STM32F103在移动模块中的应用及其与ROS通信的探究：详解STM32基于STM32F103的收发模块设计

前言

尊敬的读者，你好！我在这篇文章中，将带领你了解STM32F103的移动模块和它如何与ROS进行通信。同时，我会深度探讨如何设计一个基于STM32F103的收发模块。在此，我需要强调一下，我并非专家，我只是一个在学习和探索中不断尝试的工程师。如果在文章中有不准确或者错误的地方，欢迎你进行指正。

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一、STM32F103与移动模块的应用

在我们开始讨论STM32F103如何与移动模块交互之前，让我们先简单介绍一下STM32F103。STM32F103是STMicroelectronics（ST）公司的一款32位Flash微控制器，它基于ARM Cortex-M3核心，具有高性能、低功耗、实时能力强和更强的嵌入式功能。

STM32F103广泛应用于移动模块中，比如无人机、机器人、智能车等。在这些应用中，STM32F103主要负责接收和处理来自各种传感器的数据，例如位置传感器、速度传感器、陀螺仪等。然后，基于这些数据，STM32F103会生成控制命令，驱动各种执行器，例如马达、伺服机构等。

接下来，我们将通过一段示例代码，展示如何使用STM32F103读取一个传感器的数据：

#include "stm32f10x.h"
#include "stm32f10x_gpio.h"
#include "stm32f10x_adc.h"void ADC_Config(void) 
{GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;ADC_InitTypeDef   ADC_InitStructure;// 使能ADC和GPIOC的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);// 配置PC.04为模拟输入GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);// 配置ADCADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; // 独立ADC模式ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE ; // 单通道模式ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE; // 连续转换模式ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None; // 不使用外部触发转换ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; // 右对齐ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1; // 1个转换的通道ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);// 开启ADCADC_Cmd(ADC1, ENABLE);// 配置ADC规则序列，第一通道，转换顺序为1ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_14, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5);
}int main(void)
{ADC_Config(); // 配置ADCwhile(1){ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); // 启动ADC转换while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC)); // 等待转换完成uint16_t sensor_value = ADC_GetConversionValue(ADC1); // 读取ADC值// 这里可以根据读取到的传感器值进行相应的处理}
}

在这段代码中，我们首先定义了一个函数ADC_Config()，用于配置ADC。然后，在main()函数中，我们启动ADC转换，等待转换完成后，读取ADC值。

注意：这段代码只是示例代码，你需要根据实际的硬件设计和要求，进行必要的修改。

二、STM32F103与ROS的通信

ROS（Robot Operating System）是一种为机器人研究和开发提供一套框架和工具的机器人操作系统。ROS可以实现不同设备间的通信，包括不同类型的传感器和执行器。

通常情况下，我们使用串口通信（UART）来实现STM32F103和ROS之间的通信。为了更好地实现这种通信，我们通常会使用一个名为rosserial的ROS包。它提供了一个简单的方式，让硬件设备可以通过ROS发布和订阅主题。

在此，我们将简单介绍如何在STM32F103上实现这种通信。首先，我们需要在ROS环境中安装rosserial和rosserial_stm32包。

接下来，我们需要编写一个简单的STM32F103程序，这个程序会通过UART将数据发送到ROS，并订阅ROS的主题。在STM32F103上，我们可以使用一个库，叫做“stm32duino”，它为STM32提供了Arduino风格的编程方式。这样，我们就可以像使用Arduino一样使用STM32F103。这是一个简单的示例程序：

#include <ros.h>
#include <std_msgs/Int16.h>ros::NodeHandle nh;void messageCb(const std_msgs::Int16& msg)
{// 当我们收到ROS主题消息时，执行这个函数// 在这个例子中，我们什么也不做
}ros::Subscriber<std_msgs::Int16> sub("topic_name", &messageCb );int main()
{nh.initNode();nh.subscribe(sub);while(1) {nh.spinOnce();delay(1);}
}

在这段代码中，我们首先定义了一个名为messageCb的回调函数，这个函数会在我们收到ROS主题消息时被执行。然后，我们创建了一个订阅者sub，并订阅了名为"topic_name"的ROS主题。在main()函数中，我们初始化了节点，然后进入一个无限循环，在这个循环中，我们不断地检查是否有新的ROS消息。

注意：这段代码只是一个示例，你可能需要根据实际的需求进行修改。

三、基于STM32F103的收发模块设计

STM32F103的多种通信接口，例如UART、SPI、I2C等，使得它非常适合用来设计收发模块。在这部分，我们将讨论如何使用STM32F103设计一个简单的收发模块。

首先，我们需要选择合适的通信接口。在大多数情况下，UART是一个不错的选择，因为它简单、可靠，并且在大多数设备上都有支持。然而，如果你需要更高的通信速率，或者需要与多个设备通信，你可能需要考虑使用SPI或I2C。

以下是一个简单的使用STM32F103的UART接口进行通信的示例代码：

#include "stm32f10x.h"
#include "stm32f10x_usart.h"
#include "stm32f10x_gpio.h"void USART_Config(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;USART_InitTypeDef USART_InitStructure;// 使能USART1和GPIOA的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);// 配置USART1的发送引脚：PA.09GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; // 复用推挽输出GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);// 配置USART1的接收引脚：PA.10GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; // 浮空输入GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);// 配置USART1USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200; // 波特率115200USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; // 字长为8位数据格式USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; // 一个停止位USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; // 无奇偶校验位USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; // 无硬件数据流控制USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; // 收发模式USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); // 初始化串口// 启动USART1USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}int main(void)
{USART_Config(); // 配置USARTwhile(1){// 等待接收到数据while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) == RESET);// 读取接收到的数据uint16_t data = USART_ReceiveData(USART1);// 在这里，你可以根据接收到的数据进行相应的处理}
}

在这段代码中，我们首先定义了一个USART_Config()函数，用于配置USART。然后，在main()函数中，我们进入一个无限循环，在这个循环中，我们不断地检查是否接收到新的数据。

四、将STM32F103应用于ROS的实践

为了进一步说明如何将STM32F103集成到ROS系统中，让我们一起来实践一下。首先，假设我们有一个移动机器人，它使用STM32F103作为主控制器，并且连接了一些传感器，如超声波传感器、轮速传感器等。

接下来，我们的目标是：在STM32F103上读取传感器数据，然后通过串口发送到运行ROS的计算机上。在ROS计算机上，我们需要创建一个ROS节点，这个节点将读取从串口收到的数据，并发布到相应的ROS主题。

首先，我们需要在STM32F103上写一个程序，这个程序需要完成以下任务：

初始化各种硬件设备，例如ADC、UART等。
在一个无限循环中，读取传感器数据。
将读取的传感器数据通过UART发送到ROS计算机。

因为我们已经在前面的部分讨论了如何使用STM32F103读取传感器数据和通过UART进行通信，所以在这里我就不再重复了。你只需要将这些代码组合在一起，就可以实现我们需要的功能。

在ROS计算机上，我们需要创建一个新的ROS节点。这个节点需要完成以下任务：

打开和配置串口。
在一个无限循环中，读取从串口收到的数据。
将读取的数据发布到相应的ROS主题。

以下是一个简单的Python ROS节点代码，这个节点将读取从串口收到的数据，并发布到ROS主题：

#!/usr/bin/env pythonimport rospy
import serial
from std_msgs.msg import Stringdef talker():pub = rospy.Publisher('sensor_data', String, queue_size=10)rospy.init_node('talker', anonymous=True)rate = rospy.Rate(10) # 10hzser = serial.Serial('/dev/ttyUSB0', 115200, timeout=1)while not rospy.is_shutdown():data = ser.readline()rospy.loginfo(data)pub.publish(data)rate.sleep()if __name__ == '__main__':try:talker()except rospy.ROSInterruptException:pass