micro_ros实现ESP32与旭日X3派通信

本指南将手把手带领你实现 micro_ros 通讯机制，使下位机（如 ESP32）通过串口与上位机（如旭日 x3派）成功连接，并作为 ROS 2 的一个节点发布 Twist 消息，从而控制 turtlesim 中的小乌龟运动。无需编写复杂的通讯协议，即可轻松打通上下位机之间的数据通路。

环境搭建准备

• 上位机：旭日 x3派（ROS 2 foxy + Ubuntu 20.04）
• 下位机：M5stack Atom Lite（ESP32 核心）

0. 安装 micro_ros 与 micro_ros_arduino

详细安装步骤请参考我之前撰写的记录：https://zhuanlan.zhihu.com/p/540924221

特别提醒：

• 2GB 内存的旭日 x3派务必开启 swap 交换空间，否则 micro_ros_agent 在编译过程中极易因内存不足而失败。
• 网络环境必须能够稳定访问 GitHub，否则很可能安装失败。

1. 下位机配置

1.1 Arduino 支持包安装

本教程使用的下位机为 M5stack Atom Lite（ESP32），采用 Arduino 框架开发。理论上，所有支持 Arduino 开发的嵌入式平台均可适用。

提示：请务必安装与你所使用的嵌入式平台相对应的 Arduino 支持包。

正确安装 M5stack 支持包后，在 Arduino 开发板管理器中应能看到 M5 stack 相关的开发板选项。

1.2 下位机代码

请将以下代码完整复制到 Arduino IDE 中，然后烧录至下位机。

#include 

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#include  //changed!

rcl_publisher_t publisher;
geometry_msgs__msg__Twist msg; //changed!-->modify msg type

rclc_executor_t executor;
rclc_support_t support;
rcl_allocator_t allocator;
rcl_node_t node;
rcl_timer_t timer;

#define LED_PIN 27 //changed!-->Modify M5 stack Atom Lite LED pin

#define RCCHECK(fn) { rcl_ret_t temp_rc = fn; if((temp_rc != RCL_RET_OK)){error_loop();}}
#define RCSOFTCHECK(fn) { rcl_ret_t temp_rc = fn; if((temp_rc != RCL_RET_OK)){}}

void error_loop(){
  while(1){
    digitalWrite(LED_PIN, !digitalRead(LED_PIN));
    delay(100);
  }
}

void timer_callback(rcl_timer_t * timer, int64_t last_call_time){
  RCLC_UNUSED(last_call_time);
  if (timer != NULL) {
    RCSOFTCHECK(rcl_publish(&publisher, &msg, NULL));
    static int cnt = 0;
    msg.linear.x = 0.2; //const linear.x
    msg.angular.z = 1.0 - 0.001*cnt; //variable angular.z
    cnt++;
  }
}

void setup() {
  set_microros_transports();

  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
  digitalWrite(LED_PIN, HIGH);

  delay(2000);

  allocator = rcl_get_default_allocator();

  //create init_options
  RCCHECK(rclc_support_init(&support, 0, NULL, &allocator));

  // create node
  RCCHECK(rclc_node_init_default(&node, "micro_ros_arduino_node", "", &support));

  // create publisher
  RCCHECK(rclc_publisher_init_default(
    &publisher,
    &node,
    ROSIDL_GET_MSG_TYPE_SUPPORT(geometry_msgs, msg, Twist),
    "turtle1/cmd_vel")); //changed!-->modify topic name

  // create timer,
  const unsigned int timer_timeout = 1000;
  RCCHECK(rclc_timer_init_default(
    &timer,
    &support,
    RCL_MS_TO_NS(timer_timeout),
    timer_callback));

  // create executor
  RCCHECK(rclc_executor_init(&executor, &support.context, 1, &allocator));
  RCCHECK(rclc_executor_add_timer(&executor, &timer));

  // changed!-->msg initialization
  msg.linear.x=0;
  msg.linear.y=0;
  msg.linear.z=0;
  msg.angular.x=0;
  msg.angular.y=0;
  msg.angular.z=0;
}

void loop() {
  delay(100);
  RCSOFTCHECK(rclc_executor_spin_some(&executor, RCL_MS_TO_NS(100)));
}

1.3 代码解析

本代码基于 micro_ros_arduino 的示例 micro-ros_publisher 修改而来，主要改动点如下：

• 引入 Twist 消息类型并定义变量
  #include
geometry_msgs__msg__Twist msg;
• 将 Twist 消息的六个分量初始化为 0
  

  msg.linear.x=0; msg.linear.y=0; msg.linear.z=0;
  msg.angular.x=0; msg.angular.y=0; msg.angular.z=0;

• 修改发布的 topic 名称 为 "turtle1/cmd_vel"，与 ROS 2 中 turtlesim 接收的 topic 保持一致。
  

  RCCHECK(rclc_publisher_init_default(
      &publisher,
      &node,
      ROSIDL_GET_MSG_TYPE_SUPPORT(geometry_msgs, msg, Twist),
      "turtle1/cmd_vel"));

• 在定时器回调函数中设置线速度恒定、角速度变化
  线速度 linear.x 固定为 0.2，角速度 angular.z 从 1.0 开始递减。
  

  msg.linear.x = 0.2; //const linear.x
  msg.angular.z = 1.0 - 0.001*cnt; //variable angular.z
  cnt++;

• 修改 LED 灯管脚号（非必须，可根据实际硬件调整）
  #define LED_PIN 27

2. 上位机配置

将下位机代码烧录完成后，通过 USB 串口线将下位机连接到上位机。本例使用 USB 串口进行通信。

提示：为了显示 turtlesim 图形界面，旭日 x3派需要连接 HDMI 显示器或通过 VNC 远程连接。本教程采用 VNC 方式。

打开上位机终端，依次执行以下命令：

• 配置 ROS 环境并进入 micro_ros 工作空间

  source /opt/tros/setup.bash   # 或者 source /opt/ros/foxy/setup.bash
  cd /microros_ws/
  source install/setup.bash     # 也可以将这些命令添加到 ~/.bashrc

• 提升串口读写权限（请确认你的串口设备名，这里以 ttyUSB0 为例）
  

  sudo chmod -R 777 /dev/ttyUSB0

• 启动 micro_ros_agent，等待下位机连接
  

  ros2 run micro_ros_agent micro_ros_agent serial --dev /dev/ttyUSB0

• 按下下位机上的复位键（这一步非常关键！）
  
• 另开一个终端，启动 turtlesim_node
  

  ros2 run turtlesim turtlesim_node

此时，你应该能看到小乌龟开始运动，并且其轨迹呈螺旋状（线速度恒定，角速度逐渐减小）。

3. 其他注意事项

• 发布频率：示例代码中定时器周期为 1000ms，即 1Hz。你可以将 timer_timeout 改小（例如 100ms）来提高发布频率，实测 10Hz 无问题。但若需达到 100Hz 以上，必须使用 rclc_publisher_init_best_effort 代替 rclc_publisher_init_default。
• QoS 兼容性：best_effort 的发布者需要同样为 best_effort 的订阅者才能接收。而 turtlesim 默认使用 reliable 的 QoS，因此即使改用 best_effort 发布 twist，小乌龟也不会运动。关于 QoS 兼容性，可参考 ROS 2 官方文档。

常见问题 (FAQ)

• Q: 为什么按下复位键后 agent 才识别到下位机？
  A: micro_ros_agent 需要在下位机启动时主动发起连接。复位操作会重启下位机，让 micro_ros 的初始化函数重新执行，从而完成握手。如果你在烧录后直接插拔电源，效果是一样的。
• Q: 如何修改下位机发布的消息类型？
  A: 替换头文件（例如 #include ），将 msg 变量改为对应类型，并在 rclc_publisher_init_default 中传入正确的类型支持宏（如 ROSIDL_GET_MSG_TYPE_SUPPORT(std_msgs, msg, Int32)）。
• Q: 串口连接后 agent 无反应怎么办？
  A: 检查串口权限（是否执行了 sudo chmod），确认下位机代码已正确烧录且复位有效。也可以尝试更换 USB 口或重启上位机。
• Q: 下位机 LED 快速闪烁代表什么？
  A: 这说明代码进入了 error_loop()，通常是因为 micro_ros 初始化失败（例如串口未连接、ROS 2 环境未正确加载）。请检查串口连接和 agent 是否已启动。

本文转自地平线开发者社区

原作者：Tianci

原链接：https://developer.horizon.ai/forumDetail/98129540173361336

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