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將你的樹莓派變身 Google Home
目前的智能化已經對人們的生活影響越來越深刻，從智能音箱鼻祖 Amazon Echo 發佈之後，智能數字助理就進入了人們的生活當中，也成爲人們生活的一部分，特別是其與智能家居配合之後，以前科幻電影中的場景，目前已經漸漸成爲現實。
當前國內的廠家也有發佈類似的產品，比如小米的小愛同學，阿里的天貓精靈等智能助理產品，智能家居加上智能助理中樞，將是物聯網真正進入人們平常生活的最深刻的體現。
而且 Google 和 Amazon 都發布了自己語音助手的 SDK ，今天就來看一下如何接入
Google Assistant SDK ，來體驗一下樹莓派版本的 Google Home 。
準備工作
材料準備
硬件：
- Raspberry Pi
- USB 麥克風或者免驅聲卡搭配 3.5mm 接口麥克風
- 3.5mm 接口的揚聲器
軟件：
- Google 賬戶
- 科學上網環境
基本步驟
- 硬件準備和網絡連接
- 配置測試聲音設備
- 配置開發者項目及相關設置
- 安裝 SDK 和示例項目
- 註冊你的硬件設備
- 運行示例代碼
- 其他
步驟一：硬件準備和網絡連接
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已經安裝好系統並且搭建好科學上網環境的樹莓派
-
連接你的麥克風和揚聲器到樹莓派，麥克風你可以購買一個免驅聲卡，連接你的 3.5 mm 麥克風，比如下面這樣的，幾塊錢就能買到。樹莓派有一個 3.5mm 的耳機插口，你的揚聲器可以接入此接口。
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將你的樹莓派連接網絡
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ssh 遠程連接你的樹莓派
步驟二：配置測試聲音設備
第一步：確認你的錄音和播放設備正常工作
- 在命令行輸入以下命令，按下
Ctrl+C來結束。
speaker-test -t wav
如果你沒有聽到任何聲音，請檢查你的揚聲器和樹莓派連接是否正常，或者揚聲器是不是聲音調的太小了。同時你可以通過輸入以下命令
sudo raspi-config
選擇
然後選擇
將你的聲音輸出從耳機插口輸出
- 錄製一個簡短的聲音片段，如果你這時出現了問題，請轉到下面的第二步。
arecord --format=S16_LE --duration=5 --rate=16000 --file-type=raw out.raw
- 播放剛剛錄製的音頻來檢查錄製效果。
aplay --format=S16_LE --rate=16000 out.raw
調整你的錄製和播放設備，通過下面這個命令：
alsamixer
如果你的錄製和播放設備工作正常，那麼這一步的聲音設備的配置就完成了，如果你出現了錯誤，那麼可以繼續下面的步驟嘗試修復問題。
第二步：找到你的錄製和播放設備。
通過下面這個命令來顯示你的聲音捕捉設備列表，找到你的麥克風，並記錄下設備卡號和設備號。
arecord -l
如上圖所示的 card num 是1，device num 爲 0。
通過下面這個命令來顯示你的聲音播放設備列表，記錄下你的 3.5 mm 接口的設備卡號和設備號，3.5mm 設備的特徵是帶有 Analog 或者 bcm2835 ALSA (不是 bcm2835 IEC958/HDMI) 字段。
aplay -l
第三步
在你的 /home/pi 目錄下創建一個名爲 .asoundrc 文件，可以直接輸入
cd ~
sudo nano .asoundrc
粘貼以下內容到你的終端編輯器內：
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>"
}
}
其中的兩處 <card number>,<device number> ，分別是剛剛讓你記錄的麥克風和揚聲器的設備卡號和設備號，比如剛剛我展示的圖片，我的是內容是
如果你有一個 HDMI 的聲音輸出並且連接了耳機接口，那麼請按照剛剛上面 sudo raspi-config 的設置將你的聲音輸出強制從耳機接口輸出。
然後重複步驟一看看是不是依然存在問題，如果依然存在問題，可以嘗試更換你的聲音錄製和播放設備。
步驟三：配置開發者項目及相關設置
Google 的開發者項目允許你的設備能夠訪問 Google Assistant API，爲了能夠訪問這個 API，需要進行以下的配置工作。
首先，進入 Google 的 Cloud Platform Console，在你的項目頁面，創建一個項目或者選一個已經存在的項目。
然後允許你剛剛所選的項目使用 Google Assistant API，點擊以下鏈接開通 Google Assistant API
點擊啓用即可。
然後通過下面的步驟創建一個客戶端認證 ID 憑證：
-
輸入產品名稱及其他可選信息，點擊保存即可。
-
應用類型選擇其他，並輸入一個名稱。
-
點擊創建後彈出一個提醒的窗口，這裏可以直接點擊確定關閉它。
-
此時出現這樣的界面：
點在下載圖標，下載這個 json 文件。名字類似與client_secret_client-id.json
最後上面下載的文件必須放到 pi 用戶的 Downloads 目錄下面以授權使 Google Assistant SDK 示例項目正常使用，不要重命名這個文件。
可以通過以下方法來將剛剛下載的文件傳到 Downloads 目錄。
- 在你的電腦新打開一個終端，不要 ssh 連接 pi，輸入以下命令：
scp ~/Downloads/client_secret_具體你的文件名.json pi@raspberry-pi-ip-address:/home/pi/
然後輸入密碼。
2. 如果你是 Windows，你可以使用 FileZilla 等 ftp 工具，如下:
打開 Downloads 目錄，將你的文件拖入即可。
爲了使用 Google Assistant 你必須要共享一些活動數據給 Google，授予 Google Assistant 一定的權限，否則你運行項目的時候，她會一直跟你說，她需要權限才能跟你說話。
打開活動控制頁面
步驟四：安裝 SDK 和示例項目
Google 推薦在 Python 的虛擬環境運行該項目，避免對系統環境造成影響，具體運行以下命令：
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
上面的最後一條命令是激活虛擬環境，然後安裝依賴軟件包：
sudo apt-get install portaudio19-dev libffi-dev libssl-dev
使用 pip 來安裝最新版本的依賴包：
python -m pip install --upgrade google-assistant-library
python -m pip install --upgrade google-assistant-sdk[samples]
生成授權資格
首先安裝及升級授權工具
python -m pip install --upgrade google-auth-oauthlib[tool]
然後在命令行輸入一下命令
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
然後你應該會在命令行中看到一個網址
Please visit this URL to authorize this application: https://...
將這個網址完整的 copy 到瀏覽器中，登陸你的 Google 賬號，然後點擊授權允許，你會在瀏覽器中看到一行代碼，類似4/XXXX，將這行代碼 copy 到命令行Enter the authorization code:的後面
如果授權成功，那麼你會在類似下面的響應。
credentials saved: /path/to/.config/google-oauthlib-tool/credentials.json
步驟五：註冊你的硬件設備
使用 Google 的註冊工具，首先設備名最好是數字和字母的組合，首字段必須是數字或字母。
使用下面的命令格式註冊：
googlesamples-assistant-devicetool register-model --manufacturer 生產者 \
--product-name 產品名 [--description my-product-description] \
--type device-type [--trait 支持的特性] --model 我的設備
上面的我的設備這個必須是一個唯一的名字，所以你可以使用你的項目 ID 作爲前綴，下面的是 Google 的一個示例命令：
googlesamples-assistant-devicetool register-model --manufacturer "Assistant SDK developer" \
--product-name "Assistant SDK light" --type LIGHT --model my-model
然後使用以下命令向服務器查詢你剛剛創建的設備：
googlesamples-assistant-devicetool get --model my-model
比如下面
步驟六：運行示例代碼
現在你就可以準備運行示例項目來和你的樹莓派對話了，首先運行下面的命令：
googlesamples-assistant-hotword --project_id 你的項目 iD --device_model_id 上一步創建的設備
然後對着你的麥克風可以說話詢問了，注意要是英文。激活的關鍵詞是 Ok Google 或 Hey Google，你可以在終端中看到對話開始和結束的提示。
可以試着問問她你所在的城市的天氣，讓她唱首歌，讓她叫你起牀等等。
步驟七： 其他
你還可以增加一個 LED 燈來爲你的對話添加一些特性，通過 LED 燈提示對話開始等，也可以擴展這個項目及你的樹莓派。具體的可以參考擴展 Google Assistant。
以上就是變身 Google Home 的基本過程，下一步，我將我的樹莓派變身成爲智能家居中樞，讓 Siri 爲我開關燈！