ROS技巧系列 - ROS与Arduino进行高效稳定的串口通信（两种通信方式对比）

ROS与Arduino通信方式分类

ROS与Arduino通信方式大致分为两种：
　１）基于ros的通信机制，如话题，服务，行为等方式，这个时候需要用到rosserial库，需要安装rosserial_arduino。这种方式的好处是不需要知道串口之间的通信协议，直接发布和订阅来传递参数，缺点是不稳定，偶尔出现订阅不上话题，或者arduino设备连接不上的问题。不推荐。
　２）直接利用串口通信的规则，即设置好串口的所有配置参数，然后打开串口，通过write()和read()函数进行写和读。但是必须提前获知串口的通信协议，如“M01 30” 表示第一个关节，转30度。该方法上下位机间通信稳定性高。推荐。

1.基于ros通信机制

基于ROS以主题为主要通信媒介的特征，Arduino需要作为一个节点，用订阅话题的形式接收上位机规划出的理想位置或速度，用发布话题的形式，将电机或传感器的数据发布出去，以此方式将Arduino加入到整个控制系统中。而在之间起到桥梁作用的则是rosserial功能包，该功能包是ROS中专为Arduino通信设计的。建立通信方式的步骤如下：
　　1）首先需要在ubuntu系统中安装Arduino IDE，安装指令为：sudo apt-get install arduino，完成后会生成arduino的文件目录。
　　2）安装rosserial功能包，安装完成后，会生成rosserial_arduino文件夹，安装指令为：sudo apt-get install ros-indigo-rosserial-arduino;
　　3）将rosserial_arduino文件夹下的ros_lib文件复制到Arduino库目录sketchbook/libraries。
上述步骤完成之后，再次打开Arduino IDE，在examples中就会看到ros_lib项。如图所示，这样在编写程序时，添加ros.h头文件后，就可以调用ros类中的成员函数和变量了。

　　４）在arduino中编写节点即可，与普通创建ros节点方法相同。
　　５）编写完arduino中节点后，直接启动rosserial_python中的serial_node.py即可，注意串口号，如：
　　$ rosrun rosserial_python serial_node.py /dev/ttyACM0

2.基于串口通信方式

在这里忽略任何ros属性，直接按照正常的串口通信来实现，下面这个代码展示了在ros节点（即订阅话题又发布话题）中如何使用串口通信，其关键代码如下：

try
	{
		_serial.setPort("/dev/ttyACM0"); # 指定串口号，可利用udev方式锁定设备号，避免断电或插拔后串口号变换
		_serial.setBaudrate(115200);　# 波特率
		serial::Timeout to = serial::Timeout::simpleTimeout(1000);
		_serial.setTimeout(to);
		_serial.open();
		ROS_INFO_STREAM("Port has been open successfully");
	}

全部代码如下，可直接拷贝使用，话题回调函数根据自己需要进行修改，但必须提前获知通信协议。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
using namespace std;
serial::Serial _serial;				
swiftpro::SwiftproState pos;

void position_write_callback(const swiftpro::position& msg)
{
	std::string Gcode = "";
	std_msgs::String result;
	char x[10];
	char y[10];
	char z[10];
	pos.x = msg.x;
	pos.y = msg.y;
	pos.z = msg.z;
	sprintf(x, "%.2f", msg.x);
	sprintf(y, "%.2f", msg.y);
	sprintf(z, "%.2f", msg.z);
	Gcode = (std::string)"G0 X" + x + " Y" + y + " Z" + z + " F5" + "\r\n";
	ROS_INFO("%s", Gcode.c_str());
	_serial.write(Gcode.c_str());
	result.data = _serial.read(_serial.available());
}

int main(int argc, char** argv)
{	
	ros::init(argc, argv, "swiftpro_control_node");
	ros::NodeHandle nh;
	swiftpro::SwiftproState swiftpro_state;
	ros::Subscriber sub1 = nh.subscribe("position_topic", 1, position_write_callback);
	ros::Publisher 	 pub1 = nh.advertise("whether_ready", 1);
	ros::Rate loop_rate(20);
	try
	{
		_serial.setPort("/dev/ttyACM0");
		_serial.setBaudrate(115200);
		serial::Timeout to = serial::Timeout::simpleTimeout(1000);
		_serial.setTimeout(to);
		_serial.open();
		ROS_INFO_STREAM("Port has been open successfully");
	}
	catch (serial::IOException& e)
	{
		ROS_ERROR_STREAM("Unable to open port");
		return -1;
	}
		if (_serial.isOpen())
	{
		ROS_INFO_STREAM("Attach and wait for commands");
	}
	while (ros::ok())
	{
		pub.publish(pos);
		ros::spinOnce();
		loop_rate.sleep();
	}
		return 0;
}