用樹梅派，自造Marvel影集的AI語音助理

| 18 10 月, 2021 at 10:55

（感謝作者 Neutrino-1開放授權，使我們得以摘譯這篇文章，特此致謝。原文網址：https://www.instructables.com/Mrs-Minutes-Voice-Assistant-Using-Raspberry-Pi-Zer/，若讀者想要下載相關檔案及程式碼，請至點及原文網址，並至相關步驟進行下載，謝謝。）

我是漫威超級英雄電影的超級粉絲，最近，漫威影業推出了新影集《洛基》（Loki），是截至目前為止我最喜愛的影集。所以，我想如果使影集中的一個角色栩栩如生，應該會很有趣！

所以，請大家與「分鐘小姐」（Miss Minutes）見個面。分鐘小姐是《洛基》中的AI角色，替影集中的一個虛構單位「時間變異管理局」（Time variance authority）工作。而分鐘小姐於影集中可執行許多任務：她說話；與其他角色互動；當然能獲取資料及訊息，幾乎等同於Friday與Jarvis在《鋼鐵人》（Iron Man）中所扮演的角色。

所以，這就是我所自造、以及本文所要介紹的作品。

但為完成這個作品，我實際上借用了許多其他作者的概念、方法或作品。所以，請您務必閱讀所有指示，以建構您自己的AI分鐘小姐。此外，請務必取得下方的製作材料，好使您能輕鬆進行本專案。

材料：

3D列印機
橙色長絲材料
領口麥克風
桌面音箱
樹梅派Zero W
音效卡
母直流插孔
5V直流適配器
公音頻插孔
膠槍

第一步：建立分鐘小姐的外殼

通常，我從電子產品開始自造，然後逐步構建外殼，但本專案中我將以稍微不同的方式處理。首先，我將製作外殼，然後在其中安裝電子設備。

在開始建模前，我試著搜索是否有人已完成了類似專案，我發現了 Thingiverse網站上的用戶PhilippHee令人驚艷地「分鐘小姐時鐘專案」。但不幸的是，在記錄專案頁面時，Thingiverse 已將該頁面關閉，一旦頁面備份，我將會更新連結。

不論如何，幾週前我已經下載了STL檔案，所以我不是完全從頭開始創建專案。我使用fusion 360軟體，根據我的需要編輯並重新混合了他的專案。您可查看上方圖像，了解如何修改圖像，以滿足該專案的需要。

第二步：多色3D列印

一旦STL檔案準備好，就可進行列印。我將模型放入Cura軟體並將其切片。您可使用單一顏色進行列印，然後於其上繪製眼睛與輪廓，或者如我一樣在列印時更換長絲材料。

您可查看此連結，了解如何在僅使用一個噴嘴列印時更改顏色。

上方圖片是參考用，您需暫停以更改長絲材料的顏色。

初始——橙色燈絲
第一次變化——黑絲
第二次變化——白絲
第三次變化——黑絲

為了列印這個模型，我使用PLA和一個直徑為 0.6 毫米、層高為 0.4 毫米的更大噴嘴，以便更快列印。這個模型完整列印約需9小時，在列印過程中我不得不更換長絲材料3次。但是，我仍沒有選擇適合的圖層高度以改變顏色，所以把它搞砸了。

無論如何，這次失敗經驗提供了一個解釋的機會，使您了解若並未使用多色3D列印技術，如何改變顏色。

第三步：3D 列印後處理

列印後，我花了幾分鐘小心去除支撐材料。

請注意：去除支撐材料時，不要做任何大動作，因為面的厚度非常小，很容易折斷。

對我來說，顏色不是那麼有吸引力，所以我修改了顏色。我使用黑色記號筆勾勒輪廓，用增白劑勾勒眼睛，弄了一段時間後，我完全改變了顏色！您可於上圖中，看見模型看起來比我列印的原始顏色要好得多。

第四步：樹梅派Zero W和Google助理

由於3D模型已準備就緒，我們可以開始自造分鐘小姐的「大腦」。

我將使用樹梅派Zero W作為硬體；至於軟體，我將使用Google助理SDK。這在2年前是不可能的，因為Google助理SDK不支援樹莓派Zero。但去年Google發佈了一項新的Google助理服務，該服務支援各種硬體，包括了樹梅派Zero W。

第五步：音效硬體

在處理語音助理前，讓我們先處理一下硬體問題。您可看見樹梅派Zero W，沒有任何類型的音頻輸入或音頻輸出。

為解決這個問題，我使用了一個帶有微型 USB 至全尺寸 USB 適配器的USB音效卡，我們將透過USB獲取音頻輸入和輸出，並將其發送至相應的音頻外圍設備。

對於音頻輸入，讓我們使用領口麥克風，因為這將非常適用於分鐘小姐的鼻子。但麥克風附帶的 3.5毫米立體聲插孔不適用於音效卡，所以，我以音頻插孔取代它。至於音頻輸出，我們可使用任何普通揚聲器，但在這樣的情況下，我們至終也會構建一個音頻放大器電路，因此我將使用由USB供電的桌面揚聲器。

第六步：針對樹梅派Zero W，揚聲器和麥克風的設置

這似乎有點棘手，但其實相當容易，甚至Google助理服務的文檔網頁，也有關於如何設置揚聲器和麥克風的硬體指南。

首先，在SD卡上安裝樹莓派作業系統。如果您不確定如何安裝？請觀看我的影片，了解如何在沒有顯示器和鍵盤的情況下設置樹莓派。在安裝作業系統後，請使用 putty 透過 SSH 連接至樹梅派。

現在，請使用下方的命令，檢查樹莓派是否檢測到音效卡：

lsusb

透過命令，檢查麥克風與揚聲器的連結：

arecord -l

aplay -l

請您記下音效卡的ID和設備的ID。取得 ID後，請使用以下命令，在 /home/pi 中創建一個名為 .arecordrc 的新檔案：

sudo nano /home/pi/.arecordrc

請將以下的程式碼，貼入nano編輯器中：

type asym

capture.pcm “mic”

playback.pcm “speaker”

}

pcm.mic {

type plug

slave {

pcm “plughw:[card ID]<card number=””>,[device ID]<device number=””>”

}

pcm.speaker {

type plug

slave {

pcm “hw:[card ID],[device ID]”<br><card number=””><device number=””> }

}</device></card></device></card>

然後，請將卡號和設備號，替換為您在上一個命令中找到的 ID。接著按下ctrl+X退出，並按Y保存文件。最後，使用命令調整音量：

alsamixer

第七步：測試音效和麥克風

請使用以下命令，測試麥克風：

speaker-test -t wav

您可以使用以下命令，將聲音錄製起來：

arecord --format=S16_LE --duration=5 --rate=16000 --file-type=raw out.raw

以下這個命令，可將您錄製的聲音播放：

aplay --format=S16_LE --rate=16000 out.raw

第八步：設定Google助理

要使用Google助理 SDK，您需前往此連結，創建一個新專案並設置任意名稱。在下一頁，用滑鼠向下移動至網頁底部，選擇設備註冊及設置設備。完成後，下載我們稍後將使用的憑證（credentials）。然後，前往此連結，並啟用Google助理API。最後，設置 oauth 同意螢幕。您可按照這份Google文件了解更多詳細訊息。

第九步：安裝Google助理SDK

在上一步驟的Google文件中，python 軟體包被安裝於虛擬環境中，但稍後在啟動並運作命令時可能會出現問題。所以，我使用以下命令：

sudo apt-get update

安裝python3：

sudo apt-get install python3-dev

安裝軟體包的系統依賴項：

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

安裝Google助理SDK：

python3 -m pip install --upgrade google-assistant-sdk[samples]

取得授權碼：

<pre>google-oauthlib-tool --scope https://www.googleapis.com/auth/assistant-sdk-prototype \

--save --headless --client-secrets /path/to/<a rel="nofollow"></a>client_secret_client-id<a rel="nofollow"></a>.json

如果一切都運作順利，您將會看見類似於以下的回應：

credentials saved: /path/to/.config/google-oauthlib-tool/credentials.json

第十步：修改pushtotalk.py

首先，複製這個Github上的倉儲：https://github.com/googlesamples/assistant-sdk-pyt…

然後，開啟檔案pushtotalk.py（路徑：assistant-sdk-python/google-assistant-sdk/googlesamples/assistant/grpc/）。

刪除第456至465行的程式碼，並將它們替換為：

assistant-assist()

第十一步：在啟動時運作Google助理

運作以下命令：

sudo nano /etc/rc.local

請使用您的檔案目標輸入以下命令，然後在退出「 0 」之前接著「&」：

sudo -H -u pi python3 /[path to pushtotalk]/pushtotalk.py &

為在運作Google助理前，確保您有連接網際網路，請輸入以下命令：

sudo raspi-config

選擇「啟動選項」(boot option)，接著選擇「在啟動時等待網路」(wait for the Network at boot)，這將確保在啟動期間，有穩定的網際網路連接後，才啟動Google助理。

第十二步：測試Google助理

當重新啟動時，樹莓派在連接至wifi 網路前不會啟動。一旦連接至網絡，樹莓派就會啟動並開始運作 pushtotalk.py 腳本。

由於我們修改了pushtotalk.py，Google助理會一直處於聽的狀態，我們並不需要觸發詞，這是我們將錯誤轉化為功能之處。由於麥克風是全向性的，並且除了單向性外，語音是低沉的（以及錄音音量低），因此助理不會因背景聲音和語音而被觸發。

現在，您可在沒有任何觸發詞的情況下，與您的Google助理互動，也可按下按鈕並面對助理開始說話。

第十三步：將分鐘小姐的所有部件組裝起來

是時候把所有部件放進機箱。讓我們從電源的放置展開，接下是樹莓派Zero W和音效卡，再來便可安裝麥克風。至於揚聲器，我將打開桌面揚聲器並將其內部的揚聲器取出，如同我們對針對麥克風所做的一樣，我也會更改此揚聲器的音頻插孔。最後，請將所有部件焊接在一起，並運用一些熱熔膠粘住。最後，添加一些熱插件並蓋住分鐘小姐的背面，便大功告成了！