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。

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：

• 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
  
  

0 h9 X* W' w. v$ f4 Y) m( G( J

以智能车的应用例程展开

. B+ e: D" R* X" S

( e% h$ |8 Z3 i& a. J* N: z

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
  
  7 _1 h" Y3 Z/ F% C: u, m1 v( \" B

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
  
  

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
  
  : h& M6 m( y" ?) e* i

4 Q0 ]  U- s- y! Q

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
  
  " u7 G, B" U" G. E& ^

通信内容

3 i, S4 q& m- e, t

9 q& w# }  k+ i+ Z

ROS主控负责接收stm32发送过来的传感器数据

: L7 r$ k; q& C: [1 _

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。

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

/ c( ]/ i6 |- ~# H

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

硬件连接

% ~# b3 u" |& Q: h

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

; J3 u% P: u! p: f

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。

; N) p1 H" T% R" ]

. X2 F0 F9 ^  q

" c: g" E# U1 M; _6 {3 i! `

为什么两个控制器之间需要电平转换芯片？

- r' o- r3 q: X! i- B! |& U0 f8 r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。

电平转换芯片可以是：

• cp2102
• ch340
• PL2303
• FT232RL
  
  

. N! j, X6 _* t# H/ ?) G4 |

软件设置

硬件连接上之后，需要一个软件设置

$ g" K1 Y: \: F& }2 y( K

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。

$ Y2 C) l: U5 r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。

  m! y  }2 `+ C6 @; @$ u/ D+ g2 P3 i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

  w/ O0 @) f) d  i4 f6 G

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
  
  2 B2 J! Y1 w' b" r( f3 A- T' T) n

更新电平转换芯片的serial

首先在win环境下安装更改芯片serial的软件

CP21xx Customization Utility.exe

这个软件在网上下载就可以

' Z" U- }1 l9 R: X( Z, E$ ?7 L

打开这个软件，然后将芯片连接电脑的USB

然后将圆圈位置改为0002

  N+ f) f5 X7 k

然后点击Program Device

; J8 V" T: R! n9 ?/ x

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

1 K0 `" P; h9 f& H7 E2 {

创建设备别名

需要创建设备别名原因:

& k9 H( |' y6 ?4 z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。

5 v% {" b; s8 y

- `1 l7 S" H9 y6 E

重新插拔 USB1端口的设备后，变为：

$ ?& L8 ]3 b# p+ r5 [4 @8 Y3 D

$ D( d7 r) f6 T( l' M: ]

可以看到变成了/dev/ttyUSB2

端口号发生了变化

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. 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
   
3. 
   0 s9 X1 J' j- o1 y: n1 ^+ M
4. service udev reload
   4 Y' h# a3 a% t$ z) M
5. sleep 2
   
6. service udev restart

复制代码

1 G% D3 L2 S! y: M% O

解释下上面的代码

KERNEL==”ttyUSB* 不管是USB几的设备都进行判断

0 ~' y% w- s/ V1 f6 k5 v5 {7 fATTRS{idVendor}==”10c4” 这里的idVendor ，在前面win上修改 serial的时候出现过，就是10c4

2 @; L' v6 [5 i0 }4 i6 I

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

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

MODE:=”0777” 就是端口的权限

/ M. S" Y/ P, C) h2 ]SYMLINK+=”stm32_controller” 这里的stm32_controller，就是取的设备别名。

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。

& J3 }; M1 F3 |! d0 M

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

: E) G. j  J. x; J" D, ?

赋予权限后，再运行这个脚本

1. sudo ./change_udev.sh

复制代码

/ H, a) a' T1 W( t  l

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

. H+ i! k0 y0 l5 i" W( _: t$ s0 |

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

雷达的roslaunch启动文件则可以写成如下：

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 -->
   * e+ k& `# A2 e3 O
5.     <!-- <param name="serial_baudrate"     type="int"    value="256000"/> --><!--A3 -->
   4 z( Y/ h, J- X# j) n
6.     <!-- <param name="serial_baudrate"     type="int"    value="1000000"/> --><!--S2 -->
   ' T7 _8 w$ _9 v2 d9 i
7.     <param name="frame_id"            type="string" value="laser"/>
   
8.     <param name="inverted"            type="bool"   value="false"/>
   % A  x2 S# S# t$ d' O
9.     <param name="angle_compensate"    type="bool"   value="true"/>   
   
10.   </node>
    
11. </launch>

复制代码

2 U' s) Y# f. n  k" l: _& y+ z1 S

上面的代码中，

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

复制代码

6 S% z( d8 {& y- B+ _; c! i

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

" l% c% k. z/ L( ^6 |& I

ROS与STM32串口通信代码

这里以一个智能车代码工程为例，抽取串口通信部分代码

0 R2 d6 U2 s- u

在头文件中，进行串口头文件的包含

1. #include <serial/serial.h>

复制代码

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

6 J; J. q6 ?# y  ]' p4 n

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
   - c8 n( ]7 V/ J* [3 e' P
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
   / H) S4 v1 v. I
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

+ v% R/ ]+ l+ v' K, ^

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 I0 j/ |% {/ w& X/ Dusart_port_name 设置的USB设备别名

% O: g5 ~0 x/ \0 S' R# Qserial_baud_rate 串口通信的波特率要和stm32设置的一致

& c4 @  r1 Q  G

1. try
   7 q; h5 x6 f8 n: n8 z2 i
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
   
5.     Stm32_Serial.setBaudrate(serial_baud_rate); //Set the baud rate //设置波特率
   $ l) {% O' e! i5 ~
6.     serial::Timeout _time = serial::Timeout::simpleTimeout(2000); //Timeout //超时等待
   
7.     Stm32_Serial.setTimeout(_time);
   " ]/ |) r6 S1 z
8.     Stm32_Serial.open(); //Open the serial port //开启串口
   
9.   }
   
10.   catch (serial::IOException& e)
    
11.   {
    
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. 
    

复制代码

( \) v+ C9 k3 Z

初始化串口配置，并开启串口

设置的参数包括：

• 要开启的串口号
• 设置波特率
• 超时等待
  
  

判断串口是否被打开，打开输出终端打印信息

1. if(Stm32_Serial.isOpen())
   ! o, Q2 O8 A# c; `2 {. W. `4 n0 [* Q
2.   {
   7 V" D: H- Y1 t1 t, x7 W' t9 v7 Q7 I- }
3.     ROS_INFO_STREAM("car_robot serial port opened"); //Serial port opened successfully //串口开启成功提示
   5 b8 p' U2 v# ?: G- B
4.   }

复制代码

2 g8 z0 j! {' y, \+ _6 {( E. c& n

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

# \) U" \/ I9 {- |

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。

$ p* d8 L1 l( A

ROS主控向stm32发送数据

# J0 w. O: T0 H

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
   ; I' E/ V* f% ?' y' w) |- w
3. Send_Data.tx[2] = 0; //set aside //预留位

复制代码

& W: j+ `: m( U9 @5 p, c/ h

填好字节后，直接通过下面代码发送即可

* R1 x% j7 u* i% S! O

1. try
   / g1 u) M% L# n1 a3 h- T
2.   {
   
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
   # u- L5 S3 ~1 a
4.   }
   
5.   catch (serial::IOException& e)   
   + ~- c* \5 S9 R/ l7 Y( b" H
6.   {
   + _- Y" [& m" T  E# {$ p1 L
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