Raspberry Pi 4（Pi4）作為 ROS 主控機(IMU、webCAM,STM32F4 驅動雙輪車底盤)

 使用 STM32F4 驅動雙輪車底盤，並搭配 IMU、webCAM 與 Raspberry Pi 4（Pi4）作為 ROS 主控機，這是一個典型的 ROS 機器人架構，非常適合進行導航、自主避障與視覺辨識任務！

以下是針對你這樣的系統，從 軟硬體模組分工、通訊架構、ROS 整合與應用拓展 的完整說明👇

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🧩 一、整體架構圖

css
[Pi4 + ROS]
 ├── camera_node (USB webcam)
 ├── IMU node (I2C/SPI/Serial IMU)
 ├── motor_bridge_node (UART to STM32F4)
 ├── slam_node / nav2
 └── rviz, rosbag, etc.

 ⇅  UART serial 通訊

[STM32F4]
 ├── PWM 控制 L298N → 雙輪馬達
 ├── 編碼器解碼 (AB相)
 ├── PID 控速
 └── 將 odom 回傳給 Pi4

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🛠️ 二、硬體組成建議

元件	功能	建議
STM32F407	控制雙輪馬達、解碼器、PID 控制	建議搭配 FreeRTOS
馬達 + 編碼器	DC 馬達（如 GA25-310）+ AB 相編碼器	每輪各一
L298N / DRV8833	H 橋馬達驅動	控制正反轉與 PWM
IMU（如 MPU6050、ICM20948）	提供角速度、加速度資料	與 STM32 讀取 or 接 Pi4
webCAM	提供即時影像	接到 Pi4 USB
Pi4 (4G/8G)	ROS Master + 感測運算	Ubuntu 20.04 + ROS Noetic

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🔌 三、STM32F4 端程式設計

✅ 功能模組建議（PlatformIO 或 STM32CubeMX）

模組	功能
TIM Encoder mode	解碼 AB 相編碼器
PWM 輸出	控制左右輪的轉速
UART DMA / polling	與 Pi4 串列通訊
PID 控制	對 /cmd_vel 速度目標做閉迴路控制
(可選) IMU driver	若由 STM32 讀取 IMU，可以一起傳給 Pi4

✅ UART 自定義通訊範例（簡單封包）

text
[PC → STM32]：
  <S><V:0.2,-0.1><E>   → 線速度 + 角速度

[STM32 → PC]：
  <S><O:1234,1250><E>   → 左右輪 encoder 數值

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🧠 四、Raspberry Pi 4 ROS 整合

✅ 通訊 Bridge Node 範例（Python or C++）

ROS 節點負責串列通訊與 topic 橋接：

bash
/cmd_vel → UART Tx → STM32 控速
/odom    ← UART Rx ← STM32 回傳編碼器

✅ 建議使用套件

套件	用途
diff_drive_controller or 自製 node	控制與發布 odom
robot_localization	IMU + odom 融合，提供更精準位置
usb_cam or cv_camera	Webcam 影像串流
move_base / slam_toolbox / nav2	地圖建構、路徑規劃

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📁 五、ROS 套件結構建議

bash
catkin_ws/src/
├── stm32_motor_bridge/
│   ├── scripts/motor_node.py         ← 串列通訊 node
│   ├── launch/motor.launch
│   └── msg/OdomData.msg              ← (可自定格式)
├── imu_filter_node/
│   ├── launch/imu.launch
├── camera_node/
│   └── launch/camera.launch
├── robot_description/                ← URDF + RViz 可視化
├── nav_config/                       ← 地圖 + SLAM/導航參數

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📦 六、延伸應用

應用	描述
📍 SLAM 自主地圖建立	slam_toolbox + 雷射 / 影像
📍 導航避障	move_base 或 nav2
🎮 遙控功能	teleop_twist_keyboard / joystick
📸 視覺 AI 辨識	加入 OpenCV / Hailo-8 加速推論
🔋 電源監控	INA219 讀取電壓電流（接 STM32）

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✅ 總結建議

元件	任務	開發重點
STM32F4	控制馬達 + 回傳里程計	UART, Encoder, PWM, PID
Pi4	感測融合 + ROS 控制	camera, IMU, SLAM, ROS
IMU	穩定姿態與里程計融合	robot_localization
webcam	可視化、辨識、VSLAM	usb_cam + OpenCV
ROS               節點	串接上下層	自製橋接 + 常見封包處理

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📌 若你需要我幫你生成範例 UART 協定格式、STM32 PID 控速模板、或 ROS 節點碼，我可以依照你使用的 MCU 開發環境（CubeMX/PlatformIO）和 ROS 版本來客製 👇
也可以整合你目前的 URDF、建構地圖、rviz 控制等。