利用ros实现单片机通讯（转载）

我觉得如果使用这个人的micro_ros通信协议，就不用再去Ubuntu或者Windows上面自己写驱动程序了，

利用micro_ros实现esp32与ros2的通讯

Tianci

​

天津大学 工学博士

参考：https://github.com/micro-ROS/micro_ros_arduino

https://blog.csdn.net/ZhangRelay/article/details/101394537

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• micro_ros可以理解为一个运行在嵌入式平台的轻量级ros，其好处是建立了一套上位机平台(主要运行ubuntu+ros)与下位机平台(MCU)的通讯机制，包括串口、UDP、wifi等，省去了我们编写通讯协议的烦恼。
• 这套通讯机制最大的好处是可以将下位机平台(MCU)当作ros中的一个Node，实现topic的发布、订阅，以及service、action等等。可以说是无缝兼容ros。
• 个人粗浅的理解，ros最大的方便就是提供了一个基于Node的分布式通讯机制。

本文所用安装环境：

• 上位机：旭日x3派 (ros2 foxy+ubuntu 20.04)
• 下位机：M5stack Atom Lite（esp32 core）

0. micro_ros与micro_ros_arduino的安装

参考我之前写的一篇记录micro_ros配置记录 - 知乎

特别注意：

• 2GB内存的旭日x3派开启swap，否则micro_ros_agent的build过程容易内存不足；
• 网络环境务必能够通畅无阻的访问github，否则大概率失败！

1. 下位机配置

1.1 arduino支持包安装

我这里使用的下位机是M5stack Atom Lite，其核心是esp32，但我用arduino框架进行开发。

理论上，所有支持arduino开发的嵌入式平台应该都可以。

注意：务必安装自己嵌入式平台对应的arduino支持包。

正确安装M5stack支持包后，在开发板管理中应该出现M5 stack相关的信息。

image-20220716210240849

1.2 下位机代码

#include <micro_ros_arduino.h>
 
#include <stdio.h>
#include <rcl/rcl.h>
#include <rcl/error_handling.h>
#include <rclc/rclc.h>
#include <rclc/executor.h>
 
#include <geometry_msgs/msg/twist.h>  //changed!
 
rcl_publisher_t publisher;
geometry_msgs__msg__Twist msg; //changed!-->modify msg type <twist__struct.h>
rclc_executor_t executor;
rclc_support_t support;
rcl_allocator_t allocator;
rcl_node_t node;
rcl_timer_t timer;
 
#define LED_PIN 27 //changed!-->Modify M5 stack Atom Lite LED pin
 
#define RCCHECK(fn) { rcl_ret_t temp_rc = fn; if((temp_rc != RCL_RET_OK)){error_loop();}}
#define RCSOFTCHECK(fn) { rcl_ret_t temp_rc = fn; if((temp_rc != RCL_RET_OK)){}}
 
void error_loop(){
  while(1){
    digitalWrite(LED_PIN, !digitalRead(LED_PIN));
    delay(100);
  }
}
 
void timer_callback(rcl_timer_t * timer, int64_t last_call_time)
{  
  RCLC_UNUSED(last_call_time);
  if (timer != NULL) {
    RCSOFTCHECK(rcl_publish(&publisher, &msg, NULL));
 
    static int cnt = 0;
    msg.linear.x = 0.2;                            //const linear.x
    msg.angular.z = 1.0 - 0.001*cnt;               //variable angular.z
    cnt++;
  }
}
 
void setup() {
  set_microros_transports();
 
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
  digitalWrite(LED_PIN, HIGH);  
 
  delay(2000);
 
  allocator = rcl_get_default_allocator();
 
  //create init_options
  RCCHECK(rclc_support_init(&support, 0, NULL, &allocator));
 
  // create node
  RCCHECK(rclc_node_init_default(&node, "micro_ros_arduino_node", "", &support));
 
  // create publisher
  RCCHECK(rclc_publisher_init_default(
    &publisher,
    &node,
    ROSIDL_GET_MSG_TYPE_SUPPORT(geometry_msgs, msg, Twist),
    "turtle1/cmd_vel"));  //changed!-->modify topic name
 
  // create timer,
  const unsigned int timer_timeout = 1000;
  RCCHECK(rclc_timer_init_default(
    &timer,
    &support,
    RCL_MS_TO_NS(timer_timeout),
    timer_callback));
 
  // create executor
  RCCHECK(rclc_executor_init(&executor, &support.context, 1, &allocator));
  RCCHECK(rclc_executor_add_timer(&executor, &timer));
 
  // changed!-->msg initialization
  msg.linear.x=0;
  msg.linear.y=0;
  msg.linear.z=0;
  msg.angular.x=0;
  msg.angular.y=0;
  msg.angular.z=0;
}
 
void loop() {
  delay(100);
  RCSOFTCHECK(rclc_executor_spin_some(&executor, RCL_MS_TO_NS(100)));
}

1.3 代码解析

• 代码基于micro_ros_arduino的示例代码micro-ros_publisher，对其进行简单修改。
• ros2中turtle接收的msg类型为twist，所以首先添加twist头文件，并定义msg类型为twist

 #include <geometry_msgs/msg/twist.h>  //changed!    
 geometry_msgs__msg__Twist msg; //changed!-->modify msg type <twist__struct.h>

• 将msg中的变量初始化为0

// changed!-->msg initialization     
 msg.linear.x=0;     
 msg.linear.y=0;      
 msg.linear.z=0;      
 msg.angular.x=0;     
 msg.angular.y=0;     
 msg.angular.z=0;

• 修改发布的topic的名字，修改为turtle1/cmd_vel。
• 这一topic name要与ros2中turtlesim接收的topic name一致

// create publisher      RCCHECK(rclc_publisher_init_default(        &publisher,        &node,        ROSIDL_GET_MSG_TYPE_SUPPORT(geometry_msgs, msg, Twist),        "turtle1/cmd_vel"));  //changed!-->modify topic name

• 在定时器回调函数中对线速度和角速度进行处理
• 线速度恒定，角速度变化

void timer_callback(rcl_timer_t * timer, int64_t last_call_time)   
 {   
     RCLC_UNUSED(last_call_time);     
 if (timer != NULL)      
 {       
 RCSOFTCHECK(rcl_publish(&publisher, &msg, NULL));    
    static int cnt = 0;    
    msg.linear.x = 0.2;               //const linear.x   
    msg.angular.z = 1.0 - 0.001*cnt;  //variable angular.z 
    cnt++;    
  }  
  }

• 修改LED灯的管脚号(非必须)

2. 上位机配置

将下位机代码烧录后，将下位机通过串口连接上位机，这里我使用usb串口的方式连接。

微信图片_20220717085646

为了显示turtle的运动，旭日x3派需要连接hdmi或者远程VNC，我使用的后者。

新建终端，source一下ros2，再source一下micro_ros。

source /opt/tros/setup.bash   #或者 source /opt/ros/foxy/setup.bash
cd /microros_ws/              #进入micro_ros的工作空间
source install/setup.bash     #source一下，也可以将这些命令添加到 /.bashrc

• 首先提升串口读写权限(确保自己的串口是ttyUSB0，因硬件而异)

sudo chmod -R 777 /dev/ttyUSB0

• 开启micro_agent

ros2 run micro_ros_agent micro_ros_agent serial --dev /dev/ttyUSB0

• 按下下位机的复位键(特别注意，需要按下复位键)

image-20220717084958430

• 重新开启一个终端，打开turtlesim_node

ros2 run turtlesim turtlesim_node

• 此时可以看到turtle在运动了

image-20220717085058875

3. 其他

• publisher示例代码的话题发布频率默认为1Hz，可以进行调整，10Hz没问题。但是想要100Hz往上就不行了
• 需要更高的话题发布频率需要使用rclc_publisher_init_best_effort代替rclc_publisher_init_default
• 但是best_effort的pub也需要best_effort的sub，所以当使用best_effort发布twist时，turtle不会运动，因为没有使用best_effort的sub来接收。关于这个可以参考：https://docs.ros.org/en/rolling/Concepts/About-Quality-of-Service-Settings.html#qos-compatibilities