2020年11月28日 | STM32和ROS的串口通信

<1> 前言

之前有不少小伙伴，因为不知道如何使用这里分享的代码、或者是对系统结构不太清楚等等，导致调用不成功的，这里我深表歉意。下面我会对整个通信方案的部署进行详细的说明，确保每一个看到这篇文章的小伙伴，都能解决自己的问题。

<2> 本方案解决的问题

解决以STM32做ROS机器人底层驱动的串口通信问题、其他需要stm32和ros通信的小伙伴也可以使用。

<-1->介绍

<1> 最终协议的样子

我这里实现的STM32和ROS的串口通信协议如下图：

STM32端和ROS端都有一个数据发送函数和一个数据接收函数，发送和接收的内容就是如上图所示的数据包，该数据包含有数据头（55aa）、数据尾（0d0a）、校验（crc8），保证数据正确安全。通信协议也容易自行扩展更改。

<2> 本方案提供的API实现的功能

STM32向ROS发送左轮实时轮速、右轮实时轮速、航向角、预留控制位(一个字节可灵活使用)。 ROS向STM32发送左轮设定速度、右轮设定速度、预留控制位(一个字节可灵活使用)。

<-2->原理

<1> 简要叙述

首先明确：串口发送数据是一个字节一个字节的数据发送，串口接收数据同样是这样。一个字节最大表示的数据只是255，往往我们需要传递的传感器数据，都需要使用shortintfloat数据类型的变量进行存储。

传统串口通信方法采用数据分离技术，比较复杂。如下图所示，这里将淘汰该种方法。

数据合成：将接收到的几个字节合成（shortintfloat类型的）数据。 数据分离：将（shortintfloat类型的）数据分解成一个个字节发送出去。

于是，这里发送大于一个字节的数据，就需要采用共用体的方法。 关于共用体，你只需要知道以下几点：

（1） C语言的一种机制，结构体内不同成员共享内存的机制，（即内存地址一致）

（2） 同一时刻，只能访问其中的一个成员

（3） 不同成员，按照成员类型的性质进行内存访问，这个访问机制就是咱们使用的特性

<2> 这里是如何使用共用体的？

关于该协议中发送接收数据的原理介绍，这里利用c语言中的共用体特性，通信的两端都定义同样数据结构的共用体，该共用体中包含一个shortintfloat类型的变量和一个unsigned char类型的数组，该数组的大小和shortintfloat字节大小对应。这样发送和接收数据时，就只发送或者接收共用体中的unsigned char数组的元素。

//发送数据（左轮速、右轮速、航向角）共用体（-32767 - +32768）

union sendData

{

    short d;

    unsigned char data[2];

}leftVelNow,rightVelNow,angleNow;

具体原理流程如下图：

<-3->前期准备

<1> 确保硬件连接

STM32串口 + TTL转USB模块（CH340）+ Linux硬件设备（树莓派PCTX2等等） 线路连接：（有图有真相）

==这里有几条特别要注意的，这些是代码部署的前提==

（1）确保STM32端和ROS端串口波特率一定保持一致。

（2）确保STM32串口的Tx和Rx是按照上图和TTL转USB模块连接在一起，一定不是Tx和Tx相连接，Rx同理，也要测试连接线的好坏。

（3）确保装载Linux系统的设备，具有CH340CH341的驱动，一般都有，但是TX2板子自带的系统就没有，解决方法网上很多，也可以直接刷系统，刷系统 点击这里。

（4）确保自己的串口在Linux系统上具有超级用户权限（一般默认都不具有该权限），一般插上TTL转USB模块，系统会出现ttyUSB0的串口设备。

（5）一定将给大家的ROS功能包中mbot_linux_serial.cpp文件中的的串口设备名字，改为大家自己的设备名字

boost::asio::serial_port sp(iosev, "/dev/ttyUSB0"); #默认是/dev/ttyUSB0，如若不是必须更改

<2> 查看串口设备方法

Linux设备插上TTL转USB模块后，打开一个终端，输入下面命令，回车

ls -l /dev/ttyUSB*

如果终端出现类似下面的，说明你的串口设备已经被识别，比如这里/dev/ttyUSB0为串口设备的名字

crw-rw---- 1 root dialout 188, 0 Aug  3 21:46 /dev/ttyUSB0

如果你使用的虚拟机的话，就算有驱动可能也识别不到设备，这个时候你需要对虚拟机进行设置。 点击菜单栏的编辑，然后点击首选项，出现类似下面的图

点击USB，出现如下图，选择，将设备连接到虚拟机，点击确定，插拔串口设备，以后每次插拔设备，都是自动连接到虚拟机上

<3> 串口权限设置方法

在终端中输入下面命令

sudo chmod 777 /dev/ttyUSB0 #按照自己的设备名字对ttyUSB0进行更改

如果没有返回任何字符，说明串口设备权限设置成功，但是这个方法，在每次使用串口设备前都要进行这样的操作 其实也有一劳永逸的方法，下次介绍。

<4> 测试代码工程下载

==在公众号：小白学移动机器人，发送：串口通信，即可获得测试代码工程文件== 我们的口号是：关注即可提高学习效率

工程文件包括：

（1）STM32端：STM32F103与ROS串口通信测试工程文件 （2）ROS端：ROS与STM32F103串口通信测试功能包文件

STM32程序结构：

主要包括：

（1）串口通信硬件初始化程序文件usart.c，参数为波特率设置，这里默认设置115200

（2）通信协议程序文件mbotLinuxUsart.c

（3）系统结构测试主程序文件main.c

ROS测试功能包程序结构：

主要包括：

（1）通信协议以及串口配置程序文件mbot_linux_serial.cpp

（2）系统结构测试主程序文件publish_node.cpp

（3）一个基础ROS功能包具备的其他程序文件

<-4->代码部署

<1> STM32端 STM32端的为工程文件，下载之后就可以进行编译。如果是103的板子直接下载测试就好了。如果不是F103的板子，可以将mbotLinuxUsart.c和mbotLinuxUsart.h移植到对应的工程中即可。函数调用参照main.c即可。

#include "delay.h"

#include "sys.h"

#include "usart.h"

#include "mbotLinuxUsart.h"//引用该头文件是使用，通信协议的前提

//测试发送变量

short testSend1   =5000;

short testSend2   =2000;

short testSend3   =1000;

unsigned char testSend4 = 0x05;

//测试接收变量

int testRece1     =0;

int testRece2     =0;

unsigned char testRece3 = 0x00;

int main(void)

{   

//======================================硬件初始化====================================================

    delay_init();                                   //延时函数初始化   

    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置中断优先级分组2

    uart_init(115200);                              //串口初始化为115200

//=======================================循环程序=====================================================

    while(1)

    {

        //将需要发送到ROS的数据，从该函数发出，前三个数据范围（-32768 - +32767），第四个数据的范围(0 - 255)

        usartSendData(testSend1,testSend2,testSend3,testSend4);

        //必须的延时

        delay_ms(13);

    } 

}

//====================================串口中断服务程序=================================================

void USART1_IRQHandler()

{

    if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)

     {

         USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE);//首先清除中断标志位

         //从ROS接收到的数据，存放到下面三个变量中

         usartReceiveOneData(&testRece1,&testRece2,&testRece3);

     }

}

//===========================================END=======================================================

<2>ROS端

==前提：已成功安装ROS==

第一步：创建工作空间，并编译（已经创建过工作空间的直接跳到第二步） 打开一个终端，依次执行下面命令

mkdir -p ~/catkin_ws_test/src

cd catkin_ws_test

catkin_make

第二步：将下载的topic_example功能包复制到src目录下

cd src

手动复制即可

cd ..

catkin_make

出现下图即编译成功

<-5->代码测试

<1>确保设备连接：

上面的前期准备，没有问题的话，就通电连接将设备连接在一起就行了,如果有问题，请先解决再进行下面的步骤

<2>打开新终端，启动ros master

roscore

<3>打开新终端，启动测试功能包

#查看串口设备

ls -l /dev/ttyUSB*

终端打印下面信息

crw-rw---- 1 root dialout 188, 0 Aug  3 21:46 /dev/ttyUSB0

==如果这里不是/dev/ttyUSB0，一定要更改ROS功能包中mbot_linux_serial.cpp文件中的的串口设备名字==

#添加设备权限

sudo chmod 777 /dev/ttyUSB0  #根据自己的设备名自行改变

#source

cd catkin_ws_test

source devel/setup.bash

#启动功能包节点

rosrun topic_example publish_node

终端出现下面的图，打印的是从STM32接收的测试数据

同时可以使用keil仿真，查看ROS向STM32发送的测试数据，出现下图

此时，串口通信的测试就实验成功了，这里给大家提供了完整的demo，完整的实现通信功能，针对各自具体的任务可以把demo当做例程自行进行更改。

关于代码细节，以及流程，代码的注释写的也十分清楚，稍微看看就很清楚。