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树莓派折腾指南之将你的树莓派变身 Google Home

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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。
    15155927429534
  1. 将你的树莓派连接网络
  2. 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
15155932467591

然后选择
15155932800447

将你的声音输出从耳机插口输出
15155933119751

  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

15155937585522

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。

1
arecord -l

15155941154890

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

15155944050157

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
15155947400239

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。
15155950828092

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。
15155953311656

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
    15155954695217

  2. 输入产品名称及其他可选信息，点击保存即可。
    15155955232716

  3. 应用类型选择其他，并输入一个名称。
    15155956528728

  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：
    15155957656082

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:
    15155961850035

打开 Downloads 目录，将你的文件拖入即可。
15155962460662

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

15155964264654
15155964345681
15155964424810

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
15155975614463

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 Google 或 Hey 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！

泡面一杯