使用 PlatformIO 和 Micro-ROS 通过 ESP32 发布 DHT11 温湿度数据到 ROS 2

本文介绍如何使用 PlatformIO 和 Micro-ROS，在 ESP32 上通过 DHT11 传感器采集温湿度数据并发布到 ROS 2 系统。整个项目包括硬件连接、软件配置以及代码实现。

硬件准备

ESP32 开发板
DHT11 温湿度传感器
10kΩ 上拉电阻（可选，用于数据引脚）
连接线若干

硬件连接

DHT11 引脚说明：
- VCC: 连接 ESP32 的 3.3V
- GND: 连接 ESP32 的 GND
- DATA: 连接 ESP32 的 GPIO4（可根据需要修改代码中的 DHTPIN）
上拉电阻（可选）：
- 在 DHT11 的 DATA 引脚与 VCC 引脚之间连接一个 10kΩ 电阻。

软件准备

安装 PlatformIO

PlatformIO 是一个强大的物联网开发工具，支持多种硬件平台。安装方法如下：

在 VS Code 中安装 PlatformIO 插件.
安装完成后重启 VS Code。

安装所需库

在 platformio.ini 文件中配置所需库，确保代码能正常编译。

[env:esp32dev]
platform = espressif32
board = esp32dev
framework = arduino
lib_deps = 
    https://github.com/micro-ROS/micro_ros_platformio
    adafruit/DHT sensor library @ ^1.4.6
    adafruit/Adafruit Unified Sensor@^1.1.7
    kaiaai/micro_ros_kaia@^2.0.7-iron.5
monitor_speed = 115200
build_flags = 
    -DMICRO_ROS_TRANSPORT_ARDUINO_SERIAL

代码实现

主程序

以下代码实现了 DHT11 数据采集，并通过 micro-ROS 发布温度和湿度消息到 ROS 2。

#include <micro_ros_arduino.h>
#include <DHT.h>
#include <rcl/rcl.h>
#include <rclc/rclc.h>
#include <sensor_msgs/msg/temperature.h>
#include <sensor_msgs/msg/relative_humidity.h>

#define DHTPIN 4 // 数据引脚
#define DHTTYPE DHT11 // DHT类型（若为DHT22，请改为DHT22）

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

rcl_publisher_t temp_pub;
rcl_publisher_t humidity_pub;

sensor_msgs__msg__Temperature temp_msg;
sensor_msgs__msg__RelativeHumidity humidity_msg;

rclc_support_t support;
rcl_allocator_t allocator;
rcl_node_t node;

// 定时器逻辑
unsigned long previousMillis = 0;
const unsigned long interval = 2000; // 2秒

#define RCCHECK(fn) { rcl_ret_t temp_rc = fn; if((temp_rc != RCL_RET_OK)){error_loop();}}
#define RCSOFTCHECK(fn) { rcl_ret_t temp_rc = fn; if((temp_rc != RCL_RET_OK)){}}

// 错误循环
void error_loop() {
    while (1) {
        delay(100);
    }
}

// 数据发布逻辑
void publish_sensor_data() {
    float temperature = dht.readTemperature();
    float humidity = dht.readHumidity();

    if (!isnan(temperature) && !isnan(humidity)) {
        // 填充温度消息
        temp_msg.temperature = temperature;
        temp_msg.variance = 0.0; // 可选设置，表示温度精度
        // 填充湿度消息
        humidity_msg.relative_humidity = humidity;
        humidity_msg.variance = 0.0; // 可选设置，表示湿度精度

        // 发布消息
        RCCHECK(rcl_publish(&temp_pub, &temp_msg, NULL));
        RCCHECK(rcl_publish(&humidity_pub, &humidity_msg, NULL));

        // 打印发布信息
        Serial.print("Temperature: ");
        Serial.print(temperature);
        Serial.println(" °C");

        Serial.print("Humidity: ");
        Serial.print(humidity);
        Serial.println(" %");
    } else {
        Serial.println("Failed to read from DHT sensor!");
    }
}

void setup() {
    Serial.begin(115200);
    set_microros_transports();

    // 延迟以确保串口稳定
    delay(2000);

    // 初始化DHT传感器
    dht.begin();

    allocator = rcl_get_default_allocator();

    // 初始化micro-ROS支持
    RCCHECK(rclc_support_init(&support, 0, NULL, &allocator));

    // 创建节点
    RCCHECK(rclc_node_init_default(&node, "dht_node", "", &support));

    // 创建温度和湿度发布者
    RCCHECK(rclc_publisher_init_default(
        &temp_pub,
        &node,
        ROSIDL_GET_MSG_TYPE_SUPPORT(sensor_msgs, msg, Temperature),
        "temperature"));

    RCCHECK(rclc_publisher_init_default(
        &humidity_pub,
        &node,
        ROSIDL_GET_MSG_TYPE_SUPPORT(sensor_msgs, msg, RelativeHumidity),
        "humidity"));
}

void loop() {
    unsigned long currentMillis = millis();
    if (currentMillis - previousMillis >= interval) {
        previousMillis = currentMillis;
        publish_sensor_data();
    }
    delay(50); // 避免占用CPU
}

运行步骤

上传代码：使用 PlatformIO 上传代码到 ESP32，确保编译通过。
启动 ROS 2 代理：在运行 ROS 2 的主机上启动 micro-ROS Agent：
```
ros2 run micro_ros_agent micro_ros_agent serial --dev /dev/ttyUSB0
```
验证 ROS 2 数据：
- 查看 ROS 2 节点：
```
ros2 node list
```
- 查看发布的消息：
```
ros2 topic list
```
- 订阅温度和湿度数据：
```
ros2 topic echo /temperature
ros2 topic echo /humidity
```

输出示例

以下是正确运行后的串口和 ROS 2 输出示例：

串口输出

Temperature: 25.3 °C
Humidity: 45.7 %

ROS 2 输出

data:
  temperature: 25.3
  variance: 0.0
---
data:
  relative_humidity: 45.7
  variance: 0.0
---

总结

成功实现：

ESP32 读取 DHT11 传感器数据。
使用 micro-ROS 将温湿度数据发布到 ROS 2 系统。