1.5 Ubuntu18.04 ROS tcp/ip服务器与Android tcp/ip客户端通信

2023-05-16

Ubuntu18.04 ROS tcp/ip服务器与Android tcp/ip客户端通信

此小节介绍ubuntu18.04 ros tcp/ip服务端与Android tcp/ip客户端通信，此操作可以使用安卓系统开发ROS机器人的操作端，比如手机遥控器等，本小节介绍Ubuntu ros tcp/ip服务器的开发和Android端客户端的开发，实现两者的数据通信并显示。Android客户端采用的Android studio开发。

下一节介绍介绍Ubuntu18.04 ROS USB/RS232串口通信，后续介绍如何通过阻容滤波和控制发送的数据进行模拟量信号输出。
本小节测试，Ubuntu18.04 ROS开发tcp/ip服务器节点，Android开发tcp/ip客户端，客户端连接上服务器以后输入发送的数据，点击发送，服务器接收到数据并返回客户端显示。
关于Ubuntu ros下tcp/ip udp/Server服务器客户端的简单实现可以参考1.1 ; 1.2;1.3;1.4;

测试过程和效果

测试平台为Ubuntu18.04系统与Android系统。测试过程为，首先第一步使用Ubuntu系统和Android系统连接到同一个网络，或者Ubuntu系统连接到手机热点上，保证两者ip地址再同一个网段。第二步查看服务器端的ip地址，并在服务器代码中ip地址修改为本机ip。第三步再Android客户端输入服务器的IP和端口号进行连接。第四步连接成功以后即可进行通信测试。
1.查看本机IP
保证两台电脑在同一个网络下，我测试的时候Ubuntu连接的Android手机热点；查看Ubuntu的本机IP，在设置->wifi->中可查看，如下图，192.168.0.100，为本机IP。并在服务器代码中进行相应修改。若是采用Ubuntu和Android连接同一个WiFi进行测试的话则必须保证两者可以正常ping通，可以参考前四节的ping过程，这里不同的是需要查找手机IP地址。
在这里插入图片描述

测试过程及效果图
启动服务器节点，提醒客户端连接成功并显示接收到的数据和数据长度。

Android手机输入服务器IP地址和端口号，选中记住服务器，点击连接服务器。界面如下图所示：
在这里插入图片描述

在发送区输入要发送的数据，点击发送，在服务器界面显示接收的数据和数据长度，并在Android客户端显示服务器返回的接收到的数据，通信过程客户端界面图片。
在这里插入图片描述

ROS工作区间和功能包的创建

此部分与1.1章节相同
ROS工作区间和功能包的创建网上资料比较多，这里简单说明。其中使用RoboWare Studio,这个过程变的更简单。

#创建工作空间
mkdir catkin_ws #区间名称
cd catkin_ws 
mkdir src #创建代码空间
cd src
catkin_init_workspace #初始化位ROS工作空间
cd ..
catkin_make
source ~/catkin_ws/devel/setup.bash

#创建功能包
cd ~/catkin_ws/src
catkin_create_pkg ros_socket std_msgs rospy roscpp
#创建通信节点
#在src目录下打开终端
touch server_node.cpp
#在CMakeLists.txt中添加以下
add_executable(server_node
  srcrver_node.cpp
)
add_dependencies(server_node ${${PROJECT_NAME}_EXPORTED_TARGETS} ${catkin_EXPORTED_TARGETS})
target_link_libraries(server_node
  ${catkin_LIBRARIES}
)

ROS tcp/ip Server的实现代码

本章节这部分代码与1.1章节类似，主要在原来的基础上进行了以下修改：

原来有同学评论编译是提示缺少消息类型包，删除了原来1.1章节中的自定义消息类型，直接编译不进行报错了。
添加服务器端口释放代码，解决服务器关闭之后不能马上重启的问题。
添加客户端在线检测，客户端异常掉线时重新连接。
增加了订阅和发布。
由于代码从工程项目摘取，包括BCC校验和数据类型转化的子函数代码。
需要注意的是代码中需要将ip地址修改为本机ip地址。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<unistd.h>
#include<iostream>
#include <ros/ros.h>
#include <std_msgs/Float32.h>
#include <std_msgs/Float32MultiArray.h>
#include "std_msgs/UInt8MultiArray.h"
#include "std_msgs/MultiArrayDimension.h"
#include "std_msgs/String.h"
#include <nav_msgs/Odometry.h>
#include <tf/transform_broadcaster.h>
#include <tf/transform_datatypes.h>
#include <errno.h>

using namespace std;


int fd ;
int socket_fd ;
bool send_flg = false;
uint8_t erry_map_data=3;
 uint8_t buffer[255]={0};

ros::Publisher pubchongdingwei;
//int 数据转化为char，输入int整形数据，输出指针变量，使用四个长度数组接收，--------------------------------------------------------
char mid[4]  ;
char *int_to_char(int n)
{
	mid[0] = (char) (n & 0xff);
	mid[1] = (char) (n >> 8 & 0xff);
	mid[2] = (char) (n >> 16 & 0xff);
	mid[3] = (char) (n >> 24 & 0xff);
	return mid;
}

//BCC异或校验，输入校验的数组和校验长度，输出低8位校验数---------------------------------------------------------------------------
uint8_t BCC_CHECK2(uint8_t *aubData_p, uint8_t auwDataLength)
{
    uint8_t aubChecksum = 0;
    uint8_t auwCnt = 0;//从第0为开始进行校验，可修改也可放入形参中
 
    while(auwCnt < auwDataLength)
    {
        aubChecksum ^= aubData_p[auwCnt];
        auwCnt++;
    }
 
    return aubChecksum;
}


//---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
void erry_mapHandler(const std_msgs::UInt8MultiArray &paraMsg)
{
    erry_map_data = paraMsg.data[0];
}

//---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

int main(int argc, char** argv)
{
    ros::init(argc, argv, "server_port");
    //创建句柄（虽然后面没用到这个句柄，但如果不创建，运行时进程会出错）
    ros::NodeHandle n;

    pubchongdingwei = n.advertise<std_msgs::UInt8MultiArray>("/aaaa", 100);
    ros::Subscriber  erry_Map = n.subscribe("/bbbb", 10, erry_mapHandler);

    //1.创建一个socket
     socket_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (socket_fd == -1)
    {
        cout << "socket 创建失败： "<< endl;
        exit(1);
    }
    
    int opt = 1;
    setsockopt(socket_fd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,sizeof( opt ));//复用释放端口，防止重启失败
    //2.准备通讯地址（必须是服务器的）192.168.181.22是本机的IP
    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(1024);//将一个无符号短整型的主机数值转换为网络字节顺序，即大尾顺序(big-endian)
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.100");//net_addr方法可以转化字符串，主要用来将一个十进制的数转化为二进制的数，用途多于ipv4的IP转化。
    //3.bind()绑定
    //参数一：0的返回值（socket_fd）
    //参数二：(struct sockaddr*)&addr 前面结构体，即地址
    //参数三: addr结构体的长度
    int res = bind(socket_fd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr));
    if (res == -1)
    {
        cout << "bind创建失败： " << endl;
        exit(-1);
    }
    cout << "bind ok 等待客户端的连接" << endl;
    //4.监听客户端listen()函数
    //参数二：进程上限，一般小于30
    listen(socket_fd,30);
    //5.等待客户端的连接accept()，返回用于交互的socket描述符
    struct sockaddr_in client;
    socklen_t len = sizeof(client);
    fd = accept(socket_fd,(struct sockaddr*)&client,&len);
    if (fd == -1)
    {
        cout << "accept错误\n" << endl;
        exit(-1);
    }
    //6.使用第5步返回socket描述符，进行读写通信。
    char *ip = inet_ntoa(client.sin_addr);
    cout << "客户： 【" << ip << "】连接成功" << endl;

    write(fd, " Welcome to tcp/ip server ", 27);
    cout << " Welcome to tcp/ip server "<< endl;  

    ros::Rate loop_rate(20);
   while (ros::ok()) 
   {
       

       int size = read(fd, buffer, sizeof(buffer));//通过fd与客户端联系在一起,返回接收到的字节数
	   cout << " 数据长度 "<< size << endl; 
    //第一个参数：accept 返回的文件描述符
    //第二个参数：存放读取的内容
    //第三个参数：内容的大小
    //cout << buffer<< endl;  
    // write(fd,buffer,20);
	  std_msgs::UInt8MultiArray dingwei_num;
	  uint8_t dingwei=0 ;

        if (size>=1) //接受到数据进行处理
        {
			printf("size %d  \n", size);  
			cout << buffer<< endl; 
			write(fd,buffer,20);

			if (buffer[0] == 0xff && buffer[1] == 0xaa && buffer[2] == 0x01 && buffer[3] == 0x00 ) //接收数据条件触发，执行任务
			{
				printf("buffer1113] %d  \n", 1111111);        
				send_flg = true;
			}
			else  if (buffer[0] == 0xff && buffer[1] == 0xaa && buffer[2] == 0x03  && buffer[3] != 0x00 )//接收数据条件触发，执行任务
			{
				dingwei_num.data.push_back(buffer[3]);
				dingwei =buffer[3];
				printf("定位 %d \n",  dingwei );
				pubchongdingwei.publish(dingwei_num);
			}     
                  
        }
		else{
		//判断是否客户端是否掉线
            if ( errno == EAGAIN || errno == EINTR ) { //判断是接受信号还是错误
                continue;
            }
			socklen_t len = sizeof(client);
			fd = accept(socket_fd,(struct sockaddr*)&client,&len);
			if (fd == -1)
			{
				cout << "accept错误\n" << endl;
				exit(-1);
			}
			char *ip2 = inet_ntoa(client.sin_addr);
			cout << "客户： 【" << ip2 << "】连接成功" << endl;
		    write(fd, " Welcome to tcp/ip server ", 27);
		}
				 ros::spinOnce(); 
                loop_rate.sleep(); 
     }
        
    //7.关闭sockfd
    close(fd);
    close(socket_fd);
    return 0;
}

Android客户端程序

Android客户端程序主要包括三部分，MainActivity.cpp, SendThread.cpp,以及界面activity_main.xml。

MainActivity.cpp

package com.example.my_tcpip_client;

import android.content.SharedPreferences;
import android.os.Bundle;
import android.os.Handler;
import android.os.Message;
import android.preference.PreferenceManager;
import android.text.method.ScrollingMovementMethod;
import android.util.Log;
import android.view.View;
import android.widget.Button;
import android.widget.CheckBox;
import android.widget.EditText;
import android.widget.TextView;
import android.widget.Toast;

import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity;
import androidx.fragment.app.Fragment;
import androidx.fragment.app.FragmentManager;
import androidx.fragment.app.FragmentPagerAdapter;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;


public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    /*接收发送定义的常量*/
    private SendThread sendthread;
    String receive_Msg;
    String l;
    private Button button1;
    private Button button2;

    private EditText editText1;
    private EditText editText2;

    /*****************************/
    private SharedPreferences pref;
    private SharedPreferences.Editor editor;
    private EditText accountEdit;
    private EditText passwordEdit;
    private Button login;
    private CheckBox rememberPass;
    String account;
    String password;
    TextView text0;
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {

        Toast.makeText(MainActivity.this,"请确保网络已连接", Toast.LENGTH_SHORT).show();

        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);

        pref = PreferenceManager.getDefaultSharedPreferences(MainActivity.this);//保存服务器ip和端口需要对应操作
        accountEdit = (EditText) findViewById(R.id.account);//IP地址输入框
        passwordEdit = (EditText) findViewById(R.id.password);//端口号输入框
        rememberPass = (CheckBox) findViewById(R.id.remember_pass);//退出保存服务器ip和端口号按钮
        login = (Button) findViewById(R.id.login);//连接服务器按钮

        text0 = (TextView)findViewById(R.id.ttv2);//接收数据显示框
        text0.setMovementMethod(ScrollingMovementMethod.getInstance());

        boolean isRemember = pref.getBoolean("remember_password",false);
        if (isRemember){
            account = pref.getString("account","");
            password = pref.getString("password","");
            accountEdit.setText(account);
            passwordEdit.setText(password);
            rememberPass.setChecked(true);
        }
        login.setOnClickListener(new View.OnClickListener(){
            @Override
            public void onClick(View v) {
                String account = accountEdit.getText().toString();
                String password = passwordEdit.getText().toString();
                if (password == null || account.equals("")){//判断是否输入IP
                    Toast.makeText(MainActivity.this,"请输入服务器IP",Toast.LENGTH_SHORT).show();
                } else  if (account == null || password.equals("")){//判断是否输入端口号
                    Toast.makeText(MainActivity.this,"请输入端口号",Toast.LENGTH_SHORT).show();
                } else {
                    editor = pref.edit();
                    if (rememberPass.isChecked()) {
                        editor.putBoolean("remember_password",true);
                        editor.putString("account",account);
                        editor.putString("password",password);

                        /***************连接*****************/
                        sendthread = new SendThread(account, password, mHandler);//传入ip和端口号
                        Thread1();
                        new Thread().start();

                    } else {
                        editor.clear();
                    }
                    editor.apply();
                }
            }
        });

        /**********************************/

        editText1 = (EditText) findViewById(R.id.edit1);
        editText2 = (EditText) findViewById(R.id.edit2);
        //editText3 = (EditText) findViewById(R.id.edit3);
        //editText4 = (EditText) findViewById(R.id.edit4);

        button1 = (Button) findViewById(R.id.button1);
        button1.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {

            @Override
            public void onClick(View view) {
                String a1 = editText1.getText().toString();
                sendthread.send(a1);
            }

        });

        button2 = (Button) findViewById(R.id.button2);
        button2.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {

            @Override
            public void onClick(View view) {
                String a2 = editText2.getText().toString();
                sendthread.send(a2);
            }

        });


    }

    private class FragmentAdapter extends FragmentPagerAdapter {
        List<Fragment> fragmentList = new ArrayList<Fragment>();

        public FragmentAdapter(FragmentManager fm, List<Fragment> fragmentList) {
            super(fm);
            this.fragmentList = fragmentList;
        }

        @Override
        public Fragment getItem(int position) {
            return fragmentList.get(position);
        }

        @Override
        public int getCount() {
            return fragmentList.size();
        }

    }


    /**
     * 开启socket连接线程
     */
    void Thread1(){
        new Thread(sendthread).start();//创建一个新线程
    }

    Handler mHandler = new Handler()
    {
        public void handleMessage(Message msg)
        {
            super.handleMessage(msg);
            if (msg.what == 0x00) {

                Log.i("mr_收到的数据： ", msg.obj.toString());
                receive_Msg = msg.obj.toString();
                l = receive_Msg;
                text0.setText(l);
            }
        }
    };
}

SendThread.cpp

package com.example.my_tcpip_client;

import android.os.Handler;
import android.os.Message;
import android.util.Log;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.io.PrintWriter;
import java.net.Socket;
import java.util.ArrayList;

class SendThread implements Runnable {

    private String ip;
    private String port;
    BufferedReader in;
    PrintWriter out;
    Handler mainHandler;
    Socket s;
    private String receiveMsg;

    ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();

    public SendThread(String ip,String port, Handler mainHandler) {
        this.ip = ip;
        this.port=port;
        this.mainHandler = mainHandler;
    }

    /**
     * 套接字的打开
     */
    void open(){
        try {
            s = new Socket(ip, Integer.parseInt(port));
            //收发的数据
            in = new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream()));
            out = new PrintWriter(new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(
                    s.getOutputStream())), true);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 套接字的关闭
     */
    void close(){
        try {
            s.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    @Override
    public void run() {
        //创建套接字
        open();
        //BufferedReader
        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (true) {
                    try {
                        Thread.sleep(200);
                        close();
                        open();
                    } catch (InterruptedException e1) {
                        e1.printStackTrace();
                    }
                    if (!s.isClosed()) {
                        if (s.isConnected()) {
                            if (!s.isInputShutdown()) {
                                try {
                                    Log.i("mr", "等待接收信息");

                                    char[] chars = new char[1024];
                                    int len = 0;
                                    while((len = in.read(chars)) != -1){
                                        System.out.println("收到的消息：  "+new String(chars, 0, len));
                                        receiveMsg = new String(chars, 0, len);
                                        Message msg=mainHandler.obtainMessage();
                                        msg.what=0x00;
                                        msg.obj=receiveMsg;
                                        mainHandler.sendMessage(msg);
                                    }

                                } catch (IOException e) {
                                    Log.i("mr", e.getMessage());
                                    try {
                                        s.shutdownInput();
                                        s.shutdownOutput();
                                        s.close();
                                    } catch (IOException e1) {
                                        e1.printStackTrace();
                                    }
                                    e.printStackTrace();
                                }
                            }
                        }
                    }

                }
            }

        });
        thread.start();

        while (true) {
            //连接中
            if (!s.isClosed()&&s.isConnected()&&!s.isInputShutdown()) {

                // 如果消息集合有东西，并且发送线程在工作。
                if (list.size() > 0 && !s.isOutputShutdown()) {
                    out.println(list.get(0));
                    list.remove(0);
                }
                Message msg=mainHandler.obtainMessage();
                msg.what=0x01;
                mainHandler.sendMessage(msg);
            } else {
                //连接中断了
                Log.i("mr", "连接断开了");
                Message msg=mainHandler.obtainMessage();
                msg.what=0x02;
                mainHandler.sendMessage(msg);
            }
            try {
                Thread.sleep(200);
            } catch (InterruptedException e) {
                try {
                    out.close();
                    in.close();
                    s.close();
                } catch (IOException e1) {
                    e1.printStackTrace();
                }
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }

    public void send(String msg) { //发送函数
        System.out.println("msg的值为：  " + msg);
        list.add(msg);
    }

}

activity_main.xml

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    android:id="@+id/screen"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    android:background="@drawable/a2323"
    android:orientation="vertical">

    <TextView
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="60dp"
        android:text="tcp/ip client通信助手"
        android:textSize="28sp"/>
    <LinearLayout
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:orientation="vertical" >

        <LinearLayout
            android:id="@+id/userId_LinearLayout"
            android:layout_width="match_parent"
            android:layout_height="wrap_content"
            android:gravity="right"
            android:orientation="horizontal"
            >

            <EditText
                android:id="@+id/account"
                android:layout_width="0dp"
                android:layout_height="44dp"
                android:layout_weight="1"
                android:background="@null"
                android:ems="10"
                android:hint="@string/serverip"
                android:paddingLeft="15dp"
                android:paddingRight="15dp"
                android:singleLine="true"
                android:textColorHint="#999999"
                android:textSize="18sp" >

                <requestFocus />
            </EditText>

        </LinearLayout>

        <!-- 横线  -->
        <View
            android:layout_width="match_parent"
            android:layout_height="1dp"
            android:background="#CACDD1" />

        <EditText
            android:id="@+id/password"
            android:layout_width="match_parent"
            android:layout_height="44dp"
            android:background="@null"
            android:hint="@string/portnum"
            android:paddingLeft="15dp"
            android:paddingRight="0dp"
            android:singleLine="true"
            android:textColorHint="#999999"
            android:textSize="18sp" />

        <!-- 横线  -->
        <View
            android:layout_width="match_parent"
            android:layout_height="1dp"
            android:background="#CACDD1" />

    </LinearLayout>

    <LinearLayout
        android:orientation="horizontal"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="wrap_content">

        <CheckBox
            android:id="@+id/remember_pass"
            android:layout_width="wrap_content"
            android:layout_height="wrap_content"
            />

        <TextView
            android:layout_width="wrap_content"
            android:layout_height="wrap_content"
            android:textSize="15sp"
            android:text="记住服务器"
            />

    </LinearLayout>

    <Button
        android:id="@+id/login"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="45dp"
        android:layout_marginTop="20dp"
        android:background="#FF8880"
        android:text="@string/Connecttotheserver"
        android:textColor="#FFFFFF"
        android:textSize="19sp" />

    <TextView
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="40dp" />

    <LinearLayout
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="60dp">

        <EditText
            android:id="@+id/edit1"
            android:layout_width="100dp"
            android:layout_height="match_parent"
            android:layout_x="3dp"
            android:layout_y="18dp"
            android:background="#ffffff"
            android:text=""
            android:maxLines="2" />

        <Button
            android:id="@+id/button1"
            android:layout_width="wrap_content"
            android:layout_height="match_parent"
            android:background="#FF8880"
            android:textColor="#FFFFFF"
            android:text="发送" />

        <EditText
            android:id="@+id/edit2"
            android:layout_width="100dp"
            android:layout_height="match_parent"
            android:background="#ffffff"
            android:text=""
            android:maxLines="2" />

        <Button
            android:id="@+id/button2"
            android:layout_width="wrap_content"
            android:layout_height="match_parent"
            android:layout_x="289dp"
            android:layout_y="13dp"
            android:background="#FF8880"
            android:textColor="#FFFFFF"
            android:text="发送" />

    </LinearLayout>

    <TextView
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="50dp"
        android:gravity="bottom"
        android:text="接收数据区："
        android:textSize="18sp" />

    <TextView
        android:id="@+id/ttv2"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="148dp"
        android:layout_x="2dp"
        android:layout_y="61dp"
        android:background="#FFFFFF"
        android:scrollbars="vertical"
        android:fadeScrollbars="false"
        android:maxLines="6"
        android:text=""
        android:textSize="18sp" />

    <TextView
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="match_parent"
        android:gravity="bottom|right"
        android:text="RGC"
        android:textSize="28sp" />

</LinearLayout>

Ubuntu18.04 ros tcp/ip服务器功能包程序
Android tcp/ip客户端程序
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