Arduino 控制 65,280 路继电器：可扩展 IO 与继电器扩展方案

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项目简介

使用 IO 扩展板与继电器扩展板，可控制高达 65,280 路继电器。单个 IO 扩展板可串联 16 块继电器扩展板 (共 256 路)，再将 255 个 IO 扩展板组网，即可实现 65,280 路选择性控制。

单个 IO 扩展板控制继电器

核心特性

• 兼容廉价 <$15 的 Arduino 16 路继电器板
• 简单的串口指令控制单个继电器或整组
• 无需驱动库，节省代码空间
• 无需额外内存维护继电器状态
• 无需额外电源，从继电器板取电

搭建继电器组所需部件

• IO 扩展板
• IO 延长板
• 继电器扩展板
• Arduino 16 路继电器板

接线图

注意： 上图中 IO 扩展板与 Arduino Nano 由第一块继电器板供电。所有继电器扩展板由其连接的继电器板供电。

示例代码：控制 64 路继电器 (单扩展板)

/* IO Expander - Control 64 Relays */
#include <SoftwareSerial.h>
#include "IOExpander.h"
#include <avr/wdt.h>

#define MAX_RELAYS 64
char cmd[10];

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  wdt_enable(WDTO_8S);
  sprintf(cmd, "eb%d", MAX_RELAYS / 16); // 配置 4 块继电器板
  SerialCmdDone(cmd);
}

void loop() {
  static int i = 1;
  sprintf(cmd, "e%df", i); // 关闭第 i 路
  SerialCmdDone(cmd);
  if (i++ >= MAX_RELAYS) i = 1;
  sprintf(cmd, "e%do", i); // 打开第 i 路
  SerialCmdDone(cmd);
  delay(100);
  wdt_reset();
}

多 IO 扩展板协同控制 (星型/总线拓扑)

若需将 IO 扩展板分离至 4000 英尺 (约 1.2 km)，使用 IO 延长板 + 标准 Cat5 网线。

多扩展板接线图

注意： 所有 IO 扩展板与 Arduino Nano 通过串口总线由第一块继电器板供电。继电器扩展板各自由对应继电器板供电。

示例代码：4 块扩展板控制 64 路继电器

/* IO Expander - Relay Bonanza with Multiple Expanders */
#include <HardwareSerial9Bit.h>
#include "IOExpander9Bit.h"
#include <avr/wdt.h>

#define MAX_BOARDS 4
char cmd[10];

void setup() {
  Serial9Bit.begin(115200, SERIAL_9N1);
  Serial9Bit.write(0); // 设置 9-bit 模式
  wdt_enable(WDTO_8S);
  for (int board = 1; board <= 4; board++)
    SerialCmdDone(board, "eb1"); // 每板配置 1 个继电器扩展板
}

void loop() {
  static int board = 1, relay = 1;
  sprintf(cmd, "e%df", relay); // 关闭
  SerialCmdDone(board, cmd);
  if (++relay > 16) { relay = 1; if (++board > MAX_BOARDS) board = 1; }
  sprintf(cmd, "e%do", relay); // 打开
  SerialCmdDone(board, cmd);
  delay(100);
  wdt_reset();
}

为什么需要控制这么多继电器？

典型应用：水培/鱼菜共生系统。每个种植床甚至单株植物都需要独立的传感器与执行器自动化控制，极度依赖大规模 IO 扩展能力。

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代码

• Control 64 Relays with a Single Expander (见上文)
• Control 64 Relays with Multiple Expanders (见上文)

原理图