基于CMC芯片的电浮筒液位变送器技术领域
本发明属于物体位置测量技术领域，具体涉及一种基于CMC芯片的电浮筒液位变
送器。
背景技术
电浮筒液位变送器是物位测量仪表的一种，广泛应用于电力、冶金、石化、轻纺、食
品、医药等行业。电浮筒液位变送器是一种浮力式液位仪表，由浮筒（长圆柱形）和扭管机构
组成。浮筒垂直悬挂在杠杆上并浸没在测量室内的液体中，当液位变化时引起浮力相应变
化，扭力管形成角度的变化，芯轴与扭力管同步旋转，将浮力的变化即液位变化转换成扭力
管芯轴的角位移输出。带动固定在摇架上的磁钢组件发生位移变化，改变了霍尔效应传感
器检测到的磁场，霍尔传感器作相应的电压输出，通过电子线路部分转换成标准的电流信
号输出，由此测量液位界面。随着现场总线技术在工业过程控制领域的应用，原有的电浮筒
液位变送器通过4-20mA模拟信号控制，不能进行数字通讯，不能满足现代工业系统的要求。
EPA实时以太网标准，是我国第一个拥有自主知识产权的工业自动化领域的国际
标准，EPA即是建立在以太网基础上的工业现场设备开放网络平台，通过该平台，不仅可以
使工业现场设备（如现场控制器、变送器、执行机构等）实现基于以太网的通信，而且可以使
工业现场设备层网络不游离于主流通信技术之外，并与主流通信技术同步发展，同时，用以
太网现场设备层到控制层、管理层等所有层次网络的“E网到底”，实现工业企业综合自动化
系统各层次的信息无缝集成，推动工业企业的技术改造和提升、加快信息化改造进程。
Modbus协议是工业自动化领域的标准，采用一根双绞线实现多个设备之间的通
信，Modbus协议采用问答式的通信方式，具有简单、硬件便宜、通用性强、使用方便的优点，
容易开发和实现。ModbusRTU几乎成了国产PLC和变频器首选的通信协议。Modbus协议不需
要专门的通信模块，通信所需的堆栈和协议机制是以软件形式实现的，属于ISO-OSI参考
模型的第7层。它的另一个优点是可以通过任何传输媒介进行通信，包括双绞线、无线通信、
光导纤维、以太网、电话调制解调器、移动电话以及微波等。这样可以很容易地在一个新的
或者是现有的工厂里建立起Modbus连接。
发明内容
本发明的目的是：克服现有电浮筒液位变送器存在的无数字通讯功能的缺陷。题，
提供一种基于CMC芯片的电浮筒液位变送器，在现有电浮筒液位变送器基础上增加了数字
通信功能，使之能适应现代工业系统的要求。
为达到上述目的，釆用的技术方案为：一种基于CMC芯片的电浮筒液位变送器，其
特征在于：包括霍尔信号采样电路、CMC芯片、人机接口界面、支持EPA协议的通讯接口和支
持MODBUS协议的通讯接口，人机接口界面与CMC芯片连接，显示状态及接收外部设置指令；
霍尔信号采样电路经信号调理电路及A/D转换电路与CMC芯片连接，并将采集到的液位
信号送入CMC芯片；
CMC芯片处理后的液位信号经D/A转换电路转换为4-20mA标准直流信号输出；
CMC芯片与数字输出接口连接；
CMC芯片与RS485接口连接，实现MODUS通讯协议；
CMC芯片与以太网接口连接，实现EPA通讯协议。
以上所述CMC芯片采用系统组态软件进行逻辑控制程序，将编写的程序下载到芯
片的片内存储器中，它将组态处理、程序储存、信号输入输出、控制算法、通讯接口全部集成
在一个芯片中，以实现片内逻辑控制、程序处理及调度管理、多种数据接口通信。
以上所述CMC芯片是CMC540C128芯片。
本发明的有益效果在于：本发明基于CMC芯片的电浮筒液位变送器，原有的电缆布
置和控制策略可继续发挥作用；其次，可增加额外的数字信息，便于在现代工业系统中安
装、调校、维护以及控制，从而节省了大量费用，同时又提高了电浮筒液位变送器的测量精
度和利用率。
附图说明
图1：基于CMC芯片的电浮筒液位变送器的电原理图；
图2：CMC芯片与支持Modbus协议的通讯接口的电路图；
图3：CMC芯片与支持EPA协议的通讯接口的原理图。
具体实施方式
以下通过附图说明和具体实施方式对本发明作进一步说明。
本发明通过霍尔信号采样电路将液位信号转换成对应的电信号，通过CMC芯片对
A/D转换电路的控制得到物位值，进行数据处理和运算后，转换成相应的4-20mA模拟输出信
号传送至主控室接收。在物理层是R485连接的控制系统中，浮筒液位计可通过支持Modbus
的通讯接口把控制系统需要的数据信息传送给系统，同时系统可设定浮筒液位计的数据，
从而实现对电浮筒的远程监控；在EPA的现场总线的控制系统中，支持EPA协议的电浮筒可
连接进入EPA控制系统，通过EPA网络通信平台提供的实时数据通信服务，应用程序可以实
现对电浮筒的信息透明访问与操作。本发明中，主要的变量和控制信息由4～20mA传送，在
需要的情况下，其他过程参数、设备组态、校准和组态信息通过EPA协议和MODBUS协议以数
字通信的方式访问。
如图1所示基于CMC芯片的电浮筒液位变送器的电原理图，一种基于CMC芯片的电
浮筒液位变送器，其特征在于：包括霍尔信号采样电路、CMC芯片、人机接口界面、支持EPA协
议的通讯接口和支持MODBUS协议的通讯接口，人机接口界面与CMC芯片连接，显示状态及接
收外部设置指令；
霍尔信号采样电路经信号调理电路及A/D转换电路与CMC芯片连接，并将采集到的液位
信号送入CMC芯片；
CMC芯片处理后的液位信号经D/A转换电路转换为4-20mA标准直流信号输出；
CMC芯片与数字输出接口连接，实现DO输出；
CMC芯片与RS485接口连接，实现MODUS通讯协议；
CMC芯片与以太网接口连接，实现EPA通讯协议。
CMC芯片与支持Modbus协议的通讯接口的电路图如图2所示，CMC芯片与支持EPA协
议的通讯接口的原理图如图3所示。
以上所述CMC芯片采用系统组态软件进行逻辑控制程序，将编写的程序下载到芯
片的片内存储器中，它将组态处理、程序储存、信号输入输出、控制算法、通讯接口全部集成
在一个芯片中，以实现片内逻辑控制、程序处理及调度管理、多种数据接口通信。使用芯片
的组态软件进行逻辑控制程序，将编写的程序下载到芯片的片内存储器中。根据用户的程
序，对输入的各种信号（包括从通信接口传入的信号）进行处理运算，并进行相应的信号输
出。逻辑控制主要包括对上层用户编写并经过编译的逻辑控制程序（如梯形图、IL、ST等）进
行执行处理。芯片集成了Flash、SRAM、通用定时器、PLL、实时钟，以及以太网MAC、UART、CAN、
SPI、I2C等多种通信接口。
本发明基于CMC芯片的电浮筒液位变送器可采用CMC540C128芯片。CMC芯片采集霍
尔信号，通过CMC计算出液面位置，输出4-20mA电流信号，可设置报警信息,可支持EPA通信
及MODBUS通信。