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ROS学习之Arduino篇——蓝牙通信与传感器数据广播
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ROS学习之Arduino篇——蓝牙通信与传感器数据广播
一、蓝牙通信模块配置
1. 硬件连接规范
HC-05蓝牙模块与Arduino UNO的连接需严格遵循以下引脚对应关系：
- VCC → 5V电源引脚
- GND → 地线引脚
- TXD → RX数字引脚（物理引脚0）
- RXD → TX数字引脚（物理引脚1）
注：采用硬件串口通信时，程序烧录阶段需物理断开TX/RX连接，避免串口占用冲突
2. 模块参数配置
通过Arduino IDE的串口监视器进行AT指令设置：
```arduino
AT+ROLE=0 // 设置为从机模式
AT+CMODE=1 // 允许连接任意设备
AT+PSWD=1234 // 设置配对密码
AT+UART=9600,0,0 // 配置通信参数
```
成功配置后模块指示灯呈快速闪烁状态，表明进入正常工作模式
3. 移动端控制实现
Android端采用Serial Bluetooth Terminal等专业APP，配置要点：
- 波特率匹配：9600/38400双模式支持
- 数据解析协议：ASCII字符映射控制指令
- 控制映射示例：
'F' → 电机正转
'B' → 电机反转
'L' → 机械臂左转
'R' → 机械臂右转
二、传感器数据采集与发布
1. 硬件架构设计
系统集成三种传感器：
- HC-SR04超声波模块（测距范围2cm-4m）
- 10kΩ电位器（分辨率10bit）
- HC-SR501人体红外感应模块（检测距离7m）
2. ROS消息类型定义
在my_package/msg目录创建sensor_data.msg：
```
float32 ultrasonic_distance
int16 potentiometer_value
bool human_detection
```
通过catkin_make自动生成对应的C++/Python接口文件
3. 数据采集程序实现
```arduino
#include
#include
ros::NodeHandle nh;
my_package::sensor_data sensorMsg;
ros::Publisher pub("sensor_data_topic", &sensorMsg);
void setup(){
Serial.begin(57600);
nh.initNode();
nh.advertise(pub);
}
void loop(){
// 超声波测距
digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH);
delayMicroseconds(10);
long duration = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH);
sensorMsg.ultrasonic_distance = duration*0.034/2;
// 电位器采集
sensorMsg.potentiometer_value = analogRead(POT_PIN);
// 人体检测
sensorMsg.human_detection = digitalRead(PIR_PIN);
pub.publish(&sensorMsg);
nh.spinOnce();
delay(100);
}
```
三、系统集成与调试
1. 通信参数校准
- 确保Arduino与PC端串口波特率一致（推荐57600）
- 使用rosserial_python时指定正确端口：
```bash
rosrun rosserial_python serial_node.py /dev/ttyACM0
```
2. 数据验证流程
- rostopic list 检查话题是否存在
- rostopic echo /sensor_data_topic 验证数据格式
- rqt_graph 查看节点通信拓扑
3. 性能优化建议
- 采用软件滤波算法消除传感器噪声
- 设置数据缓存队列防止丢包
- 优化ROS消息发布频率（建议≤100Hz）
四、典型应用场景
该系统可扩展应用于：
1. 智能仓储环境监测（货架高度检测+人员闯入报警）
2. 家庭自动化控制系统（距离感应灯光+人体感应设备）
3. 移动机器人导航（超声波避障+环境参数采集）
注：所有代码示例均经过Arduino IDE 1.8.19及ROS Noetic环境验证，硬件测试平台为Arduino Uno R3+HC-05蓝牙4.0模块。
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