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前言
在使用ROS的过程中，不可避免的会遇到要自己手动编写驱动、节点、行为库、服务、消息等内容，尤其是需要一些传感器，而所需传感器没有相关ROS驱动时，下面将讲述的是在使用的传感器中，没有ROS驱动时，我们将如何使用该传感器。
在接下来的博客中将根据本身经验来编写一些ROS相关内容，权当是作为记忆来分享。
ROS驱动——点激光扫描仪
下面将讲述使用ROS官方未有的传感器来作为样例，我使用的是莱旭光电的CHT-10点激光传感器作为 介绍，首先这款传感器通信协议部分比较简单，基本上打开串口就可以读出数据，在将数据进行转换就可以得到想要的距离，比较方便，免去复杂的部分，对教程也有帮助，毕竟教程主要讲述的是ROS驱动部分。
相关ROS驱动代码可以在github上找到进行下载：https://github.com/Playfish/cht10_node
CHT-10是点激光，扫描范围是0.05-10m，真实的应该是0.15-10m，10m未测试，不过0.15盲区还是有的。
下图是CHT-10的通信协议部分介绍：
可以看到想要的数据在9~12位（四字节），得到的数据需要除以1000才能得到真实的距离（米），ROS消息中基本单位是米。
消息选定
关于选择什么消息作为该传感器的ROS消息，这个相对来说不是很重要，不过作为通用项来说，尽量向通用靠近（即使用ROS官方消息定义，而不是自己定义消息）。目前激光消息的话，有两个选择，第一个是sensor_msgs/LaserScan消息类型，不过该消息类型适合有角度的传感器，即180°或360°的2D雷达或激光，而目前使用的激光是单点类型，和激光笔差不多，只有一个点，那么可以选择sensor_msgs/Range消息类型，该消息类型适用于超声波传感器、红外传感器单点类型，CHT-10就用这个类型。
关于该消息：可以查看sensor_msgs/Range
准备工作
传感器选型选定、通信消息选定，那么接下来还需要做：
- Frame_id：Frame在ROS中作用至关重要，消息将和TF绑定才可以读取数据，在这里作为通用可配置，暂定内容为：laser，用户可自定义设置（通过ROS Parameters设置）。
- 串口：避免和其他传感器串口冲突，因此在这里预留出一个串口设置参数，用户可以自定义设置（通过ROS Parameters设置）。
- 话题：消息内容需要通过话题发布，并且话题需要唯一，不然容易崩溃，在这里选择话题为“range”
当然以上部分可以不考虑，这个是作为通用型需要考虑的，暂时可以先忘记以上部分，下面开启代码部分
测试代码编写
在这部分，主要先编写测试代码，如果测试代码无问题，就可以写到node中，测试代码和ROS无关系，只是通过串口读取数据，并且在终端显示出来，整体思路如下：
传感器选择 -> 测试程序测试（类似串口助手） -> ROS node绑定（将测试程序读取部分加入到ROS中） -> 将node加入到nodelet中封装
下面是测试程序部分，也可以在cht10_node/test中找到，名为test_cht10.cpp：
#include <string>
#include <cht10_node/seiral_func.hpp>
#include <cstdlib>
#include <iostream>
#include <stdint.h>
#define BUFSIZE 17
int main(int argc, char** argv){
cht10_seiral_func::Cht10Driver cht10driver_;
std::string serialNumber_;
serialNumber_ = "/dev/ttyUSB0";
int baudRate_ = 115200;
std::stringstream ostream;
int fd, len, rcv_cnt;
bool success_flag;
char buf[40], temp_buf[BUFSIZE],result_buf[BUFSIZE];
int laser_data=0;
char data_buf[4];
rcv_cnt = 0;
success_flag = false;
memset(buf, 0xba, sizeof(buf));
memset(temp_buf, 0xba, sizeof(temp_buf));
memset(result_buf, 0xba, sizeof(result_buf));
fd = open(serialNumber_.c_str(), O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY );
if(fd < 0){
std::cout<<"Open Serial: "<<serialNumber_.c_str()<<" Error!";
exit(0);
}
cht10driver_.UART0_Init(fd,baudRate_,0,8,1,'N');
while(1){
len = cht10driver_.UART0_Recv(fd, buf,40);
if(len>0){
for(int i = 0; i < len; i++){
if(rcv_cnt<=BUFSIZE){
result_buf[rcv_cnt++] = buf[i];
if(rcv_cnt == BUFSIZE){
success_flag = true;
}
}//end if
else{
/****
* checkout received data
*/
// std::cout<<"Received data, with :[";
// for(int j=0;j<BUFSIZE;j++){
// printf("%c ",(unsigned char) result_buf[j]);
// }
// printf("] \n");
success_flag = false;
for(int count = 0; count < 4; count++){
data_buf[count] = result_buf[9+count];
}
sscanf(data_buf, "%x", &laser_data);
std::cout<<"sensor data:"<<laser_data<<", Distance: "<<(double)laser_data/1000<<std::endl;
/****
* data writing end
*/
if('~' == buf[i]){
rcv_cnt = 0;
result_buf[rcv_cnt++] = buf[i];
}
}//end else
}//end for
}
}
}
我将串口部分封装成一个类名为Cht10Driver，该类包含串口读/写部分、初始化。
通过使用catkin_make可以得到一个名为test_cht10的可执行文件，使用./test_cht10可以运行，将CHT-10插入到电脑上，并且电脑只有一个ttyUSB0，就可以读取数据，数据将显示为sensor data: 传感器毫米数据， Distance: 传感器米数据。
ROS驱动编写
上部分讲述了测试程序编写，主要作用是通过串口读取传感器数据，那么得到传感器数据之后，就可以将传感器数据填充到ROS消息中，然后通过话题形式发布出去，如下是将传感器数据填充到ROS消息并封装成nodelet类的主要部分：
完整代码可以查看： cht10_node.cpp
/**
* @file /Cht10_serial_func/src/Cht10_serial_func.cpp
*
* @brief Implementation for dirver with read data from Cht10 nodelet
*
* @author Carl
*
**/
/*****************************************************************************
** Includes
*****************************************************************************/
#include <string>
#include <ros/ros.h>
#include <std_msgs/String.h>
#include <nodelet/nodelet.h>
#include <ecl/threads/thread.hpp>
#include <sensor_msgs/LaserScan.h>
#include <sensor_msgs/Range.h>
#include <pluginlib/class_list_macros.h>
#include <cht10_node/seiral_func.hpp>
namespace cht10_seiral_func{
class Cht10Func : public nodelet::Nodelet{
#define BUFSIZE 17
#define SCALE 1000
public:
Cht10Func() : shutdown_requested_(false),serialNumber_("/dev/USB0"),frame_id("laser"){}
~Cht10Func(){
NODELET_DEBUG_STREAM("Waiting for update thread to finish.");
shutdown_requested_ = true;
update_thread_.join();
}
virtual void onInit(){
ros::NodeHandle nh = this->getPrivateNodeHandle();
std::string name = nh.getUnresolvedNamespace();
nh.getParam("serialNumber", serialNumber_);
nh.getParam("baudRate", baudRate_);
nh.getParam("frame_id", frame_id);
rcv_cnt = 0;
success_flag = 0;
fd = open(serialNumber_.c_str(), O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY );
if(fd < 0){
ROS_ERROR_STREAM("Open Serial: "<<serialNumber_.c_str()<<" Error!");
exit(0);
}
int countSeq=0;
scan_pub = nh.advertise<sensor_msgs::Range>("range",100);
memset(buf, 0, sizeof(buf));
memset(temp_buf, 0, sizeof(temp_buf));
memset(result_buf, 0, sizeof(result_buf));
Cht10driver_.UART0_Init(fd,baudRate_,0,8,1,'N');
ROS_INFO_STREAM("Open serial: ["<< serialNumber_.c_str() <<" ] successful, with idex: "<<fd<<".");
NODELET_INFO_STREAM("Cht10Func initialised. Spinning up update thread ... [" << name << "]");
update_thread_.start(&Cht10Func::update, *this);
}
double data_to_meters(int &data, int scale){
return (double)data/scale;
}
void publish_scan(ros::Publisher *pub,
double nodes, ros::Time start,
std::string frame_id){
float final_range;
sensor_msgs::Range range_msg;
range_msg.field_of_view = 0.05235988;
range_msg.max_range = 10.0;
range_msg.min_range = 0.05;
range_msg.header.frame_id = frame_id;
range_msg.radiation_type = sensor_msgs::Range::INFRARED;
if(nodes > range_msg.max_range){
final_range = std::numeric_limits<float>::infinity();
}else if(nodes < range_msg.min_range){
final_range = -std::numeric_limits<float>::infinity();
}else{
final_range = nodes;
}
range_msg.header.stamp = start;
range_msg.header.seq = countSeq;
range_msg.range = final_range;
scan_pub.publish(range_msg);
}
bool get_scan_data(){
len = Cht10driver_.UART0_Recv(fd, buf,40);
if(len>0){
for(int i = 0; i < len; i++){
if(rcv_cnt<=BUFSIZE){
result_buf[rcv_cnt++] = buf[i];
if(rcv_cnt == BUFSIZE){
success_flag = true;
}
}//end if
else{
/****
* checkout received data
*/
success_flag = false;
for(int count = 0; count < 4; count++){
data_buf[count] = result_buf[9+count];
}
sscanf(data_buf, "%x", &laser_data);
//std::cout<<"sensor data:"<<laser_data<<std::endl;
/****
* data writing end
*/
if('~' == buf[i]){
rcv_cnt = 0;
result_buf[rcv_cnt++] = buf[i];
}
}//end else
}//end for
}
}
private:
void update(){
rcv_cnt = 0;
success_flag = 0;
laser_data = 0;
ros::Rate spin_rate(50);
memset(buf, 0, sizeof(buf));
memset(temp_buf, 0, sizeof(temp_buf));
memset(result_buf, 0, sizeof(result_buf));
ROS_INFO_STREAM("Begin receive data from "<<serialNumber_.c_str()<<", with idex:"<<fd<<".");
fd = open(serialNumber_.c_str(), O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY );
Cht10driver_.UART0_Init(fd,baudRate_,0,8,1,'N');
while (! shutdown_requested_ && ros::ok())
{
start_scan_time = ros::Time::now();
success_flag = get_scan_data();
//Send data
publish_scan(&scan_pub, data_to_meters(laser_data,SCALE),
start_scan_time, frame_id);
spin_rate.sleep();
countSeq++;
}
ROS_INFO_STREAM("Shotdown and close serial: "<<serialNumber_.c_str()<<".");
Cht10driver_.UART0_Close(fd);
}
private:
int fd, len, rcv_cnt;
int success_flag;
char buf[40], temp_buf[BUFSIZE],result_buf[BUFSIZE];
Cht10Driver Cht10driver_;
ecl::Thread update_thread_;
bool shutdown_requested_;
ros::Publisher scan_pub;
int laser_data;
char data_buf[4];
// ROS Parameters
std::string serialNumber_;
int baudRate_;
int countSeq;
std::string frame_id;
ros::Time start_scan_time;
};
} //namespace Cht10_serial_func
PLUGINLIB_EXPORT_CLASS(cht10_seiral_func::Cht10Func,
nodelet::Nodelet);
其中get_scan_data()函数，就是测试代码内容，得到数据后将数据发送到publish_scan()函数中，就可以发布传感器数据了。
测试
代码完成后，按照格式进行编写CMakeList、package文件，运行catkin_make就可以得到名为cht10_node.so动态库，运行launch文件即可加载，命令如下：
roslaunch cht10_node standalone.launch
如果一切成才，运行rostopic list 可以得到/range话题。
使用rostopic echo /range就可以得到传感器的ROS消息内容，包括传感器距离。
或者直接运行
roslaunch cht10_node view_range.launch
就可以看到图形化形式为传感器数据。
