* L1 m1 Y  ~, k* ~  Z
; W' H3 b" e% h( O5 k6 R; I

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。

( a5 g! n- G3 ~( G. R

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
  
  

以智能车的应用例程展开

, v" ^4 u# {. h, z

! A/ d/ m, `; o* b

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
  
  

, }+ I- l3 M2 X- t) t5 [" s# p

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
  
  

% k! z% L3 E' j' }1 @2 y6 J

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
  
    B9 t0 S3 f" o5 |5 M

通信内容

4 o! x( @+ S- A9 H8 Y' u

0 E' j2 z  Z: b* }5 Z# p2 g

ROS主控负责接收stm32发送过来的传感器数据

; T+ ~1 s4 D0 r

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。

! z3 R6 [+ [$ P9 h) k2 Q

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

7 m$ _" p8 t: n) m. ?/ A

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

+ m( a/ K  l" {2 v/ A

硬件连接

. l$ D& N2 J/ }; W% k5 e4 q

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

- X6 c& `, o6 M/ O1 i# R5 u

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。

' y' M3 @, Y8 H( J, h

为什么两个控制器之间需要电平转换芯片？

$ T+ d0 ~, O8 j9 G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。

8 q( C+ T  K% @3 u+ ?, h! Q! ]( }

电平转换芯片可以是：

• cp2102
• ch340
• PL2303
• FT232RL
  
  

( K& Q& l  W& g+ X7 F4 g3 V* T; t

软件设置

硬件连接上之后，需要一个软件设置

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。

- h* |1 v7 S* |( {$ m+ P+ Y) [& [1 v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

- l4 \$ e* @" [# t

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
  
  0 J% `9 a6 ?1 m8 Q1 H

更新电平转换芯片的serial

: X! c5 X1 e. ?7 ]; p, ?  P

首先在win环境下安装更改芯片serial的软件

! L& }3 u1 Z# q. x$ v/ W) SCP21xx Customization Utility.exe

3 }6 y+ U5 H0 ]9 n. L

这个软件在网上下载就可以

  r) S) x/ A* a* q

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

然后点击Program Device

: E5 W  {0 T8 `/ |7 H, X* {5 n  S

9 R7 b& n9 k1 F6 Y( h; @

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

; d1 ]8 h' Q& L5 i/ L

创建设备别名

需要创建设备别名原因:

# E& w4 O- V; y- \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。

重新插拔 USB1端口的设备后，变为：

5 Q* G+ ^' Z+ @

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
   # ^' o6 n+ v4 J; u" I4 q
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
     U7 ]7 t0 R) v. _# p
3. 
   
4. service udev reload
   
5. sleep 2
   
6. service udev restart

复制代码

解释下上面的代码

KERNEL==”ttyUSB* 不管是USB几的设备都进行判断

ATTRS{idVendor}==”10c4” 这里的idVendor ，在前面win上修改 serial的时候出现过，就是10c4

& Q4 C( k0 O- _2 v/ r) {. K

' ^: W( @/ K* x

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

7 |1 _3 j  b" s$ C

6 s) u" l2 z  q6 h! v/ D" y

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

$ F  g' Q" Z$ U9 r4 P+ N. s) _MODE:=”0777” 就是端口的权限

SYMLINK+=”stm32_controller” 这里的stm32_controller，就是取的设备别名。

) y7 h3 C; ?3 A# @" b2 P2 u

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

赋予权限后，再运行这个脚本

1. sudo ./change_udev.sh

复制代码

7 O' g1 Z' D0 S  b2 A

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。

! y' O# h% A8 t0 P9 \5 M9 s4 f( O

例如我们将雷达的USB的设备别名改为了2d_lidar

' o" z/ |9 X9 y5 t0 s# b

雷达的roslaunch启动文件则可以写成如下：

1. <launch>
   ' l  f  x  I, t4 J6 ^! W
2.   <node name="rplidarNode"          pkg="rplidar_ros"  type="rplidarNode" output="screen">
   
3.     <param name="serial_port"         type="string" value="/dev/2d_lidar"/>
   . Z* j% h6 T; T% q; i5 Q' p
4.     <param name="serial_baudrate"     type="int"    value="115200"/><!--A1/A2 -->
   
5.     <!-- <param name="serial_baudrate"     type="int"    value="256000"/> --><!--A3 -->
     S4 ?4 `# n( S. M
6.     <!-- <param name="serial_baudrate"     type="int"    value="1000000"/> --><!--S2 -->
   # t8 A+ B! M% M2 Z
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"/>   
   9 X9 u8 ]. x0 v+ O) E- z+ h
10.   </node>
    ; ^" y- x- ~" E2 @: ?- @
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

6 Z* `' s0 r( _

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

& w/ R: x6 v" ~1 z5 Z$ ^

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

1 y% D, h2 S  M, t

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
   ' g& m) M" f5 L  t3 z
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

+ I7 {* U( f. Z; x' h

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

1 G  K3 K# r; P5 S+ g/ D2 b

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
   
5.     Stm32_Serial.setBaudrate(serial_baud_rate); //Set the baud rate //设置波特率
   : s, i0 [. ^+ I: |
6.     serial::Timeout _time = serial::Timeout::simpleTimeout(2000); //Timeout //超时等待
   - r+ O) o* Q0 k8 ?
7.     Stm32_Serial.setTimeout(_time);
   
8.     Stm32_Serial.open(); //Open the serial port //开启串口
   # ]. A( m0 `# ]  r# r
9.   }
   
10.   catch (serial::IOException& e)
    2 R/ C. n' u9 ^. P- E8 x
11.   {
    7 Y- o% O2 `: Y: P' b0 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
    6 O# h2 m; S4 _3 j7 X( M
13. 
    

复制代码

初始化串口配置，并开启串口

* |, w4 ]  J, ?6 x6 v设置的参数包括：

• 要开启的串口号
• 设置波特率
• 超时等待
  
  

/ [8 b' l/ }8 E4 D

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.   {
   1 L/ [9 X( N9 P( V6 K
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

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。

' s4 c' K  k6 z) N

ROS主控向stm32发送数据

4 h* }' U- w# ~% 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
   
3. Send_Data.tx[2] = 0; //set aside //预留位

复制代码

* E+ ~5 I7 x3 O% g

填好字节后，直接通过下面代码发送即可

1. try
   # ]4 T' o8 s: o
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
   
4.   }
   
5.   catch (serial::IOException& e)   
   9 q7 U0 K; u3 M$ c  R$ Y; b
6.   {
     e+ V  N$ u  l3 s5 _" I
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