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步进电机转速和步数检测设计

方案一：利用光电开关

1、原理介绍

光电开关(光电传感器)是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的

遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所

有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号

射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。工作原理

如图所示。多数光电开关选用的是波长接近可见光的红外线光波型。

加调制信号的发射管

调制器整流稳压接电源

（a）发射器

整流稳压接电源

光电三极管

解调器时钟逻辑负载

（b）接收器

图3-2光电开关工作原理图

2、术语解释

（1）检测距离：是指检测体按一定方式移动，当开关动作时测得的基准位

置(光电开关的感应表面)到检测面的空间距离。额定动作距离指接近开关动作距

离的标称值。

（2）回差距离：动作距离与复位距离之间的绝对值。

（3）响应频率：在规定的1s的时间间隔内，允许光电开关动作循环的次数。

（4）输出状态：分常开和常闭。当无检测物体时，常开型的光电开关所接

通的负载由于光电开关内部的输出晶体管的截止而不工作，当检测到物体时，

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晶体管导通，负载得电工作。

（5）检测方式：根据光电开关在检测物体时发射器所发出的光线被折回到

接收器的途径的不同，可分为漫反射式、镜反射式、对射式等。

（6）输出形式：分NPN二线、NPN三线、NPN四线、PNP二线、PNP三

线、PNP四线、AC二线、AC五线(自带继电器)，及直流NPN／PNP／常开／常

闭多功能等几种常用的输出形式。

（7）表面反射率：漫反射式光电开关发出的光线需要经检测物表面才能反

射回漫反射开关的接受器，所以检测距离和被检测物体的表面反射率将决定接受

器接收到光线的强度。粗糙的表面反射回的光线强度必将小于光滑表面反射回的

强度，而且，被检测物体的表面必须垂直于光电开关的发射光线。

（8）环境特性：光电开关应用的环境亦会影响其长期工作可靠性。当光电

开关工作于最大检测距离状态时，由于光学透镜会被环境中的污物粘住，甚至

会被一些强酸性物质腐蚀，以至其使用参数和可靠性降低。较简便的解决方法就

是根据光电开关的最大检测距离(Sn)降额使用来确定最佳工作距离。

方案二：采用光电编码器

检测系统的示意图如图所示。在系统运行时，为了能够测量运行的速度和步

数，采用光电编码器来进行电动机转速和步数的检测。

步进电机光电编码器整形放大单片机显示

图3-3检测系统的示意图

1、光电编码器的工作原理

光电编码器是一种集光、机、电为一体的数字检测装置。作为一次光电传感

检测元件的光电