ROS串口通信简析(一)——串口发送

ROS节点程序运行过程中需要获取机器人的传感器信息和发送控制指令，因此不可避免要与机器人进行通信，常见的通讯方式有串口、CAN和网口等，其中串口最为普遍。

ROS通过自带的 serial 包连接串口设备，进行串口通信，需要提前安装 serial 包：

sudo apt-get install ros-melodic-serial

串口通信根据数据传输方向可以分为 串口发送 和 串口接收 。

通过串口发送数据时，需要明确发送机制，常见的发送机制有：

定时发送是通过设定定时器，以 固定频率 发送数据包；

触发条件发送是通过条件判断语句，判断某个标志位或某个事件发生后，再发送数据包，特点是 频率不固定 。

发送数据分为两个步骤：

由此可知buffer数据结构需要可同时被这两个步骤访问，buffer需要为全局变量。

首先根据通信协议定义buffer中的帧头、帧尾等固定内容，然后接收别的Topic，获取待发送数据，把获取的数据填入到协议的数据段，最后根据数据段计算校验码。

1 订阅发送数据的Topic
serial_sub = nhsubscribe("/joy", 10, &DecodeFrame::serial_sub_callback,this);

2 根据Topic填入数据段和校验

1 创建定时回调函数
首先需要创建一个定时器，设定发送频率，并指定回调函数名称
write_rs232_timer = nhcreateTimer(ros::Duration(001), &DecodeFrame::CB_write_rs232_Cycle, this);

2 通过 serial 将buffer数据写入串口设备

实例化串口对象，并打开串口

发送数据到串口设备上

注意1：发送数据节点挂掉

若发送数据Topic的节点挂掉后，由于buffer是全局变量，buffer的数据段会一直是上一帧的数据，不会再改变，为避免上述情况，在将数据写入串口设备后， 将数据段清零。

注意2：joystick包发送机制
在使用PS3/PS4、Xbox手柄时，使用ros-melodic-joy包获取摇杆数据，手柄的遥杆或者按键如果一直处于同一位置（初始零位和最大值）只会发送一帧数据，不会连续发送， 只有当摇杆数据变化时，才会发送数据。

因此使用 rostopic hz /joy 会显示没有msg信息传输，所以串口程序不会进回调函数获取发送数据，但是数值确实是一直保持的， 所以就不能将数据段清零。

触发条件发送与定时发送相比的最大不同之处在于发送频率不同，不需要设置定时器，在满足条件后直接将数据写入串口即可。

不同的型号是不同的，一般只能一对一。
康海时代（新三板挂牌代码：833422 ）秉承“因为用心、所以专业”的经营理念，努力打造工业领域设备联网产业优质品牌。
围绕这一目标，公司形成了以科技创新为引领，以市场应用为导向，以产学研合作为载体，以项目开发为主体的创新机制， 通过掌握高集成度、低功耗、低成本基础嵌入式平台技术，高性能通用嵌入式平台技术，方便统一的设备联网管理软件技术和 基于ARM Cortex M系列平台的协议接口拓展技术，专业从事物联网通信领域串口通讯设备和网络通信产品的研发、生产、销售 及提供物联网通信解决方案。

人类生存于世，少不了沟通。沟通使人类互相认知，传递信息，提升生活品质。但然单片机也需要，不然单单一个机器，无法构成一个系统，发挥更大的力量。只有单片机与外围设备传递信息，互相反馈才会有一个完美的系统。串行口通信就被发明出来，下面来了解串行口通信（uart）。

为了能更好理解串行口通信，在介绍它之前，先来看看几个概念，补充知识，方便深入明白uart工作原理。

串行通信有两种，一位异步串行通信，二为同步串行通信。
异步串行通信 ：异步串行通信是指通信双方以一个字符（包括特定附加位）作为数据传输单位且发送方传送字符的间隔时间不一定，具有不规则数据段传送特性的串行数据传输。
同步串行通信 ：所谓同步通信是指在约定的通信速率下，发送端和接收端的时钟信号频率和相位始终保持一致（同步），这就保证了通信双方在发送和接收数据时具有完全一致的定时关系。
两种串行通信不同就只有时间，在发送字符时，异步可以是不同时间间隔发送，但同步只能以固定的时间间隔发送。

波特率 ：波特率表示每秒钟传送的二进制位数，是衡量数据传送速率的指标，它用单位时间内载波调制状态改变的次数来表示。
相互通信的甲乙双方必须具有相同的波特率，不然无法成功完成串行通信。

52单片机具有一个全双工串行通信口。一个全双工UART（通用异步接收发送器）的串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信；片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接。最佳振荡频率为6M—12M。管脚RXD( P30),TXD(P31)与串口通信有关。波特率可以设置。

串行口通信与三个寄存器有关，分别是:

这个寄存器只有SMOD位与串行口通信有关。系统复位默认为SMOD=0。当为用52单片机的定时器2产生波特率时，波特率不受SMOD影响。用定时器1产生波特率时，不去设置，就默认为0，波特率正常，设置为1时，波特率加倍。

串行口为10位通用异步接口。发送或接收一帧数据信息为10位，包括1位起始位“0”、8位数据位、1位停止位“1”。发送数据：数据从TXD端口输出，当数据写入发送缓冲器SBUF时，就启动发送器发送。发送完一帧数据后，置中断标志TI=1，申请中断，通知CPU可以发送下一个数据了。接收数据：首先使REN=1（允许接收数据），串行口从RXD接收数据，当采样到1至0跳变时，确认是起始位“0”，就开始接收一帧数据，当接收完一帧数据时，置中断标志RI=1，申请中断，通知CPU从SBUF取走接收到的数据 。

溢出速率即溢出频率，只要算出定时器每溢出一次所需要的时间T,那溢出率就是1/T。计算在没有波特率加倍（SMOD=0）的情况下，波特率为9600bps时怎样赋值计数器。这里说明一下，由于波特率是需要很精确的，不然通信会出错。如果采用定时器工作模式1，采用人工重载，会有较大误差，因为进入中断函数也需要时间，累积时间就会出错。所以这里运用工作模式2，8位自动重装。计数器自动重装不需人工干预，减少误差。
对照上面公式，波特率不加倍，SMOD=0,工作模式2，那n=8，波特率=9600，就可以算出x=253，十六进制为fd。

范例1是将接受的数据原封不动发送出去。采用查询法，故不需要打开串口中断，不用中断函数。只需不断查询TI,RI的值，就知道数据接收发送情况。

与范例1如出一撤，就不详细注释。

在串口通信中，方式1是最常用的，要认真理解方式1。串行数据一位一位的已经不用处理了，52单片机已经有一个模块处理完了。只要知道接收一个数据，产生一次接收中断，要软件置0，发送一个数据会产生一次发送中断，也要软件置0。自行置0，处理好数据就OK。下一篇将介绍其他三种方式，欢迎关注。

---