《ROS原理與技術(shù)應(yīng)用》能力模塊四掌握線控底盤的調(diào)試方法

任務(wù)一實(shí)現(xiàn)自動駕駛系統(tǒng)的遠(yuǎn)程登錄導(dǎo)入隨著自動駕駛技術(shù)的不斷發(fā)展，在L3級別的自動駕駛面臨的最大的挑戰(zhàn)是循序雙手暫時離開方向盤，而更高級別的自動駕駛則需要達(dá)到解放雙手雙腳以及眼睛的效果，完全依靠感知層、決策層和執(zhí)行層來控制汽車自動駕駛。目錄

CONTENTS0102串口通信的定義串口通信在智慧貓上的應(yīng)用03ros_arduino_bridge通信包的文件結(jié)構(gòu)新授一、串口通信的定義串行接口簡稱串口，也稱串行通信接口（通常指COM接口），是采用串行通信方式的擴(kuò)展接口。

串口通信（SerialCommunications）是指指外設(shè)和計(jì)算機(jī)間，通過數(shù)據(jù)信號線、地線、控制線等，按位（bit）發(fā)送和接收字節(jié)，進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)的一種通訊方式。盡管比按字節(jié)（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時用另一根線接收數(shù)據(jù)。它很簡單并且能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。

串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗(yàn)。對于兩個進(jìn)行通信的端口，這些參數(shù)必須匹配。下面將對波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗(yàn)這幾個概念進(jìn)行簡單介紹一、串口通信的定義1波特率這是一個衡量字符傳輸速率的參數(shù)，配置了波特率就知道了傳輸每個位（bit）所需要的時間。波特率指的是信號被調(diào)制以后在單位時間內(nèi)的變化，即單位時間內(nèi)載波參數(shù)變化的次數(shù)，如每秒鐘傳送240個字符，而每個字符格式包含10位（1個起始位，1個停止位，8個數(shù)據(jù)位），這時的波特率為240Bd，比特率為10位*240個/秒=2400bps。波特率不能隨意設(shè)定，因?yàn)橥ㄐ烹p方需要事先設(shè)定先溝通的波特率才能通信成功，否則接收不到通信內(nèi)容。一般最常見的波特率是9600或115200（低端單片機(jī)如51常用9600，高端單片機(jī)和嵌入式SOC常用115200）。2數(shù)據(jù)位這是衡量通信中實(shí)際數(shù)據(jù)位的參數(shù)。當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)送一個信息包，實(shí)際真正有效數(shù)據(jù)位數(shù)是可以選擇的，標(biāo)準(zhǔn)的值是6~8位。如何設(shè)置取決于你想傳送的信息。比如，標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼是0～127（7位）。擴(kuò)展的ASCII碼是0～255（8位）。如果數(shù)據(jù)使用簡單的文本（標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼），那么每個數(shù)據(jù)包使用7位數(shù)據(jù)。一、串口通信的定義3停止位用于表示單個包的最后一位。典型的值為1，1.5和2位。由于數(shù)據(jù)是在傳輸線上定時的，并且每一個設(shè)備有其自己的時鐘，很可能在通信中兩臺設(shè)備間出現(xiàn)了小小的不同步。因此停止位不僅僅是表示傳輸?shù)慕Y(jié)束，并且提供計(jì)算機(jī)校正時鐘同步的機(jī)會。適用于停止位的位數(shù)越多，不同時鐘同步的容忍程度越大，但是數(shù)據(jù)傳輸率同時也越慢。4奇偶校驗(yàn)位在串口通信中一種簡單的檢錯方式。有四種檢錯方式：偶、奇、高和低。當(dāng)然沒有校驗(yàn)位也是可以的。對于偶和奇校驗(yàn)的情況，串口會設(shè)置校驗(yàn)位（數(shù)據(jù)位后面的一位），用一個值確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有偶個或者奇?zhèn)€邏輯高位。例如，如果數(shù)據(jù)是011，那么對于偶校驗(yàn)，校驗(yàn)位為0，保證邏輯高的位數(shù)是偶數(shù)個。如果是奇校驗(yàn)，校驗(yàn)位為1，這樣就有3個邏輯高位。高位和低位不真正的檢查數(shù)據(jù)，簡單置位邏輯高或者邏輯低校驗(yàn)。這樣使得接收設(shè)備能夠知道一個位的狀態(tài)，有機(jī)會判斷是否有噪聲干擾了通信或者是否傳輸和接收數(shù)據(jù)是否不同步。一、串口通信的定義實(shí)際的串口通訊的數(shù)據(jù)包傳輸過程是發(fā)送設(shè)備通過自身的TXD接口傳輸?shù)浇邮赵O(shè)備的RXD接口。其數(shù)據(jù)包內(nèi)容為：起始位、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位以及停止位組成，通信雙方的數(shù)據(jù)包格式需要約定一致才能正常的收發(fā)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包的具體構(gòu)成如圖二、串口通信在智慧貓上的應(yīng)用當(dāng)我們想要具體利用決策單元控制智慧貓的底盤之前，我們首先需要了解上位機(jī)與下位機(jī)的概念。上位機(jī)是指可以直接發(fā)出操控命令的計(jì)算機(jī)，通常是PC、hostcomputer、mastercomputer、決策模塊。下位機(jī)是指能夠直接控制設(shè)備運(yùn)作、獲取設(shè)備狀態(tài)信息的計(jì)算機(jī)，一般是指PLC（可編程邏輯控制器，ProgrammableLogicController）、單片機(jī)、slavecomputer等。上位機(jī)發(fā)出命令傳遞給下位機(jī)，下位機(jī)再根據(jù)命令直接控制相應(yīng)設(shè)備。下位機(jī)讀取設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)反饋給上位機(jī)。二、串口通信在智慧貓上的應(yīng)用在智慧貓線控底盤通信中上下位機(jī)分別是串口接收決策單元和線控底盤控制單元。想實(shí)現(xiàn)智慧主控制器與底盤控制器的通信，步驟大致分為以下三步：?將行云橋智慧貓自帶的HDMI接口跟桌面顯示器相連，USB接口連接無線鍵鼠接收器。?打開電源，進(jìn)入到Ubuntu系統(tǒng)。?啟動ROS與arduino的通信節(jié)點(diǎn)。其中智慧貓的線控底盤控制單元（下位機(jī)）通過串口接收決策單元（上位機(jī)）發(fā)送過來的底盤行駛的線速度和角速度，同時，下位機(jī)也通過串口向上位機(jī)發(fā)送四個驅(qū)動電機(jī)的實(shí)時轉(zhuǎn)速。

智慧貓的上位機(jī)采用JetsonNano作為主控模塊（決策模塊），然后通過串口連接至底盤的控制器（ArduinoMega2560）。上位機(jī)JetsonNano上已經(jīng)安裝好了ROS系統(tǒng)，并通過ros_arduino_bridge通信功能包實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)arduino之間的串行通信。三、ros_arduino_bridge通信包的文件結(jié)構(gòu)os_arduino_bridge功能包集包括了Arduino庫（ROSArduinoBridge）和一系列用來控制基于Arduino的ROS功能包，它使用的是標(biāo)準(zhǔn)的ROS消息和服務(wù)，且不依賴于ROS串口。ros_arduino_bridge包含了一個底盤控制器（basecontroller），該底盤控制器是用來控制一個兩輪差速驅(qū)動的機(jī)器人，可以接受ROSTwist格式的消息和發(fā)布里程計(jì)數(shù)據(jù)到主控電腦（上位機(jī)）。目前ros_arduino_bridge功能包支持的電機(jī)驅(qū)動板有PololuVNH5019雙路電機(jī)控制板和PololuMC33926雙路電機(jī)控制板。除了默認(rèn)支持的控制板，我們也可以通過修改代碼來擴(kuò)充其他型號的電機(jī)驅(qū)動板。該軟件包處理支持驅(qū)動電機(jī)，還有一些其他功能:?直接支持各種超聲波傳感器（如：HY-SRF05超聲波模塊）和Sharp紅外測距傳感器（如：GP2D12）?可以從通用的模擬和數(shù)字信號的傳感器讀取數(shù)據(jù)?可以直接控制數(shù)字信息信號的輸出?能夠支出PWM伺服舵機(jī)控制三、ros_arduino_bridge通信包的文件結(jié)構(gòu)接下來，我們來介紹一下ros_arduino_bridge功能包集的整體文件結(jié)構(gòu)。總的來說，ros_arduino_bridge功能包包括四大部分：ros_arduino_bridge模塊、ros_arduino_firmware模塊、ros_arduino_msgs模塊以及ros_arduino_python模塊。具體的內(nèi)部文件結(jié)構(gòu)如圖三、ros_arduino_bridge通信包的文件結(jié)構(gòu)其中ros_arduino_msgs文件夾內(nèi)部包含了ROS使用的各類信息格式和各類服務(wù)。內(nèi)部的msg文件夾內(nèi)容主要用于定義消息，srv文件夾內(nèi)容用于定義服務(wù)。具體包含的功能文件如圖三、ros_arduino_bridge通信包的文件結(jié)構(gòu)其中ros_arduino_python文件夾內(nèi)部包含了上位機(jī)中需要運(yùn)行的主要代碼，由pythonb編寫。內(nèi)部結(jié)構(gòu)為config、launch、nodes和src/ros_arduino_python文件夾。一一對應(yīng)的具體功能文件展示如圖三、ros_arduino_bridge通信包的文件結(jié)構(gòu)在實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)線控底盤主機(jī)與底層控制板Arduino的通信之前，需要確認(rèn)線控底盤的主機(jī)通信包已安裝，必須先啟動底盤通信節(jié)點(diǎn)，相關(guān)命令如下（1）遠(yuǎn)程登錄到線控底盤主機(jī)側(cè)：（2）啟動底盤通信節(jié)點(diǎn)：正確啟動后界面顯示如圖任務(wù)實(shí)施一、任務(wù)準(zhǔn)備（一）軟件、硬件準(zhǔn)備（二）安全要求及注意事項(xiàng)1.安裝好ROS系統(tǒng)的桌面電腦一臺；2.燒錄好智慧貓線控底盤控制系統(tǒng)程序的ArduinoMega2560控制板一塊；11.檢查桌面電腦ROS系統(tǒng)是否已經(jīng)安裝好；22.檢查Arduino板的程序是否已經(jīng)燒錄完成。

檢查桌面電腦ROS系統(tǒng)是否已安裝好實(shí)施步驟有：二、實(shí)施步驟首先需要完成工作空間的創(chuàng)建01編譯與環(huán)境配置02配置線控底盤的參數(shù)03啟動底盤通信節(jié)點(diǎn)04二、實(shí)施步驟（一）創(chuàng)建工作空間并初始化

步驟1：首先需要完成工作空間的創(chuàng)建

（1）在home/inwinic目錄下創(chuàng)建多級文件夾目錄：（2）初始化工作空間：二、實(shí)施步驟（一）創(chuàng)建工作空間并初始化

步驟2：編譯與環(huán)境配置

（2）編譯與環(huán)境配置將配套提供的ros_arduino_bridge功能包拷貝到文件夾目錄/home/inwinic/inwinic_ws/src下，并完成編譯和環(huán)境的配置。編譯的指令如下：環(huán)境的配置指令如下：二、實(shí)施步驟（一）創(chuàng)建工作空間并初始化

步驟3：配置線控底盤的參數(shù)

將Arduino控制板連接至桌面電腦的USB端口，如果是在桌面電腦的虛擬機(jī)上安裝的ROS，需要在虛擬機(jī)窗口欄中選擇“虛擬機(jī)”->“可移動設(shè)備”，在“可移動設(shè)備”列表中找到arduino對應(yīng)的設(shè)備并連接。具體參數(shù)的配置步驟如下：（1）查詢arduino控制板與虛擬機(jī)的連接端口號及權(quán)限設(shè)置：首先查詢端口號：顯示如圖所示：二、實(shí)施步驟（一）創(chuàng)建工作空間并初始化

步驟3：配置線控底盤的參數(shù)

常見設(shè)備連接后，端口顯示一般為ttyUSB*或ttyACM*，“*”代表數(shù)字“0，1，2……”，如果不確定，可以在Arduino控制板連接至上位機(jī)控制板前查詢下端口號，然后在Arduino控制板連接至上位機(jī)控制板后，再查詢下端口號，新增加的端口號即為Arduino控制板的連接端口。在查詢到端口號為/dev/ttyUSB0后，可以通過如下指令查詢端口的權(quán)限：指令執(zhí)行后，顯示如圖所示：紅色標(biāo)注部分表示端口的權(quán)限，詳情如表所示二、實(shí)施步驟（一）創(chuàng)建工作空間并初始化

步驟3：配置線控底盤的參數(shù)

端口在賦予權(quán)限的時候是通過數(shù)字來實(shí)現(xiàn)的，每組權(quán)限r(nóng)wx分別對應(yīng)3位二進(jìn)制數(shù)，然后轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)后的對應(yīng)關(guān)系如表所示：為了實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)之間通過連接端口傳輸數(shù)據(jù)，我們將所有者的權(quán)限、同組用戶權(quán)限、其他用戶權(quán)限都為rwx，即在權(quán)限賦值時設(shè)置權(quán)限值為777即可。指令如下：指令執(zhí)行后，端口所有的權(quán)限均為rwx。二、實(shí)施步驟（一）創(chuàng)建工作空間并初始化

步驟3：配置線控底盤的參數(shù)

（2）修改通信節(jié)點(diǎn)的啟動參數(shù)：打開文件夾目錄ros_arduino_bridge/ros_arduino_python/config，然后打開my_arduino_params.yaml文件（如果沒有該文件，可以復(fù)制arduino_params.yaml文件，然后修改文件名為my_arduino_params.yaml），并進(jìn)行參數(shù)的修改，具體操作指令如下：二、實(shí)施步驟（一）創(chuàng)建工作空間并初始化

步驟3：配置線控底盤的參數(shù)

打開my_arduino_params.yaml參數(shù)后，參考如下內(nèi)容來修改my_arduino_params.yaml文件：（行前面如果包含“#”，代表該行設(shè)定的參數(shù)無效）：特別需要指出的是這個參數(shù)設(shè)置文件內(nèi)，編碼器分辨率（encoder_resolu