讀取多超聲波傳感器

該模塊是一個(gè)開(kāi)源模塊，并提供了配套的ROS節(jié)點(diǎn)，接收串口上傳的數(shù)據(jù)并發(fā)布到指定的Topic上面。

目前支持 HC-SR04 、HY-SRF05和US-015這幾個(gè)型號(hào)超聲波模塊。主要功能如下:

同時(shí)讀取12個(gè)超聲波模塊數(shù)據(jù)，通過(guò)串口打包上傳，頻率為20Hz。

提供配套R(shí)OS節(jié)點(diǎn)程序，可將測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)布到ROS Topic上。

開(kāi)源ROS節(jié)點(diǎn)程序[3]，并提供單片機(jī)端hex文件下載，使用其他單片機(jī)開(kāi)發(fā)板也可以輕易使用。

? 背景

在制作智能小車(chē)、自主導(dǎo)航小車(chē)的過(guò)程中我們通常會(huì)使用超聲波來(lái)彌補(bǔ)小車(chē)的測(cè)量盲區(qū)，或者直接設(shè)計(jì)基于超聲波的避障小車(chē)。

這其中都涉及到多個(gè)超聲波模塊的讀取。一方面我們可以選取市面上已有的串行超聲波模塊通過(guò)IIC或者485總線實(shí)現(xiàn)多個(gè)超聲波級(jí)聯(lián)。

但是如下面表格1所示，市面上級(jí)聯(lián)的超聲波模塊最便宜的也需要100元一個(gè)，這樣12個(gè)成本約為1200元。如果使用其他模塊則更貴。

另一方面超聲波在讀取的時(shí)候需要頻繁調(diào)用定時(shí)器中斷函數(shù)測(cè)量回波電平的寬度實(shí)現(xiàn)距離的測(cè)量。

而這個(gè)過(guò)程會(huì)占用大量的cpu資源，因此我們將這部分功能獨(dú)立出來(lái)為一個(gè)模塊，單獨(dú)使用一個(gè)單片機(jī)去讀取超聲波模塊的數(shù)據(jù)并通過(guò)串口轉(zhuǎn)發(fā)出去。

使用教程

2.1 接線說(shuō)明

如下圖所示，使用模塊時(shí)需連接超聲波模塊

P1-P12 為超聲波連接1-12通道

電源輸入電壓為直流5-12V DC-DC圓孔2.5mm

綠色燈為電源指示燈

紅色燈閃爍頻率大約為20Hz 表示正常測(cè)量過(guò)程

SWD下載接口線序如下圖所示

超聲波接線說(shuō)明：目前支持 HC-SR04 超聲波模塊

HC-SR04模塊接線如下圖所示：
-?紅色——VCC
- 黑色——GND
-?黃色——Trig
-?綠色——Echo

板子安裝孔位置和外形尺寸如下：

2.2 上傳協(xié)議

數(shù)據(jù)格式為：幀頭+數(shù)據(jù)長(zhǎng)度+命令類型+數(shù)據(jù)+校驗(yàn)+幀尾。數(shù)據(jù)上傳頻率為20Hz，波特率使用115200。

幀頭：固定為兩個(gè)字節(jié)：0xAE, 0xEE

數(shù)據(jù)長(zhǎng)度：為所有字節(jié)的和（包含了幀頭和幀尾）

命令類型：固定為：0xA1

數(shù)據(jù)位：包含12個(gè)通道的超聲波測(cè)量值，每個(gè)通道占用2個(gè)字節(jié)，共計(jì)24字節(jié)，采用高位在前方式(大端數(shù)據(jù)模式)發(fā)送，測(cè)量數(shù)據(jù)的單位為mm。即為：[CH1_HSB CH1_LSB … CH12_HSB CH12_LSB]

校驗(yàn)位：所有數(shù)據(jù)位的加和取低八位（包括幀頭和幀尾）

幀尾：固定為兩個(gè)字節(jié) 0xEF,0xFE

ROS節(jié)點(diǎn)使用

3.1 下載與配置

安裝依賴項(xiàng)

sudo apt-get install ros-melodic-rosserialcd catkin_ws/srcgit clone https://github.com/RuPingCen/ultrasonic-ros.git

2.編譯代碼

cd ..catkin_make

3.啟動(dòng)ROS節(jié)點(diǎn)

roslaunch ultrasonic_ros ultrasonic_ros.launch

啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)以后可以看到終端打印輸出的數(shù)據(jù)

4.使用 echo 命令打印查看超聲波的數(shù)據(jù)

rostopic echo /ultrasonic/data

?

5.使用 hz 命令查看話題發(fā)布的頻率

rostopic hz /ultrasonic/data

3.3 常見(jiàn)問(wèn)題-無(wú)串口權(quán)限

啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)時(shí)候提示沒(méi)有串口設(shè)備或者沒(méi)有啟動(dòng)權(quán)限，這時(shí)候需要修改串口權(quán)限。

step1：?檢查是否識(shí)別到USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動(dòng)

查看設(shè)備的ID號(hào) ls /dev/ttyUSB*

這里我們可以通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的方式來(lái)修改串口權(quán)限

sudo chmod 766 /dev/ttyUSB0

上述的方式每次拔插串口以后都需要執(zhí)行修改權(quán)限的命令比較麻煩，可以使用我們的腳本文件把串口權(quán)限寫(xiě)入rule文件中。

step2: 用記事本打開(kāi)“ultrasonic-ros/scripts/ultrasonic.rules” 目錄下的文件，會(huì)看到如下內(nèi)容

cd ultrasonic-ros/scriptsgedit ultrasonic.rules

step3:?這里的1a86和7523 就是上面圖中我設(shè)備的ID號(hào)，這里修改成為你自己的ID號(hào)以后,把文件拷貝到/etc/udev/rules.d目錄下就可以使用 /dev/ultrasonic 替代 /dev/ttyUSB0 來(lái)訪問(wèn)模塊了

sudo cp ultrasonic.rules /etc/udev/rules.d/

更新程序

為了使得沒(méi)有購(gòu)買(mǎi)這個(gè)板子的小伙伴使用我們的程序，我們提供了Hex文件下載。

通過(guò)STLink進(jìn)行燒寫(xiě)程序，對(duì)照我們提供的原理圖接線也可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)超聲波的讀取（需要一定的動(dòng)手能力）。板載芯片為STM32F103C8T6。

SWD下載接口線序如下圖所示：

從ST官方的下載燒寫(xiě)軟件：STM32 ST-LINK utility 4.5.0 安裝時(shí)候一直下一步默認(rèn)即可，安裝完成以后打開(kāi)軟件，使用STLink連接到STM32板子。

接下來(lái)點(diǎn)擊這個(gè)插頭一樣的東西（如果沒(méi)有識(shí)別到就拔插一下STLink下載器）

成功以后就可以看到芯片的信息

接下來(lái)選中g(shù)ithub網(wǎng)頁(yè)中目錄 ultrasonic-ros/reference/hex目錄下的hex文件 ultrasonic_V1.0.0.hex

成功打開(kāi)以后這兩個(gè)地方會(huì)有信息提示成功打開(kāi)文件

接下來(lái)點(diǎn)擊燒寫(xiě)程序

程序下載完成以后扳子上的紅色LED開(kāi)始閃爍表示程序下載成功了

參考資料：

[1]https://github.com/RuPingCen/ultrasonic-ros/tree/master/reference/hex

[2]https://www.st.com/en/development-tools/stsw-link004.html

[3]https://github.com/RuPingCen/ultrasonic-ros

編輯：黃飛

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