MANIFOLD 2-G开发之利用ROS话题编程实现UART1串口通讯

2023-05-16

MANIFOLD 2-G开发笔记

本博客内容将记录MANIFOLD 2-G 开发过程中遇到的问题及解决方案，用于与大家交流。

MANIFOLD 2-G（秒算2-G） 是大疆推出的高性能计算平台，其主要用于DJI行业无人机的开发，但因其小巧的体积，强大的计算力，也可对其他单片机进行开发。

1 项目描述

利用 MANIFOLD 2-G（秒算2-G） 中ROS通信编程，实现对 Arduino Mega 单片机的控制。（该方法应该也适用于其他类似单片机）

最近的一个项目需要利用 MANIFOLD 2-G（秒算2-G） 实现对 Arduino Mega 单片机的控制。具体来说就是：MANIFOLD 2-G（秒算2-G） 作为上位机发布指令， Arduino Mega 单片机作为下位机接收。Arduino 系列单片机最简单的通讯方式就是TTL串口通讯，可通过USB转串口或直接接入TX、RX引脚进行。而 MANIFOLD 2-G（秒算2-G） 带有USB接口，于是考虑通过USB转串口进行。

在进行 MANIFOLD 2-G（秒算2-G） 调试前， Arduino Mega 的程序已经调试完毕，通信协议如下：串口数据接受到字符 “1”，“2”，“3”，“4” ，“0”后，会作出相应响应，控制Hybrid_bot机器人chassis部分进行前、后、左、右（ “1”，“2”，“3”，“4” ）的运动，以及停止（“0”）。

本文将只讨论MANIFOLD 2-G（秒算2-G） 对 Arduino Mega 的控制。

2 遇到的问题

将 Arduino Mega 利用USB线接入 MANIFOLD 2-G（秒算2-G），在终端输入:

  ls /dev | grep tty*

发现找不到对应的串口设备，又搜集了一些资料，发现MANIFOLD 2-G（秒算2-G） 不带USB转串口的驱动，搜索各类资源也无法成功安装，邮件联系了DJI技术支持，至今还没得到有价值的信息，问题也一直没有解决。

也请DJI技术人员看到这篇博文能给我提供一点技术支持。

3 解决方案

既然无法使用USB转串口，能不能直接使用串口呢？带着这个疑问，进行了新的尝试。

MANIFOLD 2-G（秒算2-G） 自带两个UART串口，理论上是可以进行通讯的，其官方提供的使用说明如下：
MANIFOLD 2 UART接口图来源：DJI使用说明
这里，我们使用UART1接口，对应的设备名称是ttyTHS2，这个名称后边程序会用到。
（P.S. 我尝试过UART0接口，但不好用。可能UART0是默认调试接口，还得改设置。但UART1插上就可以用。）

接线也十分简单，使用MANIFOLD 2-G（秒算2-G） 自带UART转3P杜邦线，注意MANIFOLD 2-G（秒算2-G） 的TXD与 Arduino Mega的RX相接，RXD与TX相接，GND相接即可。

4 示例代码

这里写了两个带注释cpp文件：(1) chassis_cmd.cpp 和 (2) chassis_driver.cpp，供参考。

代码实现功能如下：开启两个ROS节点，进行ROS话题编程。Publisher用于接收来自键盘的指令，发布给Subscriber。Subscriber判断消息内容，并根据对应内容向串口设备发出命令。

(1) chassis_cmd.cpp

/*
此程序作为Hybrid_bot机器人chassis命令的Publisher
用于发布名为chassis_cmd的topic
ROS节点名为：chassis_cmd
*/

#include <ros/ros.h>
#include <std_msgs/Int16.h>

int main(int argc, char **argv)
{
  ros::init(argc, argv, "chassis_cmd");//创建ROS节点，名为：chassis_cmd
  ros::NodeHandle n;//创建节点句柄
  ros::Publisher chassis_cmd_pub = n.advertise<std_msgs::Int16>("chassis_cmd", 1000);//创建一个名为chassis_cmd_pub的Publisher，发布名为chassis_cmd的topic，消息类型为std_msgs::Int16，暂存队列长度为1000
  ros::Rate loop_rate(10);//设置循环频率为10Hz（100ms/次）
  while (ros::ok())
 {  
    std_msgs::Int16 cmd;//初始化std_msgs::Int16类型的消息变量cmd
    std::cout << "input cmd:" << std::endl;//打印一条提示性语句
    std::cin  >> cmd.data;//等待键盘输入为cmd.data赋值
    chassis_cmd_pub.publish(cmd);//发布消息cmd
    ros::spinOnce();//循环等待回调函数
    loop_rate.sleep();//按照循环频率延时
  }
 return 0;
 }

代码小结：
这段代码通用性较强，可作为用于接收来自键盘指令的Publisher的例程。

(2) chassis_driver.cpp

/*
此程序作为Hybrid_bot机器人chassis命令的Subscriber
用于接收名为chassis_cmd的topic并利用回调函数sub_CB将对应命令发布到串口设备
ROS节点名为：chassis_driver
*/

#include <ros/ros.h>
#include <std_msgs/Int16.h>
#include <serial/serial.h>//MANIFOLD2不带这个库文件，需要自己下载安装一下

serial::Serial ser; //声明串口对象 

void sub_CB(const std_msgs::Int16 &flag_tmp)//消息回调函数，收到消息后会进入。这里的&flag_tmp与chassis_cmd.cpp中cmd变量的类型需一致，均需要为std_msgs::Int16
{

    if(flag_tmp.data == 1)
    {
        ser.write("1");     //前进
        ROS_INFO("chassis go forward");
    }
    else if(flag_tmp.data == 2)
    {
        ser.write("2");   //后退
        ROS_INFO("chassis go back");
    }
    else if(flag_tmp.data == 3)
    {
        ser.write("3");   //左转
        ROS_INFO("chassis turn left");
    }
    else if(flag_tmp.data == 4)
    {
        ser.write("4");   //右转
        ROS_INFO("chassis turn right");
    }
    else
    {
 	ser.write("0");   //停止
        ROS_INFO("chassis stop");
    }
}

int main (int argc, char **argv)
{
  ros::init(argc, argv, "chassis_driver");//创建名为chassis_driver的ROS节点
  ros::NodeHandle n;//创建节点句柄
  ros::Subscriber sub=n.subscribe("chassis_cmd",1,sub_CB);//创建一个名为sub的Subscriber，订阅名为chassis_cmd的topic，注册回调函数sub_CB

    try 
    { 
    //设置串口属性，并打开串口 
        ser.setPort("/dev/ttyTHS2"); //MANIFOLD2 UART1 串口名称
        ser.setBaudrate(9600); //设置波特率
        serial::Timeout to = serial::Timeout::simpleTimeout(1000); 
        ser.setTimeout(to); 
        ser.open(); 
    } 
    catch (serial::IOException& e) 
    { 
        ROS_ERROR("Unable to open the chassis port "); 
        return -1; 
    } 

    //检测串口是否已经打开，并给出提示信息 
    if(ser.isOpen()) 
    { 
        ROS_INFO("chassis serial port initialized"); 
    } 
    else 
    { 
        return -1; 
    } 
  ros::Rate loop_rate(10);//循环频率10ms
  ros::spin();//循环等待回调函数
  //exit
  return 0;
}

代码小结：
这段代码在本项目中作为Subscriber，接受来自Publisher的指令后控制Hybrid_bot机器人chassis部分的Arduino Mega 单片机，主函数可作为Subscriber和串口通讯的例程。 sub_CB函数中的内容可稍作修改应用在自己的串口设备上。

5 注意事项

1、别忘了配置CMakeLists.txt 和 package.xml，这应该是ROS基础，就不加赘述了，如果和笔者使用同样的设备又不想自己配置，可以直接下载提供的资源。
2、 MANIFOLD2不带<serial/serial.h>库文件，需要自己下载安装一下，使用如下命令。

sudo apt-get install ros-kinetic-serial  #ros为Kinect版本，其他版本对应修改

P.S. 如果说使用此命令报404错误，可能是软件源的问题，可以上网查教程折腾，这里我直接找到404上不去的那个网站链接，直接下载deb文件，如serial库http://packages.ros.org/ros/ubuntu/pool/main/r/ros-kinetic-serial/
注意对应好自己设备的版本，比如MANIFOLD2-C就是amd64的，而MANIFOLD2-G就是arm64的。

如果不想自己下载，可以直接下载提供的资源。

6 资源附件

附件下载地址：
下载地址
https://download.csdn.net/download/weixin_44037313/12691728
附件清单：
1、Manifold_2_User_Guide_v1.0_CHS.pdf
2、下载好的<serial/serial.h>库文件安装包 ros-kinetic-serial_1.2.1-0xenial-20191214-125614+0000_arm64.deb，可在文件保存目录下启动终端，使用如下命令进行安装。（只适用于MANIFOLD2-G）

sudo dpkg -i xxx.deb //是安装包的准确名称

3、功能包hybrid_bot，包含chassis_cmd.cpp、chassis_driver.cpp及适用于Manifold2-G的CMakeLists.txt 和 package.xml配置文件。

6 运行与调试

将功能包hybrid_bot放置在工作空间中，在工作空间根目录下使用命令：

catkin_make

进行编译，可在工作空间的/devel/lib/hybrid_bot文件夹下生成两个可执行文件chassis_driver和chassis_cmd。
在桌面启动终端，启动ROS：

roscore

接入设备后，另起终端，启动Subscriber节点：

rosrun hybrid_bot chassis_driver

再另起终端，启动Publisher节点

rosrun hybrid_bot chassis_cmd

至此，可以实现键盘控制。

通过在Publisher节点终端键盘输入 1 2 3 4 等字符，即可在Subscriber节点终端收到反馈，同时Arduino Mega 将被控制。

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