ROS通过串口,读写STM32和HC-SR04超声波测距信息

ROS通过串口,读写STM32和HC-SR04超声波传感器测距信息,ROS判断距离值,将控制信息通过串口发回给STM32,点亮led灯

ROS可以通过串口与stm32进行通信,以超声波传感器为例实现ROS与stm32通信。
STM32的超声波测距程序以及相应的ROS程序在我的上传资源中有

1.需要下载 http://wjwwood.io/serial/ serial串口功能包到工作区文件下;(Serial是一个跨平台,易于使用的库,用于在计算机上使用串行端口。该库提供了一个C ++,面向对象的接口,用于在Linux和Windows上与类似RS-232的设备进行交互。)具体安装方式按照该链接提供的方式安装即可。

2.使用命令:catkin_create_pkg supersonic std_msgs roscpp rospy 创建功能包;
命令模式为catkin_create_pkg [package_name] [depend1] [depend2] [depend3])。

3.在创建的功能包文件src文件下,编写程序

int main (int argc, char** argv) 
{ 
    //初始化节点 
    ros::init(argc, argv, "serial_a_node"); 
    //声明节点句柄 
    ros::NodeHandle nh; 
    
    //订阅主题,并配置回调函数 
   // ros::Subscriber write_sub = nh.subscribe("write", 1000, write_callback); 
    //发布主题 
    ros::Publisher read_pub = nh.advertise<std_msgs::Float32>("read", 10); 
    try 
    { 
    //设置串口属性,并打开串口 
        ser.setPort("/dev/ttyUSB0"); 
        ser.setBaudrate(115200); 
        serial::Timeout to = serial::Timeout::simpleTimeout(1000); 
        ser.setTimeout(to); 
        ser.open(); 
    } 
    catch (serial::IOException& e) 
    { 
        ROS_ERROR_STREAM("Unable to open 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_STREAM("Serial Port initialized"); 
    } 
    else 
    { 
        return -1; 
    } 
    //指定循环的频率 
    ros::Rate loop_rate(20);
    std_msgs::Float32 result;
    while(ros::ok()) 
    { 
        if(ser.available())
        { 
            Set_Led_init();
            ser.read(read_data,3); 
            if (read_data[0]==0x0A && read_data[2]==0x0D)
            {
                result.data=read_data[1];
                float fdist=result.data;    
                if ( 15 < fdist && fdist < 20)
                 {
                    Light_led(0x01);
                 }
                else
                 {
                    Light_led(0x02);
                }
                ser.write(sSendData,DATA_LENGTH);
            }            
            read_pub.publish(result);             
        } 
        ser.flush ();//清空串口存储空间
        ros::spinOnce(); 
        loop_rate.sleep(); 
    } 
    return 0;
} 

具体代码实现我已上传,与stm32超声波测距程序匹配,可直接使用)。
https://download.youkuaiyun.com/download/vampirewolf/11222221
https://download.youkuaiyun.com/download/vampirewolf/11221707
4.修改创建的功能包文件下的CMakeLiests.txt文件;在find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS)中添加serial。如下图:
在这里插入图片描述
该文件末尾添加:
add_executable(sonic src/sonic.cpp) target_link_libraries(sonic ${catkin_LIBRARIES}) add_dependencies(sonic ultarsonic_generate_messages_cpp)

5 .使用catkin_make命令编译,开放串口权限(sudo chmod 777 /dev/ttyUSB0)。

6.首先运行 roscore
新打开一个终端,运行rosrun supersonic sonic即可;
新打开一个终端运行命令rostopic list,可以看到此时运行的主题,运行rostopic echo /read便可以查看stm32通过串口发送的实时数据。

<think>嗯,用户想用树莓派4B配置Ubuntu 20.04系统,然后搭载SG90舵机HC-SR04超声波传感器,通过ROS实现地图构建。首先,我需要理清楚整个流程的步骤,确保每个环节都正确无误。 首先,系统安装部分。树莓派4B通常用的是树莓派官方系统,但用户需要Ubuntu 20.04。我记得Ubuntu有专门为树莓派提供的版本,可能需要从官网下载镜像,然后烧录到SD卡。这里要注意的是,树莓派4B的架构是ARM64,所以必须选择对应的镜像。烧录完成后,首次启动可能需要通过SSH连接,尤其是没有显示器的用户,可能需要配置网络。 接下来是ROS的安装。Ubuntu 20.04对应的ROS版本是Noetic,这是支持到2025年的版本。安装步骤大致是添加ROS仓库、安装完整版、初始化rosdep,然后配置环境变量。用户可能对ROS的依赖管理不太熟悉,所以需要详细说明每个命令,特别是rosdep initupdate可能会遇到的网络问题,可能需要更换源或者使用代理。 然后是硬件连接部分。SG90舵机需要PWM控制,而HC-SR04超声波模块通常使用GPIO引脚触发回波。树莓派的GPIO引脚分配需要正确,可能要通过GPIO库来控制。这里要注意的是,树莓派的Ubuntu系统可能默认没有安装GPIO库,比如RPi.GPIO或者pigpio,需要用户手动安装。此外,舵机的电压需求,树莓派的GPIO输出是3.3V,而SG90可能需要5V,可能需要外部电源,否则可能会供电不足,导致舵机无法正常工作或者损坏树莓派。 接下来是创建ROS编写驱动节点。需要创建一个工作空间,然后使用catkin_create_pkg来生成包,依赖可能包括roscpp、rospy、std_msgs、sensor_msgs等。驱动节点需要发布超声波测量的距离数据,以及控制舵机旋转。这里可能需要用到Python的RPi.GPIO库,或者C++的版本,但Python可能更容易上手。需要注意的是,舵机的角度控制,SG90的PWM周期是20ms,脉冲宽度对应0.5ms到2.5ms,对应0到180度。所以需要计算占空比。而超声波模块的触发信号需要至少10us的高电平,然后测量回波高电平的时间,计算距离。这些时序控制需要精确,可能要用到time模块或者ros的定时器。 SLAM部分,ROS中常用的激光雷达SLAM算法如gmapping,但用户用的是超声波,可能需要将超声波数据转换成激光雷达的格式,比如sensor_msgs/LaserScan。这时候需要编写一个节点,将超声波在不同角度下的距离数据组合成LaserScan消息,可能需要舵机旋转扫描,同时记录每个角度对应的距离。这里舵机的转动步进角度需要合理设置,比如每5度停一次,测量一次距离,这样模拟激光雷达的扫描。但超声波的数据点较少,构建地图的效果可能不如激光雷达好,需要用户有心理预期。 最后是启动测试,需要编写launch文件,同时启动驱动节点SLAM节点,然后保存地图。可能需要提醒用户调整参数,比如扫描频率、角度分辨率等,以优化地图构建效果。 潜在的问题可能包括:硬件连接错误、GPIO权限问题(需要用户加入gpio组)、PWM信号不稳定、超声波模块的测量误差、SLAM算法对稀疏数据的处理不佳等。需要指导用户如何排查这些问题,比如检查接线、使用rostopic echo查看数据是否正常,调整舵机转速测量间隔等。 另外,用户可能没有提到的是供电问题,同时驱动舵机超声波可能需要较大的电流,树莓派的USB端口可能无法提供足够电力,建议使用外部电源,尤其是舵机工作时可能会引起电压波动,导致树莓派重启。需要提醒用户使用稳压电源或者独立的5V电源给舵机供电,同时共地。 总结下来,步骤大致是:安装系统→安装ROS→连接硬件→编写驱动节点→转换数据格式→运行SLAM→测试调整。需要分步骤详细说明,确保用户能逐步操作,并注意可能遇到的坑。</think>以下为树莓派4B配置Ubuntu 20.04系统,结合SG90舵机HC-SR04超声波模块实现ROS地图构建的分步指南: --- ### **一、系统环境搭建** #### 1. 安装Ubuntu 20.04 Server - 下载镜像:从[Ubuntu Raspberry Pi镜像库](https://ubuntu.com/download/raspberry-pi)获取`ubuntu-20.04.5-preinstalled-server-arm64+raspi.img.xz` - 烧录系统:使用`Raspberry Pi Imager`或`dd`命令写入SD卡 - 首次启动后通过SSH连接: ```bash ssh ubuntu@<树莓派IP> # 默认密码为"ubuntu",需首次登录后修改 ``` #### 2. 安装ROS Noetic ```bash sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu focal main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list' sudo apt-key adv --keyserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --recv-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654 sudo apt update sudo apt install ros-noetic-desktop-full echo "source /opt/ros/noetic/setup.bash" >> ~/.bashrc source ~/.bashrc sudo rosdep init && rosdep update ``` --- ### **二、硬件连接配置** #### 1. 引脚分配 | 模块 | 树莓派引脚 | 说明 | |-------------|------------|----------------------| | HC-SR04 Trig| GPIO17 | 超声波触发信号 | | HC-SR04 Echo| GPIO27 | 超声波回波信号 | | SG90 PWM | GPIO18 | 舵机控制信号(PWM) | | SG90 GND | GND | 共用接地 | | SG90 VCC | 外部5V电源 | 避免树莓派供电不足 | > 📌 注意:建议为舵机单独供电,树莓派GPIO最大输出电流为16mA --- ### **三、ROS驱动开发** #### 1. 创建工作空间 ```bash mkdir -p ~/ultrasonic_ws/src cd ~/ultrasonic_ws/src catkin_create_pkg ultrasonic_driver rospy std_msgs sensor_msgs ``` #### 2. 编写舵机控制节点 `servo_control.py` ```python #!/usr/bin/env python3 import rospy from std_msgs.msg import Float32 import RPi.GPIO as GPIO GPIO.setmode(GPIO.BCM) GPIO.setup(18, GPIO.OUT) pwm = GPIO.PWM(18, 50) # 50Hz PWM频率 pwm.start(0) def set_angle(angle): duty = angle / 18 + 2.5 # SG90角度转占空比公式 pwm.ChangeDutyCycle(duty) rospy.sleep(0.5) if __name__ == '__main__': rospy.init_node('servo_controller') for angle in range(0, 181, 10): # 0-180度步进扫描 set_angle(angle) ``` #### 3. 编写超声波驱动节点 `ultrasonic_node.py` ```python #!/usr/bin/env python3 import rospy from sensor_msgs.msg import Range import RPi.GPIO as GPIO import time GPIO.setmode(GPIO.BCM) TRIG = 17 ECHO = 27 def get_distance(): GPIO.output(TRIG, True) time.sleep(0.00001) GPIO.output(TRIG, False) while GPIO.input(ECHO) == 0: pulse_start = time.time() while GPIO.input(ECHO) == 1: pulse_end = time.time() return (pulse_end - pulse_start) * 17150 # 计算距离(cm) if __name__ == '__main__': rospy.init_node('ultrasonic_sensor') pub = rospy.Publisher('ultrasonic_data', Range, queue_size=10) msg = Range(radiation_type=Range.ULTRASOUND, field_of_view=0.26) while not rospy.is_shutdown(): msg.range = get_distance() pub.publish(msg) rospy.sleep(0.1) ``` --- ### **四、SLAM实现** #### 1. 安装必要功能包 ```bash sudo apt install ros-noetic-gmapping ros-noetic-map-server ``` #### 2. 创建激光数据转换节点 将超声波数据转换为`LaserScan`格式: ```python # laserscan_converter.py from sensor_msgs.msg import LaserScan import rospy class ScanConverter: def __init__(self): self.scan_pub = rospy.Publisher('/scan', LaserScan, queue_size=10) self.current_angle = 0 def ultrasonic_callback(self, data): scan = LaserScan() scan.header.stamp = rospy.Time.now() scan.header.frame_id = "laser" scan.angle_min = -3.14 scan.angle_max = 3.14 scan.range_min = 0.02 scan.range_max = 4.0 scan.ranges = [data.range] # 简化为单点扫描 self.scan_pub.publish(scan) ``` #### 3. 启动SLAM 创建`mapping.launch`: ```xml <launch> <node pkg="ultrasonic_driver" type="servo_control.py" name="servo"/> <node pkg="ultrasonic_driver" type="ultrasonic_node.py" name="ultrasonic"/> <node pkg="ultrasonic_driver" type="laserscan_converter.py" name="scan_converter"/> <node pkg="gmapping" type="slam_gmapping" name="slam"> <param name="delta" value="0.05"/> <param name="maxUrange" value="4.0"/> </node> </launch> ``` --- ### **五、运行与测试** ```bash roslaunch ultrasonic_driver mapping.launch # 新终端中启动RViz观察地图 rosrun rviz rviz -d `rospack find nav2d_karto`/rviz/navigation.rviz # 保存最终地图 rosrun map_server map_saver -f ~/ultrasonic_map ``` --- ### **常见问题处理** 1. **GPIO权限问题**: ```bash sudo usermod -a -G gpio $USER sudo reboot ``` 2. **超声波数据不稳定**: - 增加软件滤波:连续采样5次取中值 - 确保测量环境无强声波干扰 3. **地图精度优化**: - 降低舵机步进角度(改为5°) - 调整gmapping参数: ```xml <param name="angularUpdate" value="0.1"/> <param name="linearUpdate" value="0.1"/> ``` > 💡 提示:超声波SLAM适用于小范围环境(<4m),建议结合IMU数据提升建图精度
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