8 |3 K! Y/ z- w* l' @' F# ?
3 X, f6 A3 g. E: |

以简单的智能车为例，一般会存在两个控制器，一个是运行ROS的主控，另一个是运行电机控制和传感器信息采集的单片机比如STM32。

3 n! h0 y0 v. a

5 b* _: q# M# e/ I8 w) d( @# i

由于存在多个控制器，完成一个机器人的具体任务，那么这多个控制器间则需要建立通信，本篇博客主要讲解：

- |& K: ]7 f9 J5 z8 L8 i. m

• 如何实现ROS主控和STM32之间的通信
• ROS主控对STM32发送过来的数据做哪些处理
  
  * p, {: A( u% N$ D7 X

# n5 y( p# w- N8 P7 O- c( ?

以智能车的应用例程展开

2 q  r. P3 g) t

智能车控制器功能

在智能车里存在两个控制器：

• ROS主控
• STM32控制器
  
  

只要能将ROS跑起来就可以作为ROS主控，ROS主控可以是:

• jetson 系列，例如 nano、tx、nx
• 树莓派
• 工控机
  
  

/ i! c8 ]- @/ @; F' V! J/ t

在智能车里，ROS主控主要实现的功能有：

• 雷达信息采集
• 摄像头信息采集
• 路径规划
• 定位
  
  2 J! `8 y3 G5 K

8 c2 G+ v# l& H6 A

STM32 控制器主要实现的功能有：

• 里程计信息采集
• 陀螺仪信息采集
• 电机控制
  
  

通信内容

" ~+ c' v% `! q4 o: f3 n3 v

& l0 M1 @6 ?$ c- M

ROS主控负责接收stm32发送过来的传感器数据

4 _2 P- i+ D2 Y8 J$ i6 B

数据有里程计、imu、电池电压。其中里程计就是电机的转速，通过编码器采集到。

' e- e7 ?+ G: T( H. y

STM32负责接收ROS主控发送过来的运动底盘的目标速度，STM32再完成电机转速的控制，最终实现小车的移动任务

ROS主控与STM32之间需要做到一个双向的数据传输，这里就涉及到了两个控制器之间的通信问题，下面则介绍如何实现两者之间的通信

0 h3 L/ h/ B$ e3 B9 ^% I

% @( b6 \! H8 Q6 ~( B1 ^

硬件连接

& ^; W2 ~4 V0 q7 o

ROS主控通过usb线连接到一个TTL电平转换芯片，再由这个电平转换芯片连接STM32芯片

电平转换芯片可以通过PCB设计在STM32芯片的电路板上，也可以使用一个USB转TTL的模块。

; U$ X& x5 G2 e# s& [7 J

* D4 ^: \" V) c- [$ _1 X7 C1 k; e

$ ^: \1 P4 S' ^7 }, C5 I

为什么两个控制器之间需要电平转换芯片？

因为两个控制器之间通信层次逻辑是不同的，所有需要电平转换芯片。相当于两个主控是两种不同语言的人，电平转换芯片相当于一个翻译。

& x* k6 F+ X8 S: E2 ]

电平转换芯片可以是：

• cp2102
• ch340
• PL2303
• FT232RL
  
  . `" {# `# h, N2 y) L

, w1 ^  }8 [& P7 S. S. a, _/ _

软件设置

硬件连接上之后，需要一个软件设置

5 V3 p2 B4 ^  Y7 m: T

需要软件设置原因：

ROS主控可能接入多个USB设备，或者接入两个型号一样的电平转换芯片。

  y* v% ?* K$ [7 L+ Z; w$ }. C7 V不同USB设备占用的ROS主控的端口号在每次上电时可能会不一致，这样需要手动修改代码中的配置参数，比较麻烦，也无法做到自启动。

如果存在多个USB设备，但是每种USB设备的电平转换芯片不一样，那么我们可以根据芯片名称来知道端口 号，但是如果有两个芯片一样的电平转换芯片，则无法区分，这时候想做自启动那么必须要进行下面步骤的软件设置

软件设置分为两步：

• 第一步是更改电平转换芯片的serial，
• 第二步是创建设备别名
  
  & }/ |- J7 P4 o  a) N6 b$ v

9 z. R$ F1 H4 a8 t1 j* q/ m$ ^2 n

更新电平转换芯片的serial

9 F; \! m4 W$ b. [8 C6 @

首先在win环境下安装更改芯片serial的软件

. C* J; L6 @, N1 uCP21xx Customization Utility.exe

" Q, Q3 N' R5 u8 `- y( N

这个软件在网上下载就可以

打开这个软件，然后将芯片连接电脑的USB

/ m8 [/ y& C3 v& Q" c

5 `( i9 B. y- V; M

然后将圆圈位置改为0002

然后点击Program Device

点完之后要等下，在Status Logging窗口中出现下面信息，才说明修改好了

' v+ c* S" Q# x% v) ~& G! n, S  f

创建设备别名

需要创建设备别名原因:

. P  Z7 @1 i" J1 h在运行一个ros程序的时候需要提供一个端口名，这个端口名一般是ttyUSBx，设备每次插拔对应的这个端口名它都会不一样，需要创建一个设备别名，就是要将这个端口名来给它固定住。

3 v! {4 J3 [7 V

重新插拔 USB1端口的设备后，变为：

' d3 e# S" j# P7 _+ k) Q

1 w& W8 U) r4 M4 o

可以看到变成了/dev/ttyUSB2

- I: P- _2 N6 H/ ?( H端口号发生了变化

1 j3 P4 b; b& b# w/ [

创建设备别名需要写一个脚本文件，如下：

1. echo  'KERNEL=="ttyUSB*", ATTRS{idVendor}=="10c4", ATTRS{idProduct}=="ea60",ATTRS{serial}=="0002", MODE:="0777", GROUP:="dialout", SYMLINK+="stm32_controller"' >/etc/udev/rules.d/stm32_controller.rules
   2 J/ m9 ~* \) a( n; l4 n2 O
2. echo  'KERNEL=="ttyUSB*", ATTRS{idVendor}=="10c4", ATTRS{idProduct}=="ea60",ATTRS{serial}=="0001", MODE:="0777", GROUP:="dialout", SYMLINK+="2d_lidar"' >/etc/udev/rules.d/2d_lidar.rules
   $ W; U3 M* I) Y7 w- B
3. 
   2 M4 t' V* m6 r( }2 m" E
4. service udev reload
   5 S; n4 G, ^: g- C% Y
5. sleep 2
   4 m% J& N' C5 g# y' l8 `( n2 Z
6. service udev restart

复制代码

解释下上面的代码

$ O/ V! A5 n3 }7 S0 D/ yKERNEL==”ttyUSB* 不管是USB几的设备都进行判断

8 B, g1 o* Y3 }' d1 b6 [0 c7 x3 }6 nATTRS{idVendor}==”10c4” 这里的idVendor ，在前面win上修改 serial的时候出现过，就是10c4

- R% o4 N; ~# o; K8 ^& R5 u$ S& f

, M7 c0 \4 V% w- K# Z0 c

ATTRS{idProduct}==”ea60” 这里的idProduct，在前面win上修改 serial的时候出现过，就是ea60

& L% L' X) T" q; F" y

. \/ a! Z- a: p8 z

ATTRS{serial}==”0002” 这里的serial，就是前面我们改过的，这里就根据这个值的不同，定义不同的设备别名

- M' s& d* q$ WMODE:=”0777” 就是端口的权限

# U7 L0 r9 q8 e% @9 V: l& ASYMLINK+=”stm32_controller” 这里的stm32_controller，就是取的设备别名。

, C" j, q+ j/ j" |' |4 F3 }

所有上面第一行代码的功能就是，将满足这些条件的端口的设备名称改为定义的设备别名。

脚本的文件名称，取名为change_udev.sh。在执行前需要给这个脚本文件赋予权限。

1. sudo chmod 777 change_udev.sh

复制代码

) G/ J; J/ V! ?" o; G$ D$ q

赋予权限后，再运行这个脚本

1. sudo ./change_udev.sh

复制代码

! J+ Y% T. C7 S; Q+ n) F

这样就运行了设备别名的设置，之后不管怎么插拔这两个USB设备，系统都将会自动的将这两个设备去给它赋予设置的设备别名。

使用设备别名

在上面，设置了设备别名，下面来看如何使用我们的设备别名。

例如我们将雷达的USB的设备别名改为了2d_lidar

) T+ ]2 L" |4 {6 {& l

雷达的roslaunch启动文件则可以写成如下：

# v: D% t& N! ~4 t! Z! H1 k

1. <launch>
   
2.   <node name="rplidarNode"          pkg="rplidar_ros"  type="rplidarNode" output="screen">
   
3.     <param name="serial_port"         type="string" value="/dev/2d_lidar"/>
   
4.     <param name="serial_baudrate"     type="int"    value="115200"/><!--A1/A2 -->
   
5.     <!-- <param name="serial_baudrate"     type="int"    value="256000"/> --><!--A3 -->
   0 T6 z; v- |1 w/ ~* j. j5 ]
6.     <!-- <param name="serial_baudrate"     type="int"    value="1000000"/> --><!--S2 -->
   
7.     <param name="frame_id"            type="string" value="laser"/>
   
8.     <param name="inverted"            type="bool"   value="false"/>
   4 X' x, |% V5 _; ~  `9 s, w5 S
9.     <param name="angle_compensate"    type="bool"   value="true"/>   
   7 u/ U3 l2 ~& `: g3 J! W7 ~; I0 L# Z
10.   </node>
    
11. </launch>

复制代码

上面的代码中，

1. < param name=”serial_port” type=”string” value=”/dev/2d_lidar”/ >

复制代码

' E, a2 j4 L3 f+ l+ w( M

这里，我们就将系统的设备别名/dev/2d_lidar，设置到了参数serial_port中

# j; D. X  L* W, v% B

ROS与STM32串口通信代码

6 U3 t' S  K4 V- w

这里以一个智能车代码工程为例，抽取串口通信部分代码

- Z+ C7 t9 i, C, w

在头文件中，进行串口头文件的包含

1. #include <serial/serial.h>

复制代码

- F3 e6 A, u0 g2 c0 H

在类的定义中，什么一个 serial 类的实例

1. serial::Serial Stm32_Serial;  //声明串口对象

复制代码

% W0 k0 K8 I& o2 X! b* p( h

并且在类的定义中，声明两个结构体，用来存储接收和要发送的数据

1. RECEIVE_DATA Receive_Data; //The serial port receives the data structure //串口接收数据结构体
   * Z) ]" j$ ]& x( j$ n
2. SEND_DATA Send_Data;       //The serial port sends the data structure //串口发送数据结构体

复制代码

在类的构造函数中，配置这个串口对象的参数

1. private_nh.param<std::string>("usart_port_name",  usart_port_name,  "/dev/stm32_controller"); //Fixed serial port number //固定串口号
   
2.   private_nh.param<int>        ("serial_baud_rate", serial_baud_rate, 115200); //Communicate baud rate 115200 to the lower machine //和下位机通信波特率115200

复制代码

( S+ A0 d4 ~8 E. s  u" [

这两个参数是在launch文件中设置的，代码里进行参数的读取。

4 C' X/ n, D/ [: uusart_port_name 设置的USB设备别名

$ E4 B% c$ y; F' L+ _serial_baud_rate 串口通信的波特率要和stm32设置的一致

1. try
   
2.   {
   
3.     //Attempts to initialize and open the serial port //尝试初始化与开启串口
   
4.     Stm32_Serial.setPort(usart_port_name); //Select the serial port number to enable //选择要开启的串口号
   3 M8 Z4 N4 Q" z: E
5.     Stm32_Serial.setBaudrate(serial_baud_rate); //Set the baud rate //设置波特率
   
6.     serial::Timeout _time = serial::Timeout::simpleTimeout(2000); //Timeout //超时等待
   
7.     Stm32_Serial.setTimeout(_time);
   
8.     Stm32_Serial.open(); //Open the serial port //开启串口
   + R( C* ]5 h/ }' ~/ _, v6 }
9.   }
   2 o$ D( A2 I: e4 {
10.   catch (serial::IOException& e)
    
11.   {
    ; Q; }6 M' \" B- c: {" |
12.     ROS_ERROR_STREAM("car_robot can not open serial port,Please check the serial port cable! "); //If opening the serial port fails, an error message is printed //如果开启串口失败，打印错误信息
    
13. 
    ' Z8 s# y, Q$ O7 }. g

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4 q' A, G$ g1 m* h. g

初始化串口配置，并开启串口

& q* M7 U1 h4 n, o1 `- H( n设置的参数包括：

• 要开启的串口号
• 设置波特率
• 超时等待
  
  

* V) M5 y) l7 c* G& X$ Y

判断串口是否被打开，打开输出终端打印信息

1. if(Stm32_Serial.isOpen())
   
2.   {
   
3.     ROS_INFO_STREAM("car_robot serial port opened"); //Serial port opened successfully //串口开启成功提示
   , f% L: D) W, o  T5 v
4.   }

复制代码

ROS主控读取stm32发送的数据

之后便可以通过

1. Stm32_Serial.read(Receive_Data_Pr,sizeof(Receive_Data_Pr));

复制代码

- b% f0 D! n; _6 ]$ t

read函数读取串口接收到的字节，之后通过定义的通信协议再进行和校验与数据解析即可stm32向ROS主控发送数据。

( I5 \' ?) ?+ \8 h

ROS主控向stm32发送数据

ROS主控向stm32发送数据的代码如下：

将之前定义的发送数据的结构体 Send_Data的tx 中填入要发送的字节

1. Send_Data.tx[0]=FRAME_HEADER; //frame head 0x7B //帧头0X7B
   
2. Send_Data.tx[1] = 0; //set aside //预留位
   : S! p: W$ c' E$ r' d& y
3. Send_Data.tx[2] = 0; //set aside //预留位

复制代码

, n  K* A/ U& T! w

填好字节后，直接通过下面代码发送即可

9 Q- o( f: s" s8 L( ~& v

1. try
   2 H/ C7 w9 a+ G  A$ y
2.   {
   . M& e. }% ^% V) X& W
3.     Stm32_Serial.write(Send_Data.tx,sizeof (Send_Data.tx)); //Sends data to the downloader via serial port //通过串口向下位机发送数据
   
4.   }
   ; D2 C. N  u" o; T
5.   catch (serial::IOException& e)   
   5 ^' K. L. ~2 y( z9 H& W2 u3 d% @: d
6.   {
   
7.     ROS_ERROR_STREAM("Unable to send data through serial port"); //If sending data fails, an error message is printed //如果发送数据失败，打印错误信息
   
8.   }

复制代码