4 Z2 R" u$ F4 d* [! b- f
0 ~5 z" X, X. ]2 f/ V. |

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。

' I( m$ I8 J/ Y4 g0 o, X% u

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
  
  " Z0 M7 e# B9 u5 D7 k. n  z

以智能车的应用例程展开

0 S5 C" O! d& |( n  j. R# l

/ m" [: e& v8 l2 u! @

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
  
  

# a' L& g7 R- o$ k

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
  
  

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
  
  

$ Q( Y* ?, v( I2 x0 ]/ `; `

通信内容

" N. a  s0 O9 z$ D

ROS主控负责接收stm32发送过来的传感器数据

9 C3 G5 ~8 Y& n$ n

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

) c0 ]8 f& K8 b( q; i/ W$ N, u9 j8 E

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

/ J) }2 j0 V+ w2 M) b' d; h/ s

$ R. k; E' j2 q

硬件连接

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。

2 I  }7 D! c4 T# f+ m

# S1 }: t0 g1 O- J1 c

, M2 ?$ z# ?( L) B) l# J8 r

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。

电平转换芯片可以是：

• cp2102
• ch340
• PL2303
• FT232RL
  
  

软件设置

硬件连接上之后，需要一个软件设置

; L" X3 D( {" P/ ~% T8 v8 r( O

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。

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

$ E: |5 V' @- p1 U7 \0 ?  ~

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
  
  

- n5 P0 V! E* h0 Z5 T

更新电平转换芯片的serial

( m# ]) x* @& ^$ O. |2 B

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

打开这个软件，然后将芯片连接电脑的USB

$ g5 ^4 N; T: Z; C

) R6 [9 |8 |+ T& w$ I! c1 }

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

3 F3 G4 J: V5 \* \4 B( }

创建设备别名

需要创建设备别名原因:

- m, ?% e! o- [1 N0 \' ^$ {6 J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。

( f- N) P- e' M

重新插拔 USB1端口的设备后，变为：

4 p6 k/ X# D8 w& o6 }* F; m2 `0 m$ y

4 F- J: V8 Z* b( G) u/ g2 B1 L

可以看到变成了/dev/ttyUSB2

端口号发生了变化

' [8 `% b- Q  [5 N

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
   ; S% v# w7 a3 p% L- v0 x
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
   7 v  ~5 f; ^/ M1 Q4 I* y
3. 
   $ l1 B  o  I5 ^  ?7 Q% _- r
4. service udev reload
   $ j9 Y# n9 D) _0 `4 h: E( \5 @
5. sleep 2
   3 n7 r& u$ B. J% e
6. service udev restart

复制代码

解释下上面的代码

9 ?7 T7 m7 g' \( C) V2 SKERNEL==”ttyUSB* 不管是USB几的设备都进行判断

9 h2 a, B, _2 o; T. ~! G) M: k/ \ATTRS{idVendor}==”10c4” 这里的idVendor ，在前面win上修改 serial的时候出现过，就是10c4

2 |$ a: J# f, ~, O* w0 X

+ @! U+ R3 }( W- j

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

  p# ^4 C' f. ~: \+ fMODE:=”0777” 就是端口的权限

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。

- y4 s4 g4 {4 q. \

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

赋予权限后，再运行这个脚本

1. sudo ./change_udev.sh

复制代码

$ J/ K3 p$ L: C$ t* q. E

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

1 N; l4 \: k/ E) @8 I( E

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

( W  Y& Q% N6 [+ Z  V- d7 o

雷达的roslaunch启动文件则可以写成如下：

1. <launch>
   ) j" a/ h6 d% [/ q6 d6 z0 J0 ?
2.   <node name="rplidarNode"          pkg="rplidar_ros"  type="rplidarNode" output="screen">
   9 x1 }5 O1 U( j0 X9 C
3.     <param name="serial_port"         type="string" value="/dev/2d_lidar"/>
   
4.     <param name="serial_baudrate"     type="int"    value="115200"/><!--A1/A2 -->
   3 W2 ^9 p0 j; ^8 Q; ~
5.     <!-- <param name="serial_baudrate"     type="int"    value="256000"/> --><!--A3 -->
   
6.     <!-- <param name="serial_baudrate"     type="int"    value="1000000"/> --><!--S2 -->
   ; S0 {; L5 V, ]1 o8 x
7.     <param name="frame_id"            type="string" value="laser"/>
   
8.     <param name="inverted"            type="bool"   value="false"/>
   
9.     <param name="angle_compensate"    type="bool"   value="true"/>   
   
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

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

+ i$ {1 t, e) f& ~9 H2 F; v

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

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

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
   
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 \8 ^7 f( N1 k
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

这两个参数是在launch文件中设置的，代码里进行参数的读取。

usart_port_name 设置的USB设备别名

serial_baud_rate 串口通信的波特率要和stm32设置的一致

- p( n' a  `5 S! e2 R0 j4 S. j( F

1. try
   
2.   {
   
3.     //Attempts to initialize and open the serial port //尝试初始化与开启串口
   ; N5 K  W& W- j! m) b
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
   " i% R9 Q7 U6 [3 W% r: r
6.     serial::Timeout _time = serial::Timeout::simpleTimeout(2000); //Timeout //超时等待
   
7.     Stm32_Serial.setTimeout(_time);
   9 ]/ D) s) G6 d% s$ Y! T% G( D7 \
8.     Stm32_Serial.open(); //Open the serial port //开启串口
   
9.   }
   
10.   catch (serial::IOException& e)
    
11.   {
    6 V) K$ I/ s) ]
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
    ' m3 Z" V0 f* d& [% {  S5 V
13. 
    

复制代码

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
  
  

6 r, E" m4 F4 L! n! O* Z( t& \# ?& n- j

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
   
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

( d* ]1 ]+ W" x9 k

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。

ROS主控向stm32发送数据

" \3 J% u0 _3 U

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
   5 h$ }7 g) H2 R- O1 W$ b
2. Send_Data.tx[1] = 0; //set aside //预留位
   
3. Send_Data.tx[2] = 0; //set aside //预留位

复制代码

& c& S3 T; `2 l8 ?, @( N* h

填好字节后，直接通过下面代码发送即可

# f) b6 D. \9 n4 u

1. try
   * x, N' o. \# m4 E" z6 C: f+ B
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
   7 o& _, ^/ T6 b! P1 r) ?  \. F
4.   }
   
5.   catch (serial::IOException& e)   
   
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
   ! O! M/ |0 o& l) J# ]6 c/ C
8.   }

复制代码