在工控领域，往往需要大量的输入信号和输出控制信号，以接收各种传感信号和产生输出控制动作。由于PLC的输出触点数量有限，或者因为更多输出触点的PLC价格昂贵，性价比并不高。为了解决这个矛盾，基于MODBUS协议的继电器IO扩展板就得到了巨大的应用，在降低成本的同时，也能大大简化布线。
但是很多工程师在使用继电器扩展板的时候，对于一些控制流程和细节并没有去过多的关注，一些生产厂家也并没有对其性能进行分析和详细说明，使用的时候就变得模模糊糊。
我们以一款常见的8输出继电器扩展板为例来详细测试和分析一下其通讯过程，同时给出优化建议和使用的注意事项。

如上图为一款比较常见的基于modbus协议的，采用RS485通讯的8输出继电器控制板。可以设置1-247的站地址，和4个不同的波特率(9600,19200,38400,115200),电源采用二级降压稳定，纹波非常低，工作稳定可靠。RS485端口采用3级防护（防雷，过压，防静电），在工业环境通讯稳如磐石。
话不多说，先上测试连接图：

为了测试整个通讯和响应的输出过程，我们连接了如下信号点：
1 . RS485输出端的TX，RX：观察modbus的协议输出
2. 芯片的控制信号输出：观察mcu的输出信号
3. 驱动器的输出：观察驱动延迟
4. 继电器输出：观察继电响应延迟
一条控制命令的发出到产生输出控制，要依次经过以上几个步骤，才能使负载接通。测试图中用红线标明了控制信号的流程。

我们以115200的波特率，用05命令（写单个线圈）为例，来看看整个过程和其消耗的具体时间：

我们用逻辑分析仪完整的抓取了整个通讯过程和时间参数，一个控制信号的完成经历了以下几个阶段：

1. master发出控制命令：一帧数据01 05 00 07 00 00 7C 0B，表示打开第8个输出线圈触点。波特率为115200,1个起始位，8个数据位，一个停止位，无奇偶检验。我们可以计算得出发送一帧命令的时间T=1/115200108 = 694us.
2. MCU接收完成，并解码后，输出控制信号：用时约2ms。
3. 经过驱动器，打开驱动开关，开始导通继电器线圈：用时约100ns。说明开关速度还是蛮快的。
4. 继电器开始吸合：耗时3.745ms。
5. 继电器吸合稳定：耗时约7580us

从命令开始发送到输出稳定，整个耗时约7ms。换句话说该继电器控制模组的最大响应评论约：142Hz。
对以上过程，我们逐一解析和提出优化的建议和方法：

1 . 串口通讯：由于协议的长度和数据是固定的，要降低这个数据的延迟时间，就要采用高的波特率。
2. mcu接收完成和解码：虽然现在2ms的速度也不低，但是有优化空间，一是提供MCU的运行速度，而是采用中断解码的方式，避免接收完成后的帧超时等待和数据转移的时间。有需要的客户可以和厂家联系定制。
3. 第三，四，五步骤，对于一个固定的继电器来说优化空间不大，只能选择更高速的继电器或者采用晶体管输出来达到这个目的。其原因如下:
我们可以看看该继电器控制板采用的继电器规格书：

继电器使用的是知名大厂欧姆龙的继电器，继电器规格书给出的吸合时间最大为10ms，我们实际测试的时间为3.7ms，已经是非常优秀的了。
由于继电器属于机械触点，所以在吸合过程中不可避免的会产生机械整栋，是输出过程出现一个开关的往复动作，经过一个时间后才会稳定下来（这个和机械按键的抖动类似）。这个时间极短（实测到约580us）我们在使用过程中如果对这个振动要求很高的话，要特别注意。

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