摘自：https://zhuanlan.zhihu.com/p/166496656

STM32和ROS的串口通信

小白学移动机器人

同名公众号：小白学移动机器人

创作声明：内容包含虚构创作

内容中的情节存在虚构加工，仅供参考

ROS机器人：全网最实用的STM32和ROS的串口通信方案

<-0->解释

<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short\int\float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（short\int\float类型的）数据。 数据分离：将（short\int\float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short\int\float类型的变量和一个unsigned char类型的数组，该数组的大小和short\int\float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\PC\TX2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CH340\CH341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。

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为了让更多人，看到这篇文章，希望多多点赞、评论、收藏。多谢。

编辑于 09-05

串口通信

STM32

机器人操作平台 (ROS)

代码我已经保存到我的网盘里面了