程序员经验分享-hwhale

五、ROS使用serial包进行串口通信

2023-05-16

五、ROS使用serial包进行串口通信

    • 1.下载串口调试助手CuteCom
    • 2.下载虚拟串口模拟器socat
    • 3.下载串口调试助手minicom
    • 4.安装serial串口功能包
    • 5.创建工作空间
    • 6.创建功能包
    • 7.创建发布者
    • 8.配置CMakeLists.txt
    • 9.运行发布者节点
    • 10.创建订阅者
    • 11.重新配置CMakeLists.txt
    • 12.运行节点

1.下载串口调试助手CuteCom

CuteCom是Linux下少数带有界面的串口调试助手

sudo apt-get install cutecom

在这里插入图片描述

2.下载虚拟串口模拟器socat

为了方便调试，再下载一个虚拟串口模拟器socat

sudo apt-get install socat

输入指令，生成虚拟串口

socat -d -d pty,raw,echo=0 pty,raw,echo=0

观察终端输出的日志，注意/dev/pts/6 和/dev/pts/7，这两个口就是虚拟串口对，不同的设备生成的会不一样，而且名称经常会变，之后我们可以像访问真实的串口设备一样访问这两个虚拟串口了，但是注意：若要使得这对虚拟串口一直有效，必须使这个终端一直开着

然后再新建一个终端，输入以下指令，监听/dev/pts/6中的数据

cat < /dev/pts/6

然后再新建一个终端，输入以下指令，让虚拟串口/dev/pts/7对 /dev/pts/6发送数据

sudo echo 666  > /dev/pts/7

然后可以看到6实时接收到7发送过来的数据
在这里插入图片描述

3.下载串口调试助手minicom

但是CuteCom找不到socat生成的虚拟串口，很迷，不知道为啥

所以如果手头暂时没有设备，要创建虚拟串口来调试代码，可以换一款串口调试助手
下载minicom

sudo apt install minicom

使用前配置minicom，这个界面就很捞

minicom -s

先写一个脚本，让minicom往虚拟串口循环发送数据（模拟传感器）
在这里插入图片描述

#!/bin/bash      
flag=1
while [  $flag = 1 ]
do
echo "hahahahahahahaha   666666666666666"
sleep 1
done

!是特殊的表示符，其后面跟的是解释此脚本的shell的路径

用管理员权限打开minicom，配置一下脚本路径

sudo minicom -s
  1. 控制键盘方向建，选中Filenames and paths，回车：
  2. 键盘输入D，进入Script Program，添加脚本路径
  3. 设置为/bin/bash，回车保存退出
  4. 返回设置界面，选中Save setup as def，回车保存为默认设置，退出minicom。这样设置完毕以后，每次重新打开minicom，解释此脚本的shell路径就一直被保存在那里了
    在这里插入图片描述

打开minicom，配置串口的一些设置，并运行test.sh脚本

minicom -s

控制键盘方向建，选中Serial port setup，回车：

  1. 键盘输入 A，光标会跳到第一行最后，编辑想要连接的串口，比如我这次的设备使用的串口是 /dev/pts/4，运行脚本让虚拟串口4往外发送数据，编辑完回车保存；
  2. 键盘输入 E，弹出波特率选项，输入选项的字母，回车保存，或者ESC退出；
  3. 键盘输入 F，改为 No；
  4. 键盘输入 G，改为 No。
    在这里插入图片描述

设置完后，回车，返回设置界面，选中Exit，回车就可以输入命令了

  1. 按下Ctrl + A，再按Z进入帮助界面
  2. 输入G，选择run scripts（G）
  3. 输入C，在Name of script中输入脚本的绝对路径/home/yao/My_Ros_WorkSpace/test.sh
  4. 回车保存
  5. 再回车，即可执行test.sh脚本
    可以看到虚拟串口4执行脚本后，往外发送数据到虚拟串口9（他俩默认是通的）

4.安装serial串口功能包

sudo apt install ros-melodic-serial

5.创建工作空间

首先进入一个不含中文路径的目录，右键在终端打开，新建一个文件夹collect_workspace作为工作空间

mkdir collect_workspace
cd  collect_workspace
mkdir src
cd src
catkin_init_workspace
cd ..
catkin_make
catkin_make install
code .

将工作空间用VSCode打开，提高开发效率
每次新建一个工作空间都需要重新配置编译规则，这里可以看我前面的文章

6.创建功能包

选中src，右键Create Catkin Package
录入功能包名字"collect_pkg"，回车
录入依赖"roscpp rospy std_msgs serial"，再回车
避免依赖名字可能写错了，也可以（Ctrl + Shift + B）编译一下，看看有没有问题！

其中roscpp是使用C++实现的库，而rospy则是使用python实现的库，std_msgs是标准消息库，创建ROS功能包时，一般都会依赖这三个基本的库，这里因为要用到serial，所以需要将刚下载的包添加进来

目的：发布者实时获取从串口发送过来的数据（传感器采集的数据），并对数据进行处理，将处理完的数据通过消息发送出去，订阅者实时接收这个消息。

7.创建发布者

选中collect_pkg→src，右键新建一个发布者的实现代码myserial_pub.cpp
修改 .vscode/c_cpp_properties.json，设置 "cppStandard"为 “c++17”并保存，否则会报错

#include<ros/ros.h>
#include<serial/serial.h>
#include<std_msgs/String.h>
#include<iostream>
#include<string>
#include<sstream>

//using namespace std; //声明命名空间

//函数功能：将数据经由串口发送出去
//入口参数1：[serial::Serial &ser]：     串口类名称
//入口参数2：[std::string &serial_msg]:  要通过串口发送出去的字符串
int serial_write(serial::Serial &ser, std::string &serial_msg)
{
    ser.write(serial_msg);
    return 0;
}

//函数功能：将从串口接收到的数据保存到数组中
//入口参数1：[serial::Serial &ser]：     串口类名称
//入口参数2：[std::string &serial_msg]:  从串口读取的字符串
int serial_read(serial::Serial &ser, std::string &serial_msg)
{
    serial_msg = ser.read( ser.available() );
    return 0;
}


int main(int argc, char** argv)
{
    //初始化，节点名为serial_publisher
    ros::init(argc, argv,"serial_publisher");
    //创建句柄seuNB，用于管理资源
    ros::NodeHandle seuNB;

    //用Publisher类，实例化一个发布者对象yao，发布一个名为"Serial_Topic"的话题，话题的消息类型为std_msgs::String，消息发布队列长度为10(注意话题名中间不能有空格)
    ros::Publisher yao = seuNB.advertise<std_msgs::String>("Serial_Topic",10);

    //实例化一个serial类
    serial::Serial ser;

    //初始化串口相关设置
    ser.setPort("/dev/pts/4");         //设置打开的串口名称:这里打开一个虚拟串口
    ser.setBaudrate(115200);           //设置串口的波特率
    serial::Timeout to = serial::Timeout::simpleTimeout(1000);  //创建timeout
    ser.setTimeout(to);                //设置串口的timeout

    //打开串口
    try
    {
        ser.open();         //打开串口
    }
    catch(const std::exception& e)
    {
        ROS_ERROR_STREAM("Unable to open port.");        //打开串口失败，打印日志信息，然后结束程序
        return -1;
    }

    //判断串口是否成功打开
    if(ser.isOpen())
    { 
        ROS_INFO_STREAM("Serial Port is opened.\n");    //成功打开串口，打印日志信息
    }
    else
    {
        return -1;  //打开串口失败，打印日志信息，然后结束程序
    }


    ros::Rate loop_rate(50); //指定循环频率50  
    while(ros::ok())
    {
        //获取缓冲区内的字节数
        size_t n = ser.available();
        if(n!=0)
        {
            ROS_INFO_STREAM("Reading from serial port:\n"); //表明正在开始读取串口数据
            std_msgs::String msg2333; 	//msg2333为从串口处接收到的字符串
            msg2333.data = ser.read(ser.available()); 
            yao.publish(msg2333);  //将消息发布出去
            ROS_INFO_STREAM("Read: " << msg2333.data);  //添加日志：顺便将发布的数据打印到终端
        }
        
        loop_rate.sleep();
    }
    
    //关闭串口
	ser.close();
    return 0;
}

8.配置CMakeLists.txt

# 生成可执行文件
add_executable(myserial_pub src/myserial_pub.cpp)
# 链接库
target_link_libraries(myserial_pub  ${catkin_LIBRARIES})

9.运行发布者节点

打开一个终端，输入指令，生成虚拟串口

socat -d -d pty,b115200 pty,b115200

根据生成的虚拟串口，重新设置一下代码中的串口名称，必须一致，例如这里选择/dev/pts/7，否则无法打开串口，然后Ctrl + S保存、Ctrl + Shift + B编译

在VSCode中新建一个终端，运动ROS master

roscore

再新建一个终端，运行发布者节点

source devel/setup.bash
rosrun   collect_pkg   myserial_pub

然后外面再新建一个终端，往/dev/pts/7中写入数据
在这里插入图片描述

10.创建订阅者

选中collect_pkg→src，右键新建一个发布者的实现代码myserial_sub.cpp

#include "ros/ros.h"
#include "std_msgs/String.h"

void mesg2333_callback(const std_msgs::String::ConstPtr &msg_p)//订阅到的消息是std_msgs::string类型，这个函数的参数类型是它的常量指针的引用
{
    //通过msg获取订阅到的消息，并对它进行处理,即在终端中打印出来
    ROS_INFO("serial_subscriber订阅的消息是:%s",msg_p->data.c_str());
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    setlocale(LC_CTYPE, "zh_CN.utf8"); //设置编码，防止中文乱码

    //初始化节点名为：serial_subscriber
    ros::init(argc,argv,"serial_subscriber"); 
    //创建句柄seuNB666，用来管理资源
    ros::NodeHandle seuNB666;

    //用Subscriber类，实例化一个发布者对象，发布一个名为"Serial_Topic"的话题，话题的消息类型为std_msgs::String，消息发布队列长度为10(注意话题名中间不能有空格)
    ros::Subscriber yao666 = seuNB666.subscribe<std_msgs::String>("Serial_Topic",10,mesg2333_callback); //订阅的话题名，队列长度，回调函数

    //循环读取接收的数据，并调用回调函数处理：mesg2333_callback()每订阅到一次消息都需要执行一次，为了让回调函数多次执行，需要再执行完一次之后需要回头
    ros::spin(); 

    return 0;
}

然后再修改一下发布者输出日志的一些信息

#include<ros/ros.h>
#include<serial/serial.h>
#include<std_msgs/String.h>
#include<iostream>
#include<string>
#include<sstream>

//using namespace std; //声明命名空间

//函数功能：将数据经由串口发送出去
//入口参数1：[serial::Serial &ser]：     串口类名称
//入口参数2：[std::string &serial_msg]:  要通过串口发送出去的字符串
int serial_write(serial::Serial &ser, std::string &serial_msg)
{
    ser.write(serial_msg);
    return 0;
}

//函数功能：将从串口接收到的数据保存到数组中
//入口参数1：[serial::Serial &ser]：     串口类名称
//入口参数2：[std::string &serial_msg]:  从串口读取的字符串
int serial_read(serial::Serial &ser, std::string &serial_msg)
{
    serial_msg = ser.read( ser.available() );
    return 0;
}


int main(int argc, char** argv)
{
    setlocale(LC_CTYPE, "zh_CN.utf8"); //设置编码，防止中文乱码

    //初始化，节点名为serial_publisher
    ros::init(argc, argv,"serial_publisher");
    //创建句柄seuNB，用于管理资源
    ros::NodeHandle seuNB;

    //用Publisher类，实例化一个发布者对象yao，发布一个名为"Serial_Topic"的话题，话题的消息类型为std_msgs::String，消息发布队列长度为10(注意话题名中间不能有空格)
    ros::Publisher yao = seuNB.advertise<std_msgs::String>("Serial_Topic",10);

    //实例化一个serial类
    serial::Serial ser;

    //初始化串口相关设置
    ser.setPort("/dev/pts/2");         //设置打开的串口名称:这里打开一个虚拟串口
    ser.setBaudrate(115200);           //设置串口的波特率
    serial::Timeout to = serial::Timeout::simpleTimeout(1000);  //创建timeout
    ser.setTimeout(to);                //设置串口的timeout

    //打开串口
    try
    {
        ser.open();         //打开串口
    }
    catch(const std::exception& e)
    {
        ROS_ERROR_STREAM("Unable to open port.");        //打开串口失败，打印日志信息，然后结束程序
        return -1;
    }

    //判断串口是否成功打开
    if(ser.isOpen())
    { 
        ROS_INFO_STREAM("Serial Port is opened.\n");    //成功打开串口，打印日志信息
    }
    else
    {
        return -1;  //打开串口失败，打印日志信息，然后结束程序
    }

    //设置消息编号
    int count = 0;

    ros::Rate loop_rate(50); //指定循环频率50  
    while(ros::ok())
    {
        //获取缓冲区内的字节数
        size_t n = ser.available();
        if(n!=0)
        {

            std_msgs::String msg2333; 	//msg2333为从串口处接收到的字符串           
            msg2333.data = ser.read(ser.available()); 
            yao.publish(msg2333);  //将消息发布出去
            ROS_INFO_STREAM("serial_publisher发布的消息是:"  << msg2333.data);  //添加日志：顺便将发布的数据打印到终端
        }

        loop_rate.sleep();
    }
    
    //关闭串口
	ser.close();
    return 0;
}

11.重新配置CMakeLists.txt

增加两句

# 生成可执行文件
add_executable(myserial_pub src/myserial_pub.cpp)
# 链接库
target_link_libraries(myserial_pub  ${catkin_LIBRARIES})

# 生成可执行文件
add_executable(myserial_sub src/myserial_sub.cpp)
# 链接库
target_link_libraries(myserial_sub  ${catkin_LIBRARIES})

12.运行节点

然后在功能包"collect_pkg"下面，新建一个名为"launch"的文件夹
然后在名为"launch"的文件夹里面继续新建一个后缀为.launch的文件，名字随便起
我这里是"start_serial.launch"，主要是为了启动串口通讯的两个节点

<launch>
    <!--添加被执行的节点-->
    <!--  <node pkg="功能包名" type="CMakeLists中配置的可执行文件名" name="为节点简单的命名一下，这个name可以随便取" output="设置日志的输出目标" />  -->

    <!--启动发布者-->
    <node  pkg="collect_pkg"  type="myserial_pub"  name="publisher_node" output="screen" />
    <!--启动订阅者-->   
    <node  pkg="collect_pkg"  type="myserial_sub"  name="subscriber_node" output="screen"/>


</launch>

外部终端1

socat -d -d pty,b115200 pty,b115200

修改虚拟串口名，Ctrl + S保存，Ctrl + Shift + B编译
VScode终端

source devel/setup.bash
roslaunch  collect_pkg   start_serial.launch

外部终端2

minicom -s

设置虚拟串口名/dev/pts/XXX
输入脚本路径/home/yao/My_Ros_WorkSpace/test.sh
在这里插入图片描述

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