ROS 2机器人开发--话题通信实战--制作一个可视化系统状态监听工具

news/2025/2/26 5:59:51

1 准备工作

2 自定义通信接口

3 系统信息获取与发布

4 测试QT

5 数据可视化显示

1 准备工作

需求分析：开发一个基于ROS 2话题通信的系统状态监听工具，能够实时获取系统（如CPU、内存、网络等）的运行状态，并通过可视化界面展示这些信息。 运行后，status_publisher节点会定期采集系统状态数据并发布到话题，status_display节点订阅这些数据，并在GUI界面上实时显示系统状态信息，如CPU使用率、内存使用率、网络流量等。

实现步骤：

  1. 定义自定义消息类型
    创建一个接口功能包status_interfaces，定义SystemStatus消息格式。

  2. 系统状态数据发布
    创建status_publisher功能包，编写Python代码，使用psutil库获取系统状态数据，并发布到sys_status话题。

  3. 数据可视化显示
    创建status_display功能包，使用C++和Qt框架订阅sys_status话题，并将数据实时显示在GUI界面上。

技术栈：

  • ROS 2：用于实现节点间通信和消息定义。

  • Python：用于系统状态数据采集和发布。

  • C++：用于实现数据可视化。

  • Qt：用于构建GUI界面。

  • psutil：用于获取系统状态数据。

创建工作空间:  首先进入创建一个文件夹，命名为chapt3，进入，右击空白处进入一个终端，输入代码创建一个工作空间

mkdir -p topic_practice_ws/src

2 自定义通信接口

创建接口:

进入src，打开终端，或者直接cd topic_practice_ws/src进入

创建一个接口功能包：

ros2 pkg create status_interfaces --build-type ament_cmake --dependencies rosidl_default_generators builtin_interfaces --license Apache-2.0

这个命令的作用是：

  1. 创建一个名为 status_interfaces 的新 ROS 2 功能包。

  2. 使用 ament_cmake 作为构建系统。

  3. 添加 rosidl_default_generators 和 builtin_interfaces 作为依赖项。 

在status_interfaces下面建msg，再在下面建SystemStatus.msg

完整目录：src/status_interfaces/msg/SystemStatus.msg

在msg里面编辑消息接口定义文件：

builtin_interfaces/Time stamp            #记录时间戳
string host_name                         #系统名称
float32 cpu_percent                      #CPU使用率 
float32 memory_percent                   #内存使用率
float32 memory_total                     #内存总量
float32 memory_available                 #剩余有效内存
float64 net_sent                         #网络发送数据总量
float64 net_recv                         #网络接收数据总量

注册接口：定义好数据接口文件后，需要在CMakeLists.txt 中对该文件进行注册，声明其为消息接口文件，并为其添加builtin_interfaces依赖，添加完成后CMakeLists.txt中的部分代码如图所示。

添加的代码是：

rosidl_generate_interfaces(${PROJECT_NAME} 
    "msg/SystemStatus.msg"
    DEPENDENCIES   builtin_interfaces
)

还需要在package.xml中添加代码，声明这个功能包是一个消息接口功能包。

<member_of_group>rosidl_interface_packages</member_of_group>

 构建运行： 接下来，构建，再查看一下接口是否构建成功。

命令如下：

（记住一定要退到工作空间topic_practice_ws下执行命令哦！）

（一般情况下，构建都是在工作空间下构建！）

colcon build
source install/setup.bash
ros2 interface show status_interfaces/msg/SystemStatus

成功查看消息接口！接下来我们使用接口来传递数据。 

3 系统信息获取与发布

创建一个功能包： 在src中再创建一个功能包 status_publisher

ros2 pkg create status_publisher --build-type ament_python --dependencies rclpy_status_interfaces --license Apache-2.0

创建节点：打开status_publisher，新建一个py文件，如图所示：

内容如下：

import rclpy  # 导入ROS 2的Python客户端库
from rclpy.node import Node  # 导入Node类，用于创建节点
from status_interfaces.msg import SystemStatus  # 导入自定义的消息类型SystemStatus
import psutil  # 导入psutil库，用于获取系统状态信息
import platform  # 导入platform库，用于获取系统信息

class SysStatusPub(Node):  # 定义一个继承自Node的类SysStatusPub，用于发布系统状态
    def __init__(self, node_name):  # 初始化函数
        super().__init__(node_name)  # 调用父类（Node）的构造函数
        self.status_publisher_ = self.create_publisher(  # 创建一个发布者
            SystemStatus, 'sys_status', 10)  # 指定话题名称和队列大小
        self.timer = self.create_timer(1, self.timer_callback)  # 创建一个定时器，每秒触发一次

    def timer_callback(self):  # 定时器回调函数
        cpu_percent = psutil.cpu_percent()  # 获取CPU使用率
        memory_info = psutil.virtual_memory()  # 获取内存信息
        net_io_counters = psutil.net_io_counters()  # 获取网络I/O信息

        msg = SystemStatus()  # 创建一个SystemStatus消息实例
        msg.stamp = self.get_clock().now().to_msg()  # 获取当前时间戳并转换为ROS 2时间戳
        msg.host_name = platform.node()  # 获取主机名
        msg.cpu_percent = cpu_percent  # 设置CPU使用率
        msg.memory_percent = memory_info.percent  # 设置内存使用率
        msg.memory_total = memory_info.total / 1024 / 1024  # 计算总内存量（GB）
        msg.memory_available = memory_info.available / 1024 / 1024  # 计算可用内存量（GB）
        msg.net_sent = net_io_counters.bytes_sent / 1024 / 1024  # 计算发送的网络数据量（GB）
        msg.net_recv = net_io_counters.bytes_recv / 1024 / 1024  # 计算接收的网络数据量（GB）

        self.get_logger().info(f'发布:{str(msg)}')  # 打印日志信息
        self.status_publisher_.publish(msg)  # 发布消息


def main():  # 主函数
    rclpy.init()  # 初始化ROS 2
    node = SysStatusPub('sys_status_pub')  # 创建SysStatusPub节点实例
    rclpy.spin(node)  # 保持节点运行，等待回调函数被触发
    rclpy.shutdown()  # 关闭ROS 2

        这段代码创建了一个ROS 2节点，名为SysStatusPub，用于监控和发布系统的CPU使用率、内存使用情况和网络I/O数据。它首先导入必要的库和消息类型，然后定义了一个继承自Node的类，该类初始化时创建了一个定时器，每秒触发一次回调函数。在回调函数中，它收集系统状态信息，创建一个消息对象，填充数据，然后发布到sys_status话题上。最后，主函数初始化ROS 2，启动节点，并保持运行直到关闭。

注册节点： 还需要在setup.py中对节点进行注册，

'sys_status_pub=status_publisher.sys_status_pub:main',

构建运行： 打开终端，退回工作空间，构建功能包：

然后查看接口是否构建成功。

首先让系统找到位置，代码如下：

source install/setup.bash

 再运行功能包下面的节点

ros2 run status_publisher sys_status_pub

成功打印！！！

4 测试QT

现在使用QT来创建一个简单的页面

创建功能包： 老样子，创建一个新的功能包status_display

ros2 pkg create status_display --build-type ament_cmake --dependencies rclcpp status_interfaces --license Apache-2.0

创建节点：在刚才新建功能包的src目录下建一个cpp文件，如图所示：

编辑代码：

#include <QApplication>  // 引入 QApplication 类，用于管理应用程序的控制流程
#include <QLabel>      // 引入 QLabel 类，用于显示文本标签
#include <QString>     // 引入 QString 类，用于处理字符串

int main(int argc, char* argv[]) {  // 主函数，程序的入口点
    QApplication app(argc, argv);  // 创建 QApplication 实例，管理GUI程序的事件循环和资源
    QLabel* label = new QLabel();  // 创建 QLabel 实例，用于显示文本
    QString message = QString::fromStdString("Hello Qt!");  // 创建 QString 实例并初始化为 "Hello Qt!"
   label->setText(message);  // 设置标签文本为 message 字符串
   label->show();  // 显示标签窗口
   app.exec();  // 进入应用程序的事件循环，等待用户操作
  return 0;  // 返回 0 表示程序正常退出
}

这段代码是一个简单的Qt应用程序，用于创建一个窗口并在其中显示一条消息。

程序首先引入了Qt的三个核心组件：QApplication、QLabel和QString。QApplication管理应用程序的资源和事件循环；QLabel用于在窗口中显示文本；QString用于处理文本字符串。

在main函数中，首先创建了一个QApplication对象，它是每个Qt应用程序必须的。然后创建了一个QLabel对象，并设置其文本为"Hello Qt!"。最后，显示标签窗口并进入事件循环，等待用户操作直到应用程序关闭。

注册节点： 还要在CMakeLists.txt里面注册，完整代码如图：

cmake_minimum_required(VERSION 3.8)
project(status_display)

if(CMAKE_COMPILER_IS_GNUCXX OR CMAKE_CXX_COMPILER_ID MATCHES "Clang")
  add_compile_options(-Wall -Wextra -Wpedantic)
endif()

# find dependencies
find_package(ament_cmake REQUIRED)
find_package(rclcpp REQUIRED)
find_package(status_interfaces REQUIRED)
find_package(Qt5 REQUIRED COMPONENTS Widgets)

add_executable(hello_qt src/hello_qt.cpp)
target_link_libraries(hello_qt Qt5::Widgets)

install(TARGETS hello_qt
    DESTINATION lib/${PROJECT_NAME}
)

if(BUILD_TESTING)
  find_package(ament_lint_auto REQUIRED)
  # the following line skips the linter which checks for copyrights
  # comment the line when a copyright and license is added to all source files
  set(ament_cmake_copyright_FOUND TRUE)
  # the following line skips cpplint (only works in a git repo)
  # comment the line when this package is in a git repo and when
  # a copyright and license is added to all source files
  set(ament_cmake_cpplint_FOUND TRUE)
  ament_lint_auto_find_test_dependencies()
endif()




ament_package()

构建运行： 然后构建，运行这个例子，结果如图所示：

命令照着图片上敲一下，道理都一样，就不贴了

成功！！！！！！！！！！！！

5 数据可视化显示

创建节点：  新建文件sys_status_display.cpp,位置如图所示：  （千万不要建错位置）

编写代码

#include <QApplication>
#include <QLabel>
#include <QString>
#include "rclcpp/rclcpp.hpp"
#include "status_interfaces/msg/system_status.hpp"

using SystemStatus = status_interfaces::msg::SystemStatus;

class SysStatusDisplay : public rclcpp::Node {
 public:
  SysStatusDisplay() : Node("sys_status_display") {
    subscription_ = this->create_subscription<SystemStatus>(
        "sys_status", 10, [&](const SystemStatus::SharedPtr msg) -> void {
          label_->setText(get_qstr_from_msg(msg));
        }); 
  	// 创建一个空的 SystemStatus 对象，转化成 QString 进行显示
    label_ = new QLabel(get_qstr_from_msg(std::make_shared<SystemStatus>()));
    label_->show();
  }
QString get_qstr_from_msg(const SystemStatus::SharedPtr msg) {
    std::stringstream show_str;
    show_str
        << "===========系统状态可视化显示工具============\n"
        << "数 据 时 间:\t" << msg->stamp.sec << "\ts\n"
        << "用  户  名:\t" << msg->host_name << "\t\n"
        << "CPU使用率:\t" << msg->cpu_percent << "\t%\n"
        << "内存使用率:\t" << msg->memory_percent << "\t%\n"
        << "内存总大小:\t" << msg->memory_total << "\tMB\n"
        << "剩余有效内存:\t" << msg->memory_available << "\tMB\n"
        << "网络发送量:\t" << msg->net_sent << "\tMB\n"
        << "网络接收量:\t" << msg->net_recv << "\tMB\n"
        << "==========================================";

    return QString::fromStdString(show_str.str());
  }


 private:
  rclcpp::Subscription<SystemStatus>::SharedPtr subscription_;
  QLabel* label_;
};


int main(int argc, char* argv[]) {
  rclcpp::init(argc, argv);
  QApplication app(argc, argv);
  auto node = std::make_shared<SysStatusDisplay>();
  std::thread spin_thread([&]() -> void { rclcpp::spin(node); });
  spin_thread.detach();
  app.exec();
  rclcpp::shutdown();
  return 0;
}

注册节点： 修改CMakeLists.txt，添加代码,,完整代码如下：

cmake_minimum_required(VERSION 3.8)
project(status_display)

if(CMAKE_COMPILER_IS_GNUCXX OR CMAKE_CXX_COMPILER_ID MATCHES "Clang")
  add_compile_options(-Wall -Wextra -Wpedantic)
endif()

# find dependencies
find_package(ament_cmake REQUIRED)
find_package(rclcpp REQUIRED)
find_package(status_interfaces REQUIRED)
find_package(Qt5 REQUIRED COMPONENTS Widgets)

add_executable(hello_qt src/hello_qt.cpp)
add_executable(sys_status_display src/sys_status_display.cpp)
target_link_libraries(hello_qt Qt5::Widgets)
target_link_libraries(sys_status_display Qt5::Widgets)

ament_target_dependencies(sys_status_display rclcpp status_interfaces)

install(TARGETS hello_qt
        sys_status_display
    DESTINATION lib/${PROJECT_NAME}
)

if(BUILD_TESTING)
  find_package(ament_lint_auto REQUIRED)
  # the following line skips the linter which checks for copyrights
  # comment the line when a copyright and license is added to all source files
  set(ament_cmake_copyright_FOUND TRUE)
  # the following line skips cpplint (only works in a git repo)
  # comment the line when this package is in a git repo and when
  # a copyright and license is added to all source files
  set(ament_cmake_cpplint_FOUND TRUE)
  ament_lint_auto_find_test_dependencies()
endif()




ament_package()

构建运行： 打开终端，构建，运行该节点，命令如图所示：

成功运行！！！！！！观察到QT已经打开了，但是没有数据，因为还没有数据传过来，这个节点只是订阅与可视化数据。我们还需要发布数据。

如下图所示，运行发布者，发布数据，

然后观察QT界面，会发现已经成功接手到数据了。

大功告成！！！！！！！！！！！！


http://www.niftyadmin.cn/n/5868129.html

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