MicroPython build ROS Noetic NODE by MQTT

 在 Raspberry Pi Pico W 上使用 MicroPython 构建一个与 ROS Noetic 通信的节点，需要通过某种方式桥接 MicroPython 和 ROS 网络协议（如 MQTT 或 REST API），因为 MicroPython 本身不直接支持 ROS。以下是通过使用 MQTT 协议与 ROS Noetic 通信的示例流程。

背景

1. ROS Noetic 使用的主要通信协议是 ROS 1 TCPROS。
2. MicroPython 无法直接运行 ROS 节点，但可以通过中间协议（如 MQTT）实现与 ROS 的通信。
3. MQTT 是一种轻量级的消息队列协议，非常适合资源受限的设备。
4. 在 ROS 中使用 rosbridge 或 mqtt_bridge 将 MQTT 消息转换为 ROS 话题消息。

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准备工作

1. 安装 MQTT Broker
   在运行 ROS Noetic 的主机上，安装并配置 MQTT Broker（如 Mosquitto）：

   
   sudo apt update
   sudo apt install mosquitto mosquitto-clients
   sudo systemctl enable mosquitto
   sudo systemctl start mosquitto
   

2. 安装 mqtt_bridge
   使用 ROS 的 mqtt_bridge 实现 MQTT 与 ROS 话题的桥接：

   bash
   sudo apt install ros-noetic-mqtt-bridge
   

3. 安装 MicroPython 和 MQTT 库
   在 Raspberry Pi Pico W 上安装 MicroPython，并通过 umqtt.simple 模块处理 MQTT 通信。

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架构

• Pico W：使用 MicroPython 发布传感器数据到 MQTT 主题（topic）。
• ROS Noetic：通过 mqtt_bridge 订阅 MQTT 主题并将消息发布到 ROS 话题。

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示例代码

1. Pico W 上的 MicroPython 代码

以下代码实现了 Pico W 连接 Wi-Fi 和发布 MQTT 消息：

python
import network
import time
from umqtt.simple import MQTTClient

# 配置 Wi-Fi 网络
SSID = '你的SSID'
PASSWORD = '你的密码'

# MQTT 配置
BROKER = '主机IP地址'  # 替换为运行 MQTT Broker 的主机 IP
TOPIC = b'pico/sensor_data'

# 连接 Wi-Fi
sta_if = network.WLAN(network.STA_IF)
sta_if.active(True)
if not sta_if.isconnected():
    print("正在连接网络...")
    sta_if.connect(SSID, PASSWORD)
    while not sta_if.isconnected():
        time.sleep(1)
print("网络连接成功:", sta_if.ifconfig())

# 初始化 MQTT 客户端
client = MQTTClient('pico_client', BROKER)

# 连接到 MQTT Broker
try:
    client.connect()
    print("已连接到 MQTT Broker")
except Exception as e:
    print("无法连接到 MQTT Broker:", e)

# 发布传感器数据
try:
    for i in range(10):
        message = f'{{"temperature": {20 + i}, "humidity": {50 + i}}}'
        client.publish(TOPIC, message)
        print(f"已发布: {message}")
        time.sleep(1)
finally:
    client.disconnect()
    print("MQTT 客户端已断开连接")

将此代码上传到 Pico W 并运行。

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2. ROS Noetic 的 mqtt_bridge 配置

配置 ROS 的 mqtt_bridge，使其订阅 pico/sensor_data 主题，并将消息发布到 ROS 话题 /sensor_data。

1. 创建 mqtt_bridge 配置文件 mqtt_bridge_config.yaml：

   yaml
   mqtt:
     connection:
       host: "localhost"  # MQTT Broker 地址
       port: 1883
   
     topics:
       - topic: "pico/sensor_data"
         type: "std_msgs/String"
         queue_size: 10
         latching: false
         direction: "in"  # MQTT -> ROS
   

2. 启动 mqtt_bridge 节点：

   bash
   rosrun mqtt_bridge mqtt_bridge_node _config:=/path/to/mqtt_bridge_config.yaml
   

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3. 在 ROS 中订阅话题

在终端中运行以下命令，订阅 /sensor_data 话题并查看从 Pico W 接收到的数据：

bash
rostopic echo /sensor_data

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测试流程

1. 启动 ROS Noetic 环境和 mqtt_bridge 节点。
2. 确保 MQTT Broker 正常运行。
3. 启动 Pico W 上的 MicroPython 脚本。
4. 在 ROS 中通过 rostopic echo /sensor_data 查看数据。

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输出结果

在 ROS 终端中，应该能看到类似以下的输出：

plaintext
data: '{"temperature": 20, "humidity": 50}'
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data: '{"temperature": 21, "humidity": 51}'
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总结

通过使用 MicroPython 和 MQTT，可以轻松在 Raspberry Pi Pico W 上构建一个与 ROS Noetic 通信的节点。这种方法不仅适合 Pico W，还可以扩展到其他微控制器设备中，尤其适用于物联网（IoT）和嵌入式系统开发。