Управление до 65 280 реле с Arduino: расширители IO и реле

Компоненты и материалы

• Arduino Nano R3 — 1 шт. (главный контроллер)
• IO Expander — 1 шт. (базовый модуль расширения)
• Relay Expander — 1 шт. (модуль реле для каскадирования)
• IO Extender — 1 шт. (для увеличения дальности связи)
• Arduino 16 Relay Board — 1 шт. (стандартная плата с 16 реле)

Программное обеспечение

• Arduino IDE

О проекте

Система IO Expander позволяет управлять до 65 280 реле от одного Arduino.

• Один IO Expander управляет до 16 каскадно подключенных Relay Expander'ов = 256 реле.
• Максимум 255 IO Expander'ов на одной шине = 255 × 256 = 65 280 реле.

Управление реле через один IO Expander

Ключевые особенности

• Используются дешевые платы реле (< $15 за 16 реле).
• Простые команды управления отдельным реле или банком.
• Драйверы не требуются — экономия памяти кода и данных.
• Дополнительное питание не нужно (питаются от плат реле).

Необходимые детали для сборки банка реле

• IO Expander
• IO Extender
• Relay Expander
• Arduino 16 Relay Board

Схема подключения (один IO Expander)

Пример кода (один IO Expander, 64 реле)

/* IO Expander - Control 64 Relays */
#include <SoftwareSerial.h>
#include "IOExpander.h"
#include <avr/wdt.h>
//#define SERIAL_DEBUG
#define MAX_RELAYS 64
#ifdef SERIAL_DEBUG
SoftwareSerial swSerial(8,7);
#endif
char cmd[10];

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  #ifdef SERIAL_DEBUG
  swSerial.begin(115200);
  swSerialEcho = &swSerial;
  #endif
  wdt_enable(WDTO_8S);
  sprintf(cmd, "eb%d", MAX_RELAYS / 16); // Инициализация 4 банков (64/16)
  SerialCmdDone(cmd);
}

void loop() {
  static int i = 1;
  sprintf(cmd, "e%df", i); // Включить реле i
  SerialCmdDone(cmd);
  if (i++ >= MAX_RELAYS) i = 1;
  sprintf(cmd, "e%do", i); // Выключить реле i
  SerialCmdDone(cmd);
  delay(100);
  wdt_reset();
}

Несколько IO Expander'ов (распределенная сеть)

Для распределения датчиков и реле по удаленным узлам (до 4000 футов) используются IO Extender'ы и витая пара Cat5.

Схема подключения (несколько IO Expander'ов)

Пример кода (4 IO Expander'а, 64 реле)

/* IO Expander - Relay Bonanza with IO 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); // Перевод IO Expander'ов в 9-битный режим
  wdt_enable(WDTO_8S);
  for (int board = 1; board <= 4; board++)
    SerialCmdDone(board, "eb1"); // Инициализация каждого на 1 банк (16 реле)
}

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

Зачем нужно столько реле? Пример: аквапоника/гидропоника

В аквапонике/гидропонике множество датчиков и исполнительных механизмов (насоса, клапаны, освещение) на каждую грядку или даже растение. IO Expander решает проблему нехватки пинов и расстояния.