树莓派折腾指南之将你的树莓派变身 Google Home

将你的树莓派变身 Google Home

目前的智能化已经对人们的生活影响越来越深刻,从智能音箱鼻祖 Amazon Echo 发布之后,智能数字助理就进入了人们的生活当中,也成为人们生活的一部分,特别是其与智能家居配合之后,以前科幻电影中的场景,目前已经渐渐成为现实。

当前国内的厂家也有发布类似的产品,比如小米的小爱同学,阿里的天猫精灵等智能助理产品,智能家居加上智能助理中枢,将是物联网真正进入人们平常生活的最深刻的体现。

而且 Google 和 Amazon 都发布了自己语音助手的 SDK ,今天就来看一下如何接入
Google Assistant SDK ,来体验一下树莓派版本的 Google Home

准备工作

材料准备

硬件:

  • Raspberry Pi
  • USB 麦克风或者免驱声卡搭配 3.5mm 接口麦克风
  • 3.5mm 接口的扬声器

软件:

  • Google 账户
  • 科学上网环境

基本步骤

  1. 硬件准备和网络连接
  2. 配置测试声音设备
  3. 配置开发者项目及相关设置
  4. 安装 SDK 和示例项目
  5. 注册你的硬件设备
  6. 运行示例代码
  7. 其他

步骤一:硬件准备和网络连接

  1. 已经安装好系统并且搭建好科学上网环境的树莓派
  2. 连接你的麦克风和扬声器到树莓派,麦克风你可以购买一个免驱声卡,连接你的 3.5 mm 麦克风,比如下面这样的,几块钱就能买到。树莓派有一个 3.5mm 的耳机插口,你的扬声器可以接入此接口。

  3. 将你的树莓派连接网络

  4. ssh 远程连接你的树莓派

步骤二:配置测试声音设备

第一步:确认你的录音和播放设备正常工作

  1. 在命令行输入以下命令,按下 Ctrl+C 来结束。
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speaker-test -t wav

如果你没有听到任何声音,请检查你的扬声器和树莓派连接是否正常,或者扬声器是不是声音调的太小了。同时你可以通过输入以下命令

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sudo raspi-config

选择

然后选择

将你的声音输出从耳机插口输出

  1. 录制一个简短的声音片段,如果你这时出现了问题,请转到下面的第二步。
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arecord --format=S16_LE --duration=5 --rate=16000 --file-type=raw out.raw
  1. 播放刚刚录制的音频来检查录制效果。
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aplay --format=S16_LE --rate=16000 out.raw

调整你的录制和播放设备,通过下面这个命令:

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alsamixer

如果你的录制和播放设备工作正常,那么这一步的声音设备的配置就完成了,如果你出现了错误,那么可以继续下面的步骤尝试修复问题。

第二步:找到你的录制和播放设备。

通过下面这个命令来显示你的声音捕捉设备列表,找到你的麦克风,并记录下设备卡号和设备号。

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arecord -l

录音设备
如上图所示的 card num 是1,device num 为 0。

通过下面这个命令来显示你的声音播放设备列表,记录下你的 3.5 mm 接口的设备卡号和设备号,3.5mm 设备的特征是带有 Analog 或者 bcm2835 ALSA (不是 bcm2835 IEC958/HDMI) 字段。

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aplay -l

播放设备

第三步

在你的 /home/pi 目录下创建一个名为 .asoundrc 文件,可以直接输入

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cd ~
sudo nano .asoundrc

粘贴以下内容到你的终端编辑器内:

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pcm.!default {
type asym
capture.pcm "mic"
playback.pcm "speaker"
}
pcm.mic {
type plug
slave {
pcm "hw:<card number>,<device number>"
}
}
pcm.speaker {
type plug
slave {
pcm "hw:<card number>,<device number>"
}
}

其中的两处 <card number>,<device number> ,分别是刚刚让你记录的麦克风和扬声器的设备卡号和设备号,比如刚刚我展示的图片,我的是内容是

如果你有一个 HDMI 的声音输出并且连接了耳机接口,那么请按照刚刚上面 sudo raspi-config 的设置将你的声音输出强制从耳机接口输出。

然后重复步骤一看看是不是依然存在问题,如果依然存在问题,可以尝试更换你的声音录制和播放设备。

步骤三:配置开发者项目及相关设置

Google 的开发者项目允许你的设备能够访问 Google Assistant API,为了能够访问这个 API,需要进行以下的配置工作。
首先,进入 Google 的 Cloud Platform Console,在你的项目页面,创建一个项目或者选一个已经存在的项目。

然后允许你刚刚所选的项目使用 Google Assistant API,点击以下链接开通 Google Assistant API
点击启用即可。

然后通过下面的步骤创建一个客户端认证 ID 凭证:

  1. 创建客户端 ID
  2. 输入产品名称及其他可选信息,点击保存即可。
    输入名称
  3. 应用类型选择其他,并输入一个名称。
    类型
  4. 点击创建后弹出一个提醒的窗口,这里可以直接点击确定关闭它。
  5. 此时出现这样的界面:
    列表
    点在下载图标,下载这个 json 文件。名字类似与client_secret_client-id.json

最后上面下载的文件必须放到 pi 用户的 Downloads 目录下面以授权使 Google Assistant SDK 示例项目正常使用,不要重命名这个文件。
可以通过以下方法来将刚刚下载的文件传到 Downloads 目录。

  1. 在你的电脑新打开一个终端,不要 ssh 连接 pi,输入以下命令:
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scp ~/Downloads/client_secret_具体你的文件名.json pi@raspberry-pi-ip-address:/home/pi/

然后输入密码。

  1. 如果你是 Windows,你可以使用 FileZilla 等 ftp 工具,如下:

    打开 Downloads 目录,将你的文件拖入即可。

为了使用 Google Assistant 你必须要共享一些活动数据给 Google,授予 Google Assistant 一定的权限,否则你运行项目的时候,她会一直跟你说,她需要权限才能跟你说话。
打开活动控制页面


步骤四:安装 SDK 和示例项目

Google 推荐在 Python 的虚拟环境运行该项目,避免对系统环境造成影响,具体运行以下命令:

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sudo apt-get update
sudo apt-get install python3-dev python3-venv
python3 -m venv env
env/bin/python -m pip install --upgrade pip setuptools
source env/bin/activate

上面的最后一条命令是激活虚拟环境,然后安装依赖软件包:

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sudo apt-get install portaudio19-dev libffi-dev libssl-dev

使用 pip 来安装最新版本的依赖包:

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python -m pip install --upgrade google-assistant-library
python -m pip install --upgrade google-assistant-sdk[samples]

生成授权资格
首先安装及升级授权工具

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python -m pip install --upgrade google-auth-oauthlib[tool]

然后在命令行输入一下命令

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google-oauthlib-tool --scope https://www.googleapis.com/auth/assistant-sdk-prototype \
--save --headless --client-secrets /home/pi/Downloads/client_secret_你的文件名.json

然后你应该会在命令行中看到一个网址
Please visit this URL to authorize this application: https://...

将这个网址完整的 copy 到浏览器中,登陆你的 Google 账号,然后点击授权允许,你会在浏览器中看到一行代码,类似4/XXXX,将这行代码 copy 到命令行Enter the authorization code:的后面
如果授权成功,那么你会在类似下面的响应。
credentials saved: /path/to/.config/google-oauthlib-tool/credentials.json

步骤五:注册你的硬件设备

使用 Google 的注册工具,首先设备名最好是数字和字母的组合,首字段必须是数字或字母。
使用下面的命令格式注册:

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googlesamples-assistant-devicetool register-model --manufacturer 生产者 \
--product-name 产品名 [--description my-product-description] \
--type device-type [--trait 支持的特性] --model 我的设备

上面的我的设备这个必须是一个唯一的名字,所以你可以使用你的项目 ID 作为前缀,下面的是 Google 的一个示例命令:

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googlesamples-assistant-devicetool register-model --manufacturer "Assistant SDK developer" \
--product-name "Assistant SDK light" --type LIGHT --model my-model

然后使用以下命令向服务器查询你刚刚创建的设备:

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googlesamples-assistant-devicetool get --model my-model

比如下面

步骤六:运行示例代码

现在你就可以准备运行示例项目来和你的树莓派对话了,首先运行下面的命令:

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googlesamples-assistant-hotword --project_id 你的项目 iD --device_model_id  上一步创建的设备

然后对着你的麦克风可以说话询问了,注意要是英文。激活的关键词是 Ok GoogleHey Google,你可以在终端中看到对话开始和结束的提示。

可以试着问问她你所在的城市的天气,让她唱首歌,让她叫你起床等等。

步骤七: 其他

你还可以增加一个 LED 灯来为你的对话添加一些特性,通过 LED 灯提示对话开始等,也可以扩展这个项目及你的树莓派。具体的可以参考扩展 Google Assistant

以上就是变身 Google Home 的基本过程,下一步,我将我的树莓派变身成为智能家居中枢,让 Siri 为我开关灯!

向我开炮