乘法器模块、功率放大器模块、信号放大器模块、通信接口模块、换能器模块和电源模块；所述换能器模块包括超声波换能器A单元和超声波换能器B单元。具有以下优点：在保证测量精度的前提下可以使用成本更低、频率更低的换能器、可以使用成本更低的运算放大器,可有效避免由于换能器和信号传播电路的延时造成的测量精度低、受环境温度影响大等问题。(The application discloses a phase discrimination ultrasonic wind speed detector which comprises a digital waveform generator module, a digital signal processor module, an analog multiplier module, a power amplifier module, a signal amplifier module, a communication interface module, a transducer module and a power supply module; the transducer module includes an ultrasonic transducer A unit and an ultrasonic transducer B unit. Has the following advantages: the transducer with lower cost and lower frequency and the operational amplifier with lower cost can be used on the premise of ensuring the measurement precision, and the problems of low measurement precision, large influence of ambient temperature and the like caused by the time delay of the transducer and a signal propagation circuit can be effectively avoided.)
技术领域
本发明是一种鉴相法超声波风速检测仪，属于超声波应用技术领域。
背景技术
传统的超声波风速风向传感器均采用时差法检测，精度受限于传感器的启动延时、余震、接收电路的灵敏度、计时精度等问题。采用提升超声波频率的方式虽然有所改善，但是在元器件的参数要求、探头的灵敏度要求上就变得异常苛刻，而且受应用环境影响较大。
如专利号为CN201811411073.4、专利名称为一种超声波风速风向测量装置及方法的专利，其特征效果为：多路模拟开关后连接的程序控制增益放大器实现同时采集发射与接收两簇信号，并对信号进行放大；经带通滤波器、检波二极管、阈值比较器进行波形信号处理，微控制器对处理后的发射与接收信号在线评估与修正，使得发射与接收两簇波形都在最佳可采集范围内获取信号特征，显著提高测量范围，提高精度和抗扰动能力；微控制器同时采集发射探头与接收探头的波形，计算两波形的时间差，提高精度和抗扰动能力。
上述发明通过采集发射探头与接收探头的波形，计算两波形的时间差，虽提高了精度和抗干扰能力，但是可能因为换能器灵敏度问题而产生测量误差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种鉴相法超声波风速检测仪，采用连续正弦波驱动、相位测量的方法，使用普通的中频超声波传感器探头，不对超声波的起止进行时差测量，避免了由于换能器的灵敏度造成的测量误差，不需要高精度的计时芯片，不需要高精度的收发电路即可获得较高的测量精度。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种鉴相法超声波风速检测仪，其特征在于：包括数字波形发生器模块、数字信号处理器模块、模拟乘法器模块、功率放大器模块、信号放大器模块、通信接口模块、换能器模块和电源模块；所述换能器模块包括超声波换能器A单元和超声波换能器B单元；所述数字信号处理器模块连接有数字波形发生器模块、模拟乘法器模块和通信接口模块，所述数字波形发生器模块连接有模拟乘法器模块和功率放大器模块，功率放大器模块连接换能器模块的超声波换能器A单元，换能器模块的超声波换能器B单元连接信号放大器模块，信号放大器模块连接模拟乘法器模块，电源模块为数字波形发生器模块、数字信号处理器模块、模拟乘法器模块、功率放大器模块、信号放大器模块、通信接口模块和换能器模块提供电源。
进一步的，所述数字信号处理器模块包括芯片U10，芯片U10的型号为STM32微处理器，芯片U10的1脚连接有电容C29一端，电容C29另一端接地，芯片U10的7脚连接有电容C31一端和电阻R44一端，电容C31另一端接地，电阻R44另一端连接电源+3.3V；芯片U10的13脚连接有电源+3.3V和电容C32一端，电容C32另一端和芯片U10的12脚接地；芯片U10的19脚连接有电源+3.3V和电容C41一端，电容C41另一端和芯片U10的18脚接地；芯片U10的32脚连接有电源+3.3V和电容C55一端，电容C55另一端和芯片U10的31脚接地；
所述芯片U10的64脚连接有电源+3.3V和电容C30一端，电容C30另一端和芯片U10的63脚接地；芯片U10的60脚连接有电阻R43一端，电阻R43另一端接地，芯片U10的48脚连接有电源+3.3V和电容C39一端，电容C39另一端和芯片U10的47脚接地。
进一步的，所述数字波形发生器模块包括芯片U2，芯片U2的型号为AD9833，芯片U2的1脚连接有电容C2一端，芯片U2的2脚和电容C2另一端连接电源+3.3V；芯片U2的3脚连接有电容C8一端和电容C9一端，电容C8另一端和电容C9另一端接地；芯片U2的4脚接地，芯片U2的5脚连接有晶振X1的3脚，晶振X1的4脚连接有电容C12一端和电阻R5一端，电阻R5另一端连接电源+3.3V，电容C12另一端和晶振X1的2脚接地；芯片U2的10脚连接有电容C4一端、功率放大器模块的电容C10一端和模拟乘法器模块的电容C13一端，电容C4另一端和芯片U2的9脚接地。
进一步的，所述功率放大器模块包括运算放大器U1A和运算放大器U1B，所述运算放大器U1A的3脚连接有电阻R1一端，运算放大器U1A的4脚连接有电容C1一端并接电源-8V，电容C1另一端和电阻R1另一端接地，运算放大器U1A的2脚连接有电阻R3一端和电阻R4一端，电阻R3另一端连接有电容C10另一端，运算放大器U1A的8脚连接有电容C5一端并接电源+12V，电容C5另一端接地；运算放大器U1A的1脚和电阻R4另一端连接有电阻R7一端和换能器模块；
所述运算放大器U1B的7脚连接有电阻R8一端和换能器模块，运算放大器U1B的4脚连接电源-8V，运算放大器U1B的5脚连接有电阻R9一端，电阻R9另一端接地，运算放大器U1B的8脚连接电源+12V，运算放大器U1B的6脚和电阻R8另一端连接电阻R7另一端。
进一步的，所述模拟乘法器模块包括芯片U9，芯片U9的型号为MC1496，芯片U9的1脚连接有电阻R25一端和电容C20一端，芯片U9的4脚连接有电阻R28一端，电阻R28另一端和电阻R25 另一端接地，电容C20另一端连接有电阻R10一端和运算放大器U4A的1脚，运算放大器U4A的的8脚连接电源+5V，运算放大器U4A的4脚接地，运算放大器U4A的3脚连接有电容C14一端、电阻R13一端和电阻R12一端，电容C14另一端和电阻R13另一端接地，电阻R12另一端连接电源+5V；运算放大器U4A的2脚连接有电阻R10另一端和电阻R11一端，电阻R11另一端连接电容C13另一端；
所述芯片U9的8脚连接有电阻R38一端、电容C24一端、电阻R31一端和电阻R29一端，电阻R31另一端和电容C24另一端接地，芯片U9的10脚连接有电阻R39一端和电阻R38另一端，电阻R39另一端连接有电容C26一端，电容C26另一端连接信号放大器模块；芯片U9的2脚连接有电阻R41一端，电阻R41另一端连接芯片U9的3脚，芯片U9的5脚连接有电阻R42一端，电阻R42另一端接地；
所述芯片U9的6脚连接有电阻R33一端和电阻R19一端，芯片U9的12脚连接有电阻R32一端，电阻R32另一端和电阻R33另一端连接有电容C21一端和电感L1一端，并接电阻R29另一端；电容C21另一端接地，电感L1另一端连接有电容C22一端并连接电源+12V，电容C22另一端接地；
所述电阻R19另一端连接有电阻R20一端和运算放大器U4B的5脚，运算放大器U4B的4脚和电阻R20另一端接地，运算放大器U4B的8脚连接有电容C16一端并接电源+5V，电容C16另一端接地；运算放大器U4B的6脚连接有电阻R18一端和电阻R14一端，电阻R18另一端连接有电阻R16一端、电阻R17一端和电容C15一端，电阻R16另一端连接电源+12V，电容C15另一端和电阻R17另一端接地；电阻R14另一端和运算放大器U4B的7脚连接有电阻R55一端，电阻R55另一端连接有芯片U10的14脚和电容C56一端，电容C56另一端接地。
进一步的，所述超声波换能器A单元包括芯片U3，芯片U3的型号为CD4052，所述芯片U3的3脚连接功率放大器模块的运算放大器U1A，芯片U3的13脚连接功率放大器模块的运算放大器U1B，芯片U3的7脚连接有电容C11一端和电阻R6一端，芯片U3的8脚和电容C11另一端接地，电阻R6另一端连接电源-8V；芯片U3的16脚连接有电阻R2一端和电容C3一端，电容C3另一端接地，电阻R2另一端接电源+12V；
所述芯片U3的1脚连接有接插件P1的1脚，芯片U3的2脚连接有接插件P4的1脚，芯片U3的4脚连接有接插件P2的1脚，芯片U3的5脚连接有接插件P3的1脚；芯片U3的15脚连接有接插件P4的2脚，芯片U3的14脚连接有接插件P3的2脚，芯片U3的12脚连接有接插件P1的2脚，芯片U3的11脚连接有接插件P2的2脚；
所述超声波换能器B单元包括芯片U5和芯片U8，芯片U5的型号为CD4052，芯片U8的型号为CD4504；所述芯片U5的3脚接地，芯片U5的7脚连接有电阻R21一端和电容C18一端，电容C18另一端和芯片U5的8脚接地，电阻R21另一端接地，芯片U5的16脚连接有电阻R15一端和电容C17一端，电阻R15另一端连接电源+12V，电容C17另一端接地；
所述芯片U5的1脚连接有接插件P1的1脚，芯片U5的2脚连接有接插件P4的1脚，芯片U5的4脚连接有接插件P2的1脚，芯片U5的5脚连接有接插件P3的1脚；芯片U5的15脚连接有接插件P4的2脚，芯片U5的14脚连接有接插件P3的2脚，芯片U5的12脚连接有接插件P1的2脚，芯片U5的11脚连接有接插件P2的2脚；
所述芯片U8的1脚连接电源+3.3V，芯片U8的2脚连接有芯片U5的10脚，芯片U8的3脚连接有芯片U10的56脚；芯片U8的4脚连接有芯片U5的9脚，芯片U8的5脚连接有芯片U10的55脚；芯片U8的6脚连接有芯片U5的6脚，芯片U8的7脚连接有芯片U10的50脚，芯片U8的8脚接地；
所述芯片U8的16脚连接电源+12V，芯片U8的15脚连接有芯片U3的6脚，芯片U8的14脚连接有芯片U10的57脚，芯片U8的13脚连接电源+3.3V，芯片U8的12脚连接有芯片U3的9脚，芯片U8的11脚连接有芯片U10的58脚；芯片U8的10脚连接有芯片U3的10脚，芯片U8的9脚连接有芯片U10的59脚。
进一步的，所述信号放大器模块包括运算放大器U7A和运算放大器U7B，运算放大器U7B的4脚连接有电容C27一端并接电源-8V，电容C27另一端接地，运算放大器U7B的5脚连接有电阻R40一端，电阻R40另一端接地，运算放大器U7B的6脚连接有电阻R37一端和电阻R34一端，电阻R37另一端连接有芯片U5的13脚，电阻R34另一端和运算放大器U7B的7脚连接有电容C25一端，电容C25另一端连接有电阻R35一端，电阻R35另一端连接有电阻R36一端和运算放大器U7A的2脚，运算放大器U7A的8脚连接电源+12V，运算放大器U7A的3脚连接有电阻R30一端，电阻R30另一端接地，运算放大器U7A的4脚连接电源-8V，运算放大器U7A的1脚和电阻R36另一端连接有模拟乘法器模块的电容C26另一端；运算放大器U7B的8脚连接有电容C23一端，电容C23另一端接地。
进一步的，所述通信接口模块包括芯片U6，芯片U6的型号为THVD1500， 芯片U6的1脚连接有数字信号处理器模块的电阻R50一端，电阻R50另一端连接有芯片U10的17脚，芯片U6的4脚连接有数字信号处理器模块的电阻R47一端，电阻R47另一端连接芯片U10的16脚，芯片U6的2脚和芯片U6的3脚连接有电阻R23一端和三极管Q1的发射极，电阻R23另一端连接电源+5V，三极管Q1的基极连接有电阻R26一端并接数字信号处理器模块的电阻R47一端，电阻R26另一端和三极管Q1的集电极接地；
所述芯片U6的8脚连接有电容C19一端并连接电源+5V，电容C19另一端接地，芯片U6的5脚接地，芯片U6的7脚连接有电阻R22一端、电阻R24一端和接插件P5的3脚，电阻R22另一端接地；芯片U6的6脚连接有电阻R24另一端、电阻R27一端和接插件P5的2脚，，电阻R27另一端连接电源+5V，接插件J5的1脚连接电源模块，接插件J5的4脚接地。
进一步的，所述电源模块包括芯片U14，芯片U14的型号为MT3608，芯片U14的4脚、5脚和6脚连接有电容C50一端、电容C51一端、电容C52一端和电感L4一端，并接通信接口模块接插件J5的4脚，电容C50另一端、电容C51另一端和电容C52另一端接地，芯片U14的1脚连接有电容C53一端、电容C54一端和电感L4另一端；电容C53另一端和电容C54另一端连接有电感L5一端和二极管D3一端，二极管D3另一端连接有电容C47一端、电容C49一端、电阻R52一端、电容C46一端和电阻R51一端并接电源+12V，电容C46另一端、电容C47另一端、电容C49另一端和电感L5另一端接地；电阻R51另一端连接有电容C38一端，芯片U14的3脚连接有电阻R52另一端、电容C38一端、电阻R46一端和二极管D1一端，电阻R46另一端和二极管D1另一端接地；
所述电源模块还包括芯片U13，芯片U13的型号为BL8033CB6TR，芯片U13的1脚接地，芯片U13的2脚连接有电感L2一端和电容C44一端，电容C44另一端连接芯片U13的6脚，电感L2另一端连接有电阻R48一端和电容C43一端并接电源+5V，电阻R48另一端连接有电阻R53一端和芯片U13的4脚，电阻R53另一端和电容C43另一端接地，芯片U13的3脚连接有电阻R54一端和电容C42一端并接电源+12V，电容C42另一端接地，电阻R54另一端连接芯片U13的5脚。
进一步的，所述电源模块还包括芯片U11，芯片U11的型号为BL8064CB3TR33，芯片U11的VIN脚连接有电容C33一端并接电源+5V，芯片U11的VOUT脚连接有电容C34一端和电容C35一端，并接电源+3.3V，电容C34另一端、电容C35另一端、电容C33另一端和芯片U11的GND脚接地；
所述电源模块还包括芯片U12，芯片U12的型号为TPS5430DDAR，芯片U12的1脚连接有电容C48一端，电容C48另一端连接有芯片U12的 8脚、二极管D2一端和电感L3一端，芯片U12的4脚连接有电阻R49一端和电阻R45一端，电阻R49另一端接地，电阻R45另一端连接有二极管D2另一端、电容C36一端、电容C37一端并接电源-8V，电感L3另一端、电容C36另一端和电容C37另一端接地，芯片U12的6脚和芯片U12的9脚连接有电容C40一端和电阻R45另一端，芯片U12的7脚连接有电容C40另一端和电容C45一端，并接电源+12V，电容C45另一端接地。
本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
与现有的时差法风速检测仪相比本专利采用连续正弦波驱动加相位检测，对于超声波换能器的使用要求变得更加宽泛，对于超声波收发电路的要求也不再苛刻，在保证测量精度的前提下可以使用成本更低、频率更低的换能器、可以使用成本更低的运算放大器，可以在不使用中频变压器的情况下就获得很好的测量效果。
与传统的测量信号飞行时间TOF方法测风速风向相比，本发明可有效避免由于换能器和信号传播电路的延时造成的测量精度低、受环境温度影响大等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明
具体实施方式
或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明中鉴相法超声波风速检测仪的数字信号处理器模块原理图；
图2为本发明中鉴相法超声波风速检测仪的数字波形发生器模块原理图；
图3为本发明中鉴相法超声波风速检测仪的功率放大器模块原理图；
图4为本发明中鉴相法超声波风速检测仪的模拟乘法器模块原理图；
图5至图8为本发明中鉴相法超声波风速检测仪的换能器模块原理图；
图9为本发明中鉴相法超声波风速检测仪的信号放大器模块原理图；
图10为本发明中鉴相法超声波风速检测仪的通信接口模块原理图；
图11为本发明中鉴相法超声波风速检测仪的12V电源输出模块原理图；
图12为本发明中鉴相法超声波风速检测仪的5V电源输出模块原理图；
图13为本发明中鉴相法超声波风速检测仪的3.3V电源输出模块原理图；
图14为本发明中鉴相法超声波风速检测仪的-8V电源输出模块原理图；
图15为本发明中鉴相法超声波风速检测仪的运行原理图。
具体实施方式
实施例1，一种鉴相法超声波风速检测仪包括数字波形发生器模块、数字信号处理器模块、模拟乘法器模块、功率放大器模块、信号放大器模块、通信接口模块、换能器模块和电源模块；所述换能器模块包括超声波换能器A单元和超声波换能器B单元；所述数字信号处理器模块连接有数字波形发生器模块、模拟乘法器模块和通信接口模块，所述数字波形发生器模块连接有模拟乘法器模块和功率放大器模块，功率放大器模块连接换能器模块的超声波换能器A单元，换能器模块的超声波换能器B单元连接信号放大器模块，信号放大器模块连接模拟乘法器模块，电源模块为数字波形发生器模块、数字信号处理器模块、模拟乘法器模块、功率放大器模块、信号放大器模块、通信接口模块和换能器模块提供电源。
如图1所示，所述数字信号处理器模块包括芯片U10，芯片U10的型号为STM32微处理器，芯片U10的1脚连接有电容C29一端，电容C29另一端接地，芯片U10的7脚连接有电容C31一端和电阻R44一端，电容C31另一端接地，电阻R44另一端连接电源+3.3V；芯片U10的13脚连接有电源+3.3V和电容C32一端，电容C32另一端和芯片U10的12脚接地；芯片U10的19脚连接有电源+3.3V和电容C41一端，电容C41另一端和芯片U10的18脚接地；芯片U10的32脚连接有电源+3.3V和电容C55一端，电容C55另一端和芯片U10的31脚接地。
所述芯片U10的64脚连接有电源+3.3V和电容C30一端，电容C30另一端和芯片U10的63脚接地；芯片U10的60脚连接有电阻R43一端，电阻R43另一端接地，芯片U10的48脚连接有电源+3.3V和电容C39一端，电容C39另一端和芯片U10的47脚接地。
如图2和图3所示，所述数字波形发生器模块包括芯片U2，芯片U2的型号为AD9833，芯片U2的1脚连接有电容C2一端，芯片U2的2脚和电容C2另一端连接电源+3.3V；芯片U2的3脚连接有电容C8一端和电容C9一端，电容C8另一端和电容C9另一端接地；芯片U2的4脚接地，芯片U2的5脚连接有晶振X1的3脚，晶振X1的4脚连接有电容C12一端和电阻R5一端，电阻R5另一端连接电源+3.3V，电容C12另一端和晶振X1的2脚接地；芯片U2的10脚连接有电容C4一端、功率放大器模块的电容C10一端和模拟乘法器模块的电容C13一端，电容C4另一端和芯片U2的9脚接地。
所述功率放大器模块包括运算放大器U1A和运算放大器U1B，所述运算放大器U1A的3脚连接有电阻R1一端，运算放大器U1A的4脚连接有电容C1一端并接电源-8V，电容C1另一端和电阻R1另一端接地，运算放大器U1A的2脚连接有电阻R3一端和电阻R4一端，电阻R3另一端连接有电容C10另一端，运算放大器U1A的8脚连接有电容C5一端并接电源+12V，电容C5另一端接地；运算放大器U1A的1脚和电阻R4另一端连接有电阻R7一端和换能器模块。
所述运算放大器U1B的7脚连接有电阻R8一端和换能器模块，运算放大器U1B的4脚连接电源-8V，运算放大器U1B的5脚连接有电阻R9一端，电阻R9另一端接地，运算放大器U1B的8脚连接电源+12V，运算放大器U1B的6脚和电阻R8另一端连接电阻R7另一端。
如图4所示，所述模拟乘法器模块包括芯片U9，芯片U9的型号为MC1496，芯片U9的1脚连接有电阻R25一端和电容C20一端，芯片U9的4脚连接有电阻R28一端，电阻R28另一端和电阻R25 另一端接地，电容C20另一端连接有电阻R10一端和运算放大器U4A的1脚，运算放大器U4A的8脚连接电源+5V，运算放大器U4A的4脚接地，运算放大器U4A的3脚连接有电容C14一端、电阻R13一端和电阻R12一端，电容C14另一端和电阻R13另一端接地，电阻R12另一端连接电源+5V；运算放大器U4A的2脚连接有电阻R10另一端和电阻R11一端，电阻R11另一端连接电容C13另一端。
所述芯片U9的8脚连接有电阻R38一端、电容C24一端、电阻R31一端和电阻R29一端，电阻R31另一端和电容C24另一端接地，芯片U9的10脚连接有电阻R39一端和电阻R38另一端，电阻R39另一端连接有电容C26一端，电容C26另一端连接信号放大器模块；芯片U9的2脚连接有电阻R41一端，电阻R41另一端连接芯片U9的3脚，芯片U9的5脚连接有电阻R42一端，电阻R42另一端接地。
所述芯片U9的6脚连接有电阻R33一端和电阻R19一端，芯片U9的12脚连接有电阻R32一端，电阻R32另一端和电阻R33另一端连接有电容C21一端和电感L1一端，并接电阻R29另一端；电容C21另一端接地，电感L1另一端连接有电容C22一端并连接电源+12V，电容C22另一端接地。
所述电阻R19另一端连接有电阻R20一端和运算放大器U4B的5脚，运算放大器U4B的4脚和电阻R20另一端接地，运算放大器U4B的8脚连接有电容C16一端并接电源+5V，电容C16另一端接地；运算放大器U4B的6脚连接有电阻R18一端和电阻R14一端，电阻R18另一端连接有电阻R16一端、电阻R17一端和电容C15一端，电阻R16另一端连接电源+12V，电容C15另一端和电阻R17另一端接地；电阻R14另一端和运算放大器U4B的7脚连接有电阻R55一端，电阻R55另一端连接有芯片U10的14脚和电容C56一端，电容C56另一端接地。
如图5至图8所示，所述超声波换能器A单元包括芯片U3，芯片U3的型号为CD4052，所述芯片U3的3脚连接功率放大器模块的运算放大器U1A，芯片U3的13脚连接功率放大器模块的运算放大器U1B，芯片U3的7脚连接有电容C11一端和电阻R6一端，芯片U3的8脚和电容C11另一端接地，电阻R6另一端连接电源-8V；芯片U3的16脚连接有电阻R2一端和电容C3一端，电容C3另一端接地，电阻R2另一端接电源+12V。
所述芯片U3的1脚连接有接插件P1的1脚，芯片U3的2脚连接有接插件P4的1脚，芯片U3的4脚连接有接插件P2的1脚，芯片U3的5脚连接有接插件P3的1脚；芯片U3的15脚连接有接插件P4的2脚，芯片U3的14脚连接有接插件P3的2脚，芯片U3的12脚连接有接插件P1的2脚，芯片U3的11脚连接有接插件P2的2脚。
所述超声波换能器B单元包括芯片U5和芯片U8，芯片U5的型号为CD4052，芯片U8的型号为CD4504；所述芯片U5的3脚接地，芯片U5的7脚连接有电阻R21一端和电容C18一端，电容C18另一端和芯片U5的8脚接地，电阻R21另一端接地，芯片U5的16脚连接有电阻R15一端和电容C17一端，电阻R15另一端连接电源+12V，电容C17另一端接地。
所述芯片U5的1脚连接有接插件P1的1脚，芯片U5的2脚连接有接插件P4的1脚，芯片U5的4脚连接有接插件P2的1脚，芯片U5的5脚连接有接插件P3的1脚；芯片U5的15脚连接有接插件P4的2脚，芯片U5的14脚连接有接插件P3的2脚，芯片U5的12脚连接有接插件P1的2脚，芯片U5的11脚连接有接插件P2的2脚。
所述芯片U8的1脚连接电源+3.3V，芯片U8的2脚连接有芯片U5的10脚，芯片U8的3脚连接有芯片U10的56脚；芯片U8的4脚连接有芯片U5的9脚，芯片U8的5脚连接有芯片U10的55脚；芯片U8的6脚连接有芯片U5的6脚，芯片U8的7脚连接有芯片U10的50脚，芯片U8的8脚接地。
所述芯片U8的16脚连接电源+12V，芯片U8的15脚连接有芯片U3的6脚，芯片U8的14脚连接有芯片U10的57脚，芯片U8的13脚连接电源+3.3V，芯片U8的12脚连接有芯片U3的9脚，芯片U8的11脚连接有芯片U10的58脚；芯片U8的10脚连接有芯片U3的10脚，芯片U8的9脚连接有芯片U10的59脚。
如图9所示，所述信号放大器模块包括运算放大器U7A和运算放大器U7B，运算放大器U7B的4脚连接有电容C27一端并接电源-8V，电容C27另一端接地，运算放大器U7B的5脚连接有电阻R40一端，电阻R40另一端接地，运算放大器U7B的6脚连接有电阻R37一端和电阻R34一端，电阻R37另一端连接有芯片U5的13脚，电阻R34另一端和运算放大器U7B的7脚连接有电容C25一端，电容C25另一端连接有电阻R35一端，电阻R35另一端连接有电阻R36一端和运算放大器U7A的2脚，运算放大器U7A的8脚连接电源+12V，运算放大器U7A的3脚连接有电阻R30一端，电阻R30另一端接地，运算放大器U7A的4脚连接电源-8V，运算放大器U7A的1脚和电阻R36另一端连接有模拟乘法器模块的电容C26另一端；运算放大器U7B的8脚连接有电容C23一端，电容C23另一端接地。
如图10所示，所述通信接口模块包括芯片U6，芯片U6的型号为THVD1500， 芯片U6的1脚连接有数字信号处理器模块的电阻R50一端，电阻R50另一端连接有芯片U10的17脚，芯片U6的4脚连接有数字信号处理器模块的电阻R47一端，电阻R47另一端连接芯片U10的16脚，芯片U6的2脚和芯片U6的3脚连接有电阻R23一端和三极管Q1的发射极，电阻R23另一端连接电源+5V，三极管Q1的基极连接有电阻R26一端并接数字信号处理器模块的电阻R47一端，电阻R26另一端和三极管Q1的集电极接地。
所述芯片U6的8脚连接有电容C19一端并连接电源+5V，电容C19另一端接地，芯片U6的5脚接地，芯片U6的7脚连接有电阻R22一端、电阻R24一端和接插件P5的3脚，电阻R22另一端接地；芯片U6的6脚连接有电阻R24另一端、电阻R27一端和接插件P5的2脚，，电阻R27另一端连接电源+5V，接插件J5的1脚连接电源模块，接插件J5的4脚接地。
如图11所示，所述电源模块包括芯片U14，芯片U14的型号为MT3608，芯片U14的4脚、5脚和6脚连接有电容C50一端、电容C51一端、电容C52一端和电感L4一端，并接通信接口模块接插件J5的4脚，电容C50另一端、电容C51另一端和电容C52另一端接地，芯片U14的1脚连接有电容C53一端、电容C54一端和电感L4另一端；电容C53另一端和电容C54另一端连接有电感L5一端和二极管D3一端，二极管D3另一端连接有电容C47一端、电容C49一端、电阻R52一端、电容C46一端和电阻R51一端并接电源+12V，电容C46另一端、电容C47另一端、电容C49另一端和电感L5另一端接地；电阻R51另一端连接有电容C38一端，芯片U14的3脚连接有电阻R52另一端、电容C38一端、电阻R46一端和二极管D1一端，电阻R46另一端和二极管D1另一端接地。
如图12所示，所述电源模块还包括芯片U13，芯片U13的型号为BL8033CB6TR，芯片U13的1脚接地，芯片U13的2脚连接有电感L2一端和电容C44一端，电容C44另一端连接芯片U13的6脚，电感L2另一端连接有电阻R48一端和电容C43一端并接电源+5V，电阻R48另一端连接有电阻R53一端和芯片U13的4脚，电阻R53另一端和电容C43另一端接地，芯片U13的3脚连接有电阻R54一端和电容C42一端并接电源+12V，电容C42另一端接地，电阻R54另一端连接芯片U13的5脚。
如图13所示，所述电源模块还包括芯片U11，芯片U11的型号为BL8064CB3TR33，芯片U11的VIN脚连接有电容C33一端并接电源+5V，芯片U11的VOUT脚连接有电容C34一端和电容C35一端，并接电源+3.3V，电容C34另一端、电容C35另一端、电容C33另一端和芯片U11的GND脚接地。
如图14所示，所述电源模块还包括芯片U12，芯片U12的型号为TPS5430DDAR，芯片U12的1脚连接有电容C48一端，电容C48另一端连接有芯片U12的 8脚、二极管D2一端和电感L3一端，芯片U12的4脚连接有电阻R49一端和电阻R45一端，电阻R49另一端接地，电阻R45另一端连接有二极管D2另一端、电容C36一端、电容C37一端并接电源-8V，电感L3另一端、电容C36另一端和电容C37另一端接地，芯片U12的6脚和芯片U12的9脚连接有电容C40一端和电阻R45另一端，芯片U12的7脚连接有电容C40另一端和电容C45一端，并接电源+12V，电容C45另一端接地。
如图15所示，数字波形发生器模块用于产生指定频率的正弦波信号，数字波形发生器模块由数字信号处理器模块通过数字接口控制，功率放大器模块负责放大正弦波信号并驱动换能器模块中超声波换能器A，换能器模块中超声波换能器B负责接收来自超声波换能器A的信号并转换成正弦波电信号，信号放大器模块负责将弱信号放大至适合模拟乘法器模块的输入电压范围，模拟乘法器模块有两个信号来源，1个是数字波形发生器模块的正弦波信号，另外1个是信号放大器模块的输出信号，模拟乘法器模块对两个信号做乘法运算，输出结果由数字信号处理器模块经过AD采集后进行数字处理和运算。
本发明的工作原理如下： 超声波在经过空气传播后，由于风速和温度的不同会改变波长，但是接受到的频率不会发生变化，假设A，B两个探头之间的距离为L，所用超声波的频率为f，在某一时刻的声速为V，则此时在空气中对应的波长即为V/f，在两个探头间距L内能容纳的波长个数N=L/(V/f)，模拟乘法器的两个输入信号分别为发送前的初始信号和经过空气传播的接收信号,两个信号会存在相位差，经过模拟乘法器后信号频率会翻倍，并且由于相位的不同会存在一定的直流分量，当空气流速发生变化时相应的波长也会发生变化，模拟乘法器输出的直流分量也会发生变化，通过数字处理器继而可以检测到风速。由于超声波波长在一般环境内会小于2CM，当A、B探头的距离为波长的N倍时，一个小的风速变化将带来N倍的相位变化，因此可以很容易地检测到微风。
此种方法由于使用的是连续正弦波驱动，因此避免了由于换能器或硬件放大器带来的灵敏度问题、频率响应问题、余震问题。而且换能器的使用寿命会更长。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好的说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
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