micro-ROS（ESP32） ↔ ROS 2（主機） 透過 UART 的通訊測試流程

 

下是完整的 micro-ROS（ESP32） ↔ ROS 2（主機） 透過 UART 的通訊測試流程，包含硬體接法、程式架構、Agent 啟動與 topic 測試，幫助你確認 UART 通訊是否正常建立。

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🎯 測試目標

ESP32（透過 UART）使用 micro-ROS client 發布 ROS 訊息 →
ROS 2 主機接收這些訊息並使用 ros2 topic echo 印出內容

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🛠️ 硬體準備

裝置	功能	備註
ESP32	micro-ROS client	USB/UART 與主機連接
Ubuntu PC / Pi	ROS 2 + micro-ROS Agent	可為主機或容器執行環境
UART 線	ESP32 <-> Host	RX ↔ TX, TX ↔ RX, GND 接一起

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🧱 整體架構圖

plaintext
[ESP32]
  FreeRTOS + micro-ROS client
  Publish: /esp32_pub  (Int32)

     ⇅ UART (115200)

[PC Host or Docker]
  micro-ROS Agent (serial mode)
  ↳ ROS 2 Topic 接收

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🔧 步驟 1：ESP32 韌體製作

修改 firmware/apps/app.c 發布 topic：

c
#include <rcl/rcl.h>
#include <rclc/rclc.h>
#include <std_msgs/msg/int32.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

rcl_publisher_t publisher;
std_msgs__msg__Int32 msg;
rcl_timer_t timer;

void timer_callback(rcl_timer_t *timer, int64_t last_call_time)
{
    (void)last_call_time;
    if (timer != NULL) {
        msg.data++;
        rcl_publish(&publisher, &msg, NULL);
    }
}

void appMain(void *arg)
{
    rcl_allocator_t allocator = rcl_get_default_allocator();
    rclc_support_t support;

    rclc_support_init(&support, 0, NULL, &allocator);

    rcl_node_t node;
    rclc_node_init_default(&node, "esp32_node", "", &support);

    rclc_publisher_init_default(
        &publisher,
        &node,
        ROSIDL_GET_MSG_TYPE_SUPPORT(std_msgs, msg, Int32),
        "esp32_pub");

    rclc_timer_init_default(
        &timer,
        &support,
        RCL_MS_TO_NS(1000),
        timer_callback);

    rclc_executor_t executor;
    rclc_executor_init(&executor, &support.context, 1, &allocator);
    rclc_executor_add_timer(&executor, &timer);

    msg.data = 0;

    while (1) {
        rclc_executor_spin_some(&executor, RCL_MS_TO_NS(100));
        usleep(10000);
    }
}

設定 UART 傳輸方式：

bash
ros2 run micro_ros_setup configure_firmware.sh serial --dev /dev/ttyUSB0

編譯 + 燒錄：

bash
ros2 run micro_ros_setup build_firmware.sh
ros2 run micro_ros_setup flash_firmware.sh

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🖥️ 步驟 2：主機端啟動 micro-ROS Agent

在 Host 或容器內執行以下指令：

bash
ros2 run micro_ros_agent micro_ros_agent serial --dev /dev/ttyUSB0 -v6

• 若有成功連線，會看到：

  pgsql
  [INFO] Connection successful
  [INFO] Received message from client
  

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🧪 步驟 3：驗證 ROS 2 topic

打開另一個終端機：

bash
ros2 topic list
# 應會出現：/esp32_pub

ros2 topic echo /esp32_pub
# 顯示：
# data: 1
# data: 2
# ...

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✅ 補充小技巧

項目	指令或備註
查看連接埠	ls /dev/ttyUSB*
改 UART 波特率	configure_firmware.sh 內可修改
Agent log 更多細節	加上 -v6 或 --debug

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✅ 成功驗證代表你已建立：

• ESP32 ➜ UART ➜ micro-ROS Agent ➜ DDS ➜ ROS2 topic 完整鏈路！

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以下是完整的 ESP32 micro-ROS Subscriber 範例，可以讓 ESP32 接收來自 ROS 2 主機端送出的 topic 資料，並在 ESP32 上執行對應動作（例如改變 LED 狀態、數值顯示、控制馬達等）。

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🎯 目標

ESP32 透過 UART 接收 ROS 2 主機傳送的 topic 資料（std_msgs/msg/Int32），並透過 callback 函式做處理，例如顯示收到的數值。

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📁 修改 firmware/apps/app.c

✅ app.c（ESP32 micro-ROS Subscriber）

c
#include <rcl/rcl.h>
#include <rclc/rclc.h>
#include <std_msgs/msg/int32.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

rcl_subscription_t subscriber;
std_msgs__msg__Int32 received_msg;

void subscription_callback(const void * msgin)
{
    const std_msgs__msg__Int32 * msg = (const std_msgs__msg__Int32 *)msgin;
    printf("Received value from ROS 2: %d\n", msg->data);
}

void appMain(void *arg)
{
    rcl_allocator_t allocator = rcl_get_default_allocator();
    rclc_support_t support;

    rclc_support_init(&support, 0, NULL, &allocator);

    rcl_node_t node;
    rclc_node_init_default(&node, "esp32_sub_node", "", &support);

    rclc_subscription_init_default(
        &subscriber,
        &node,
        ROSIDL_GET_MSG_TYPE_SUPPORT(std_msgs, msg, Int32),
        "esp32_sub"
    );

    rclc_executor_t executor;
    rclc_executor_init(&executor, &support.context, 1, &allocator);
    rclc_executor_add_subscription(&executor, &subscriber, &received_msg, &subscription_callback, ON_NEW_DATA);

    while (1) {
        rclc_executor_spin_some(&executor, RCL_MS_TO_NS(100));
        usleep(10000);
    }
}

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🔧 編譯 + 燒錄

bash
ros2 run micro_ros_setup build_firmware.sh
ros2 run micro_ros_setup flash_firmware.sh

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🖥️ ROS 2 主機端發送測試指令

在主機端執行以下指令傳送數值到 ESP32：

bash
ros2 topic pub /esp32_sub std_msgs/msg/Int32 "{data: 42}"

• ESP32 端會列印：

  csharp
  Received value from ROS 2: 42
  

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🧪 可以進一步做的應用

收到數值	ESP32 行為範例
1	開啟 LED
0	關閉 LED
其他數值	控制馬達、顯示器、蜂鳴器等

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✅ 測試完成條件

你看到：

• Agent 顯示 ESP32 連線成功

• ESP32 成功列印收到的 ROS topic 資料

代表「Subscriber from ROS2 ➜ ESP32」通訊鏈路運作正常！