IO エキスパンダーで数百個のリレーを簡単制御・同期制御

必要な部品と材料

プロジェクト概要

Arduino、ESP8266、Raspberry Pi、PC/Mac などから 数百個のリレーを同時に制御・同期 するには、IO エキスパンダーにリレー エキスパンダーを接続し、新機能「外部ラッチ（External Latching）」を使用します。

この機能により、新しいリレー設定を極めてコンパクトなビット形式で送信し、ラッチ準備完了状態にできます。その後、MCU または IO エキスパンダーの出力から単一の GPIO ラインを操作するだけで、すべてのラッチデータを同時に出力 できます。最大 65,280 個のリレー制御が可能です（関連プロジェクト参照）。

IO エキスパンダー外部ラッチの設定例

シンプルなコマンド構造で、16 チャンネルリレーボードを外部ラッチで制御する設定手順：

1. GPIO ピン 4 を出力・High（1）に設定
2. GPIO ピン 10 で立ち下がりエッジ検出を有効化
3. リレー エキスパンダーの外部ラッチをピン 10 で有効化

>g4o1;g10n;el10
ok
ok
10
>

これでリレーの ON/OFF/SET コマンドを送信後、GPIO ピン 4 を 1ms だけ Low（0）にして High に戻すことで、全リレーが同時にラッチされます：

>e1o;e10o;e16o
ok
ok
ok
>g4o0,1
ok
>

拡張構成：2 枚の IO エキスパンダー、2 枚のリレー エキスパンダー、2 枚の 16ch リレーボード

2 枚の IO エキスパンダーを 9-bit マルチドロッププロトコルで接続（最大 255 枚まで拡張可能）。Arduino Nano で制御します。

外部ラッチ接続図

IO エキスパンダーの GPIO4 をラッチトリガーとして、2 枚のリレー エキスパンダーのラッチ入力へ共通接続。GPIO10 は立ち下がりエッジ検出用。

Arduino コード

/* IO Expander - Relay Expander External Latching */
#include 
#include "IOExpander9Bit.h"
#include 

#define MAX_BOARDS 2

void setup() {
  Serial9Bit.begin(115200, SERIAL_9N1);
  Serial9Bit.write(0); // 9-bit モード設定
  wdt_enable(WDTO_8S);

  for (uint8_t board = 1; board <= MAX_BOARDS; board++)
    SerialCmdDone(board, "eb1"); // リレーエキスパンダー有効化

  SerialCmdDone(1, "g4o1;g10n;el10"); // ボード1: GPIO4出力High、GPIO10立ち下がり検出、外部ラッチ有効
  SerialCmdDone(2, "g10n;el10");      // ボード2: GPIO10立ち下がり検出、外部ラッチ有効
}

void loop() {
  static uint16_t i = 0;
  uint8_t r[2];

  // ボード1へパターン送信
  r[0] = ~(uint8_t)(i >> 8);
  r[1] = ~(uint8_t)i++;
  SerialWriteRelayExpander(1, r, 2);
  delay(50);

  // ボード2へ反転パターン送信
  r[0] = ~r[0];
  r[1] = ~r[1];
  SerialWriteRelayExpander(2, r, 2);
  delay(50);

  // 外部ラッチ実行（GPIO4を1ms Lowパルス）
  SerialCmdDone(1, "g4o0,1");

  wdt_reset();
}

動作デモ

動画（RelayExpanderLatching.mp4）を参照。2 枚の 16ch リレーボードが完全に同期して切り替わる様子を確認できます。

回路図

IO エキスパンダー ×2、リレー エキスパンダー ×2、16ch リレーボード ×2、Arduino Nano の接続図。9-bit シリアルバスでデイジーチェーン接続。