Conversión de Raspberry Pi en Google Home


Gracias a que se  liberó el SDK del Google Assistant , ya se  puede usar Google Home en  Español entre otros nuevos idiomas  con cualquier hw que los permita ! Así que ahora es posible montar nuestro propio Google Assistant en una Raspberry Pi, en pocos minutos, con un micrófono y un altavoz, tendrá a una Raspberry Pi lista para atender sus peticiones!

Ideal para ponerla en el salón o cualquier sitio escondida, con un buen micrófono omnidireccional, podremos hacerle consultas en nuestro propio idioma y medianamente nos las esquivará correctamente , Por cierto a parte del Español, también soporta Inglés, Alemán, Francés, Italiano y Japonés. 

El proyecto se llama AIY que resulta de la mezcla de AI (inteligencia artificial en sus siglas en inglés, Artificial Intelligence) y DIY (hazlo tú mismo, en sus siglas en inglés, Do it Yourself).

Echemos un vistazo a lo que necesitamos .

  • Raspberry Pi 3  con fuente de alimentación y tarjeta MicroSD
  • Micrófono USB. Se puede  utilizar el micrófono incluido en algunas cámaras web para las pruebas. La gran ventaja del mini micrófono es la potabilidad del prototipo pero cualquier producto similar hará el trabajo de forma satisfactoria.
  • Altavoces con entrada de audio de 3,5 mm  Aunque inclusive unos auriculares de cable son más que suficiente para realizar las pruebas, idealmente podremos contar con algún tipo de altavoz equipado con conector de 3.5mm para obtener una mejor experiencia de usuario
  • Ratón y teclado USB

 

Instalando el SO

Para instalar el software necesitamos nueva imagen descargada a partir del sitio  oficial Raspbian ,y flashearla en la microSD con un ordenador:

 

raspbian

 

Una vez descargada y descomprimida  la imagen correspondiente  en su ordenador siga los siguientes pasos:

  • Inserte la tarjeta SD en el lector de tarjetas SD  de su ordenador comprobando cual es la letra de unidad asignada. Se puede ver fácilmente la letra de la unidad, tal como G :, mirando en la columna izquierda del Explorador de Windows.
  • Puede utilizar la ranura para tarjetas SD, si usted tiene uno, o un adaptador SD barato en un puerto USB.
  • Descargar la utilidad Win32DiskImager desde la página del proyecto en SourceForge como un archivo zip; puede ejecutar esto desde una unidad USB.
  • Extraer el ejecutable desde el archivo zip y ejecutar la utilidad Win32DiskImager; puede que tenga que ejecutar esto como administrador. Haga clic derecho en el archivo y seleccione Ejecutar como administrador.
  • Seleccione el archivo de imagen que ha extraído anteriormente de Raspbian.
  • Seleccione la letra de la unidad de la tarjeta SD en la caja del dispositivo. Tenga cuidado de seleccionar la unidad correcta; si usted consigue el incorrecto puede destruir los datos en el disco duro de su ordenador! Si está utilizando una ranura para tarjetas SD en su ordenador y no puede ver la unidad en la ventana Win32DiskImager, intente utilizar un adaptador SD externa.
  • Haga clic en Escribir y esperar a que la escritura se complete.
  • Salir del administrador de archivos  y expulsar la tarjeta SD.
  • Ya puede insertar la SD en su Raspberry Pi en el adaptador de micro-sd , conectar un monitor por el hdmi , conectar un teclado y ratón en los  conectores USB, conectar la  con un cable ethernet  al router  conectividad a Internet y finalmente conectar la alimentación  para comprobar que la Raspeberry arranca con la nueva imagen

 

Cuando acabamos de flashear la tarjeta la colocamos en la Raspi y ya podemos empezar. Para arrancar la Raspberry Pi 3 con el Voice Kit vamos a necesitar un monitor con cable HDMI y un teclado con ratón. Conectamos todo y le damos energía a la Raspi.

El primer inicio del sistema puede tardar varios minutos. El sistema que corre en la Raspberry Pi es una versión de Debian modificada especialmente para este dispositivo y que se llama Raspbian. Debian es una de las distribuciones más extendidas de GNU/Linux y en la que se basan distribuciones tan famosas como Ubuntu.

Una vez tengamos el escritorio activo, arriba a la derecha vamos a poder conectarnos a nuestra red Wi-Fi entre los símbolos del Bluetooth y del volumen. 

Respecto al micrófono usb

Dado el precio y el tamaño, se necesita  un micrófono funcional que sea capaz de captar voces cercanas o grandes sonidos pero   sin gastarse una fortuna  requiriéndose  un micrófono  usb  que sea  reconocido y funcione con Raspbian en una Raspberry Pi3( por  ejemplo el modelo  RRunzfon de kinobo)

Este tipo de micrófonos no son de alta fidelidad de modo que cuando escuche las reproducciones está claro que hay mucha estática a menos que esté hablando directamente con el micrófono, pero para este proyecto  lo importante es que sea  capaz de funcionar para el reconocimiento de voz utilizando la compilación Alexa Raspberry Pi.

Es interesante instalar la activación “siempre encendida” para no tener que presionar un botón para activarla, y pero dadas  las características de este modesto micrófono  solo  funcionara   si está cerca de este

Dado el tamaño y el precio, esta es una de las maneras más fáciles de agregar un micrófono por menos de $ 10, pero si está esperando un audio de alta calidad, es mejor que busque otras opcion. Para aquellos que buscan un micrófono decente para uso diario, existen mejores opciones en cuanto a calidad de sonido. (lo que hace que este micrófono sea genial es lo pequeño y económico que es)

Para las personas que buscan probar Google Assistant  con  Raspberry Pi, este micrófonono funciona con RPI v1, pero sí funciona con RPI v3 de fábrica. Cuando lo conecta al puerto USB, se detecta automáticamente y puede verlo en la salida “arecord -l“.

Bajo el sistema operativo Linux, parece que el sonido grabado es un poco bajo. Es posible que necesite normalizar (aumentar la ganancia) en el sonido usando un programa como mp3gain, ffmpeg, sox, etc. o mejor aún aumentar la ganancia en el receptor usando pulseaudio. Si eleva el volumen a un nivel alto, obtendrá una gran cantidad de estática, que es de esperar.

 

 

 

 

Prueba de sonido

Usaremos una Raspberry Pi 3 con Raspbian instalado y actualizado, lo primero será verificar que el audio nos funciona bien, tanto el del micrófono como los altavoces por donde queremos sacar el sonido ,para ello editamos nuestro fichero de configuración de audio ‘~/.asound’ y especificamos el micrófono que estamos usando, en este caso un USB específico, pero también podríamos usar el micro de una webcam, así como el audio que me lo saque por la predeterminada

Antes de continuar pues  debemos configurar el sistema de audio en la Raspberry Pi.

  1. Encontrar los dispositivos de grabación y reproducción.

    1. Coloque el micrófono USB en la lista de dispositivos de hardware de captura. Anote el número de tarjeta y el número de dispositivo.

      arecord -l
    2. Coloque el altavoz en la lista de dispositivos de hardware de reproducción. Anote el número de tarjeta y el número de dispositivo. Tenga en cuenta que el conector de 3,5 mm se etiqueta típicamente o (no). Analogbcm2835 ALSAbcm2835 IEC958/HDMI

      aplay -l
  2. Crear un nuevo archivo llamado .asoundrec  en el directorio home(/home/pi). Asegúrese de que tiene las definiciones de derecho esclavo para micrófono y altavoz; Utilice la configuración  a continuación pero cambie <card number><device number>  con el número que anotó en el paso anterior. Hacer esto para ambos y..asoundrc/home/pi<card number><device number>pcm.micpcm.speaker

    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>"
     
    }
    }
  3. Verificar esa grabación y la reproducción del ejemplo:

    1. Ajustar el volumen de reproducción.

      alsamixer

      Pulse la tecla de flecha hacia arriba para ajustar el volumen de reproducción nivel a alrededor de 70.

    2. Reproducir un sonido de prueba (se trata de una persona que habla). Presione Ctrl + C al hecho. Si no se oye nada cuando se ejecuta esto, Compruebe la conexión del altavoz.

      speaker-test -t wav
    3. Grabar un clip audio corto.

      arecord --format=S16_LE --duration=5 --rate=16000 --file-type=raw out.raw
    4. Compruebe la grabación por reproducirlo. Si no se oye nada, puede que necesite registrar el volumen de grabación. alsamixer

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

    Si están trabajando la grabación y reproducción, ya se ha configurado el  audio. Si no es así, verifique que el micrófono y el altavoz están correctamente conectados. Si no es el problema, intente un diferentes micrófono o altavoz.

    Tenga en cuenta que si tiene un monitor HDMI y un altavoz de jack de 3,5 mm conectado, usted puede reproducir audio por  cualquiera de los dos. Ejecute el siguiente comando:

    sudo raspi-config

    Ir a Opciones avanzadas > Audio y seleccione el dispositivo de salida deseada.

 

Activación servicio

Para activar el servicio nos iremos  a la consola de las Acciones de Google, nos validaremos con una cuenta de Google válida y crearemos un nuevo proyecto de Google Cloud Platform,.Con la API de Google Assistant instalada en nuestra Raspberry accederemos para realizar consultas y el proyecto nos mostrará los datos sobre los consumos.

En primer lugar nos iremos  a la consola de las Acciones de Google, en https://console.actions.google.com, deberemos validarnos con una cuenta de Google válida y crear un nuevo proyecto de Google Cloud Platform, para ello pulsamos en “Add/Import project”

Si no tiene ningún proyecto creado, nos aparece una ventana para  aceptar las condiciones de servicio. Es importante en este punto no olvidar  si queremos cambiar el idioma a español   para las Acciones  así como  seleccionar nuestro País, 

 

Tenemos que tener en cuenta  que el máximo de proyectos gratuitos es 3 ,por lo que  no podremos añadir nuevos, así que una opción es eliminar proyectos antiguos o incluso seleccionar alguno de estos proyectos antiguos de Google App Engine  como origen  de automatización ( ese es el caso de nuestro ejemplo “soloelectronicossalva”)

En caso de no tener ningún proyecto en la nube de Google ,deberemos  indicar el nombre del Proyecto (recordar que  aparecerá un combo si tiene ya varios proyectos creados)

Ahora tenemos que habilitar la API de Google Assistant API para nuestro proyecto , por lo que nos iremso a  https://console.developers.google.com/apis/api/embeddedassistant.googleapis.com/overview y daremos al boton de Habilitar . Si no estamos situados en nuestro proyecto  seleccionamos del combo nuestro proyecto y pulsamos en “Habilitar”,(API > Enable API > Google Assistant > Enable)

 

Y al pulsar el botón  quedara habilitado el API  de Google Assistant para nuestro proyecto

 

 

Observe que no es completamente gratuito, estando limitado a 500 peticiones al día  con un máximo de 60 peticiones/minuto , aspectos que podemos estudiar en el menú  de Cuotas

Ahora ya podríamos ir a registrar nuestro dispositivo! Vamos de nuevo a la Consola, en https://console.actions.google.com/
Ir a “Device registration” > “Register Model” y lo crearíamos

 

En caso de haber importado un proyecto que ya teníamos, el proceso es diferente, pues repetiremos las dos opciones primeras de Add/Import  , pero esta vez en el menú que nos aparece seleccionaremos  Device registration” > “Register Model” y lo creariamos (la url seria del tipo https://console.actions.google.com/u/0/project/proyecto_importado/deviceregistration/)

 

 

En ambos casos, llegado a este punto, pulsaremos al botón   “Device registration

 

 

 

Tendremos que ponerle un nombre o ‘Product Name’ (que anotaremos), un nombre del fabricante o ‘Manufacter Name’  y seleccionamos si queremos algún tipo de dispositivo, que en nuestro caso al ser una raspberry Pi 3 lo dejaremos en ‘Auto’, pulsamos en “Register Model”,

 

 

 

 

Nos toca ahora descargar el fichero con los credenciales de acceso al servicio de Google Assistant, pulsamos en “Download OAuth 2.0 credentials” y los guardamos en una ruta de nuestro ordenador que nos sea fácil de recordar

Ahora   copiaremos   dichos archivo  a la Raspberry Pi  en la ruta  /home/pi,

 

 

En este ultimo paso , es interesante las opciones que nos ofrece:

  • Brillo: Este rasgo cubre cómo controlar el brillo de un dispositivo. La configuración de brillo absoluto se encuentra en un rango normalizado de 0 a 100 (las luces individuales pueden no ser compatibles con todos los puntos del rango según su configuración de LED). 
  • ColorSpectrum Este rasgo pertenece a cualquier dispositivo que pueda establecer un espectro de color. Esto se aplica a las bombillas de color “completas” que toman rangos de color RGB. Las luces pueden tener cualquier combinación de ColorSpectrum y ColorTemperature, las luces de acento y las tiras de LED solo pueden tener Spectrum, mientras que algunas bombillas de lectura solo tienen Temperatura. Las bombillas básicas, o luces tontas en enchufes inteligentes, no tienen ninguno.
  • Temperatura del color: Este rasgo pertenece a cualquier dispositivo que pueda ajustar la temperatura del color. Esto se aplica a las bombillas de “calor” que tienen un punto de color en Kelvin. Esta es generalmente una modalidad separada de ColorSpectrum, y es posible que haya puntos blancos disponibles a través de la temperatura que Spectrum no pueda alcanzar. Según los rasgos disponibles, Google puede elegir el modo apropiado para usar según la solicitud y el tipo de luz (por ejemplo, si las luces de la sala de estar están en blanco podrían enviar comandos de temperatura a algunas bombillas y comandos de espectro a tiras de LED).
  • Muelle: Este rasgo está diseñado para dispositivos auto-móviles que pueden ser ordenados a regresar para la carga. En general, estas son aspiradoras robóticas actualmente, pero esto también se aplicaría a algunos drones, robots de entrega y otros dispositivos futuros. 
  • Encendido apagado :La funcionalidad básica de encendido y apagado para cualquier dispositivo que tenga activado y desactivado el binario, incluidos enchufes e interruptores, así como muchos dispositivos futuros. Tenga en cuenta que los termostatos tienen una configuración de ‘modo’ expandida, que es un interruptor de múltiples vías que incluye encendido y apagado, pero los termostatos generalmente no tienen esta característica. 
  • StartStop :Este rasgo cubre iniciar y detener el dispositivo. Iniciar y detener un dispositivo cumple una función similar para encenderlo y apagarlo. Los dispositivos que heredan este rasgo funcionan de manera diferente cuando se encienden y cuando se inician. Algunas lavadoras, por ejemplo, pueden encenderse y modificar sus configuraciones antes de comenzar a operar.
  • Ajuste de temperatura : Este rasgo cubre el manejo tanto del punto de temperatura como de los modos. 

Para  nuestro ejemplo no seleccionaremos ninguna de esta opciones por el momento y pulsaremos  “SaveTraits

 

Nos debe aparece ahora  al entrada    con la configuración definida:

 

 

Si pinchamos en la entrada  podemos cambiar algunos de los parámetros ya definidos ( no olvidar darle al botón de “save“) 

 

 

 

 

Grabamos el dispositivo que acabamos de registrar, pulsando en “SAVE”,

 

 

Configruacion de la Raspberry Pi

 

Bien, ahora en la Raspberry Pi configuraremos el entorno virtual de Python para aislar el SDK y sus dependencias de los paquetes Python del sistema, nos escogemos la opción de Python 3:

sudo apt-get install python-dev python-virtualenv

virtualenv env –no-site-packages

env/bin/python -m pip install –upgrade pip setuptools wheel

source env/bin/activate

Instalamos las dependencias necesarias además de  Google Assistant SDK que nos permitirá tener Google Assistant corriendo en la Raspberry Pi:

sudo apt-get install portaudio19-dev libffi-dev libssl-dev libmpg123-dev


Mediante pip instalamos la última versión de Python en el entorno virtual:

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

Instalamos o actualizamos la herramienta de autorización:

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

 

Ahora generamos los credenciales para ejecutar los ejemplos, usaremos el fichero JSON que nos hemos descargado previamente:

google-oauthlib-tool –scope 

https://www.googleapis.com/auth/assistant-sdk-prototype –scope

 https://www.googleapis.com/auth/gcm –save –headless –client-

secrets /home/pi/client_secret_xxxx.apps.googleusercontent.com.json

 

 

Si todo es correcto, nos pondrá algo como:

Please visit this URL to authorize this application: https://..."
 

Copiamos la URL y vamos a ella con un navegador que esté validado con nuestra cuenta de Google. Tras permitir el acceso o nos dará un código de autenticación que debemos pegar en la shell.

Y ahora, ya estamos listos para probar un ejemplo!

En el mismo entorno virtual, ejecutamos el siguiente comando indicando nuestro ID de Proyecto y nuestro ID de modelo, En caso de no haber  anotando estos datos , ambos estan  en la Consola de Actions de Google buscando en las opciones generales del proyecto y del dispositivo.

Si esta todo OK ejecutamos el siguiente comando y quedará listo para que hablemos con el Assistantar:

 

  googlesamples-assistant-hotword --project_id entrada-txarlatana --device_model_id entrada-txarlatana-entrada-xxxx

 

Por cierto, para cambiar el idioma de nuestro Asistente, lo haremos directamente con nuestro teléfono móvil, con la app del Assistant que supongo la tendréis instalada (y si no os la instaláis :P, la abrís, pulsamos arriba en la brújula, y en la siguiente pantalla en Explorar debemos ir a “Ajustes”,

En Ajustes debemos buscar en Dispositivos el dispositivo que hemos registrado antes, lo seleccionamos, y ahí ya le podremos dar acceso a más datos nuestros a los señores de Google o seleccionar el idioma que queremos para interactuar con el Assistant!

 

 

MEJORA DEL MICRÓFONO 

Finalmente, dependiendo de la calidad de tu micrófono, notará que tiene algunos problemas a la hora de escucharle. En lugar de gritar  cada vez que quiera usarlo, lo que haremos será regular el micrófono mediante la línea de comandos una vez más.

  • Introduzca  en la termina ssh  el siguiente comando:
     alsaixer
  • Pulsee F6 para seleccionar un USB diferente. Use, las flechas para seleccionar tu micrófono.
  • Usa las flechas para aumentar el volumen de captura.
  • Cuando esté satisfecho con el volumen, pulse  ESC para salir.
  • Escriba el siguiente comando para hacer permanentes los cambios.
     sudo alsactl store

Ahora será capaz de comunicarte con su Echo casero hablando de manera normal   en lugar de gritando. Desde esta misma pantalla también se puede cambiar el volumen por defecto si lo necesitara.

 

Tenemos el servicio montado bajo una Raspberry Pi, si volvemos a ejecutar el ejemplo anterior estará el Asistente en nuestro idioma pero  tendremos que constantemente pulsar Enter o decir ‘OK, Google’ independientemente de los ejemplos que tenemos para interactuar.

Si no nos  interesa que el micrófono esté siempre escuchando y así también evitar la necesidad de decir ‘OK Google’ todo el rato, mediante un script  en c-shell   podemos   iniciar  o detener el Assistant

google_assistant_para.sh

cd /home/pi/

source env/bin/activate

nc -l 12345 | /home/pi/env/bin/python3 /home/pi/env/bin/googlesamples-assistant-pushtotalk –project-id txarlatana –device-model-id txarlatana-pitxarlatana-xxxx &

 

google_assistant_para.sh

pkill python3

pkill google

pkill nc

 

 

Mas información en  https://developers.google.com/assistant/sdk/guides/library/python/

 

 

 

 

 

 

 

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