基于樹莓派3B實現(xiàn)的環(huán)保機(jī)器人設(shè)計方案

背景

迄今為止，已經(jīng)有相當(dāng)多的語音助手可以在智能手機(jī)或?qū)Ｓ迷O(shè)備上使用。雖然它們已經(jīng)提供了廣泛的用途，但它們中的大多數(shù)都收集了大量令人不安的數(shù)據(jù)，并且似乎完全依賴于云。另一方面，Snips允許您創(chuàng)建自己的語音助手，該助手專門在設(shè)備上運行，并且可以安裝在RaspberryPi等小型設(shè)備上。

環(huán)保

“隨手關(guān)燈”，這是很多孩子在成長過程中從父母那里聽到的。問題是，有時恰好我們就很容易忘記關(guān)燈或其他電器，而且發(fā)生這種情況的時候并不總是有大人提醒你這樣做——主要是因為你現(xiàn)在可能是大人負(fù)責(zé)。Sudo會嘗試通過成為一個成年人來改變你的習(xí)慣，至少在節(jié)能方面

概述

由于這個項目涉及不同的組件，這里是所涉及的部分的概述：

讓你的房子更智能

設(shè)置Snips

首先要做的是在RaspberryPi上安裝Snips-我使用的是RaspberryPi3-型號B。我首先下載了最新版本的Raspbian并將其刷到SD卡上，創(chuàng)建了一個名為ssh的空文件和另一個名為wpa_supplicant的空文件。conf在SD卡的根目錄，然后我在彈出卡之前填充了我的Wifi憑據(jù)。設(shè)備完成啟動后，您應(yīng)該可以在本地網(wǎng)絡(luò)上看到它，并且可以使用默認(rèn)用戶名和密碼（pi/rapsberry）以及raspberrypi.local主機(jī)名（如果您使用的是MacOS）通過ssh連接到它。之后，我按照這里給出的說明https://docs.snips.ai/getting-started/quick-start-raspberry-pi。

簡而言之，您在開發(fā)機(jī)器上安裝了一個名為Sam（基于nodejs）的工具，Sam將成為您與語音助手交互的主要工具，包括您可以在配置后使用init命令啟動的安裝過程Sam使用其主機(jī)名或IP來定位您的RaspberryPi。

然后您前往Snips控制臺https://console.snips.ai并創(chuàng)建一個新助手。可以在受支持的語言中自由使用適合您的語言。我給我的助手Sue-Do打了電話，并從SnipsAppStore安裝了一個簡單的技能（Joseph的Heure可以讓你向Snips詢問時間）。為助手添加技能后，您可以單擊部署按鈕，該按鈕將為您提供Sam安裝命令，您可以將其復(fù)制/粘貼到您的開發(fā)機(jī)器上。

部署助手后，samstatus命令可讓您查看是否所有snips服務(wù)都在您的設(shè)備上運行（除了似乎從未運行的snips-analytics服務(wù)）。

可以準(zhǔn)備好試試你的助手了，只是它現(xiàn)在聽不到你的聲音！為此，您需要一個麥克風(fēng)（和一個揚聲器，以便您可以聽到它的答案）。在揚聲器方面，我使用連接到RaspberryPi的音頻插孔并使用其中一個USB端口供電的有源外部揚聲器完成了我的所有開發(fā)工作。

我使用了SeeedStudio的4麥克風(fēng)陣列，您可以將其插入RaspberryPi（仍然關(guān)閉時）。

最后，在使用samsetupaudio和samtest麥克風(fēng)（或揚聲器）檢查聲音輸出和輸入后，您可以輸入samwatch并通過說“HeySnips”來召喚您的助手，然后要求您知道您的技能安裝將可以執(zhí)行。

設(shè)置家庭助理

接下來，按照HomeAssistant網(wǎng)站上的說明在Raspbian上手動安裝HomeAssistant，包括有關(guān)如何在啟動時自動啟動HomeAssistant的部分（在我們的例子中，Raspbian使用systemd，因此請按照該段中的說明進(jìn)行操作）

請注意，您可以使用raspi-config命令行實用程序來更改RaspberryPi的主機(jī)名，因此可以通過其本地主機(jī)名（在我的情況下為sudo.local）訪問HomeAssistant。

HomeAssistant的使用和設(shè)置變得越來越直觀：例如，我不必設(shè)置我的大部分組件，因為發(fā)現(xiàn)組件會處理這些：只要我輸入網(wǎng)關(guān)代碼，我的IkeaTradfri燈就會被識別

或者，可以通過添加以下行將其添加到您的配置文件（位于/home/homeassistant/.homeassistant/configuration.yaml）中：

連接Snips和家庭助理

Snips使用hermes協(xié)議在其組件之間進(jìn)行通信-正如您將在項目后面看到的那樣，這些組件因此可以單獨使用或交換，從而實現(xiàn)模塊化體驗。hermes依賴MQTT進(jìn)行傳輸，因此Snips安裝包含一個MQTT代理。為了讓HomeAssistant能夠與Snips通信，您只需將MQTT平臺添加到其組件中，指定Snips的MQTT代理作為要使用的代理-在我的情況下，這兩個服務(wù)都在同一個RaspberryPi上運行，所以我只是將此添加到我的配置文件中：

請注意，此頁面上的說明沒有為Snip的MQTT代理端口提供正確的端口（我已經(jīng)提交了一個拉取請求，因此在任何人閱讀此內(nèi)容時可能會更正）。

確保Snips和家庭助理相互匹配

Snips網(wǎng)站上提供的教程讓您清楚地了解通過從商店分叉現(xiàn)有應(yīng)用程序來創(chuàng)建Snips應(yīng)用程序的步驟。我按照教程進(jìn)行操作并創(chuàng)建了一個意圖（我稱之為ikealights）。一旦我到達(dá)名為“代碼操作”的部分，我就稍微改變了一下。正如Snips文檔所提到的，控制臺上的代碼片段旨在用于簡單快速的交互。我發(fā)現(xiàn)將所有代碼保存在RaspberryPi本身上更容易。因此，在為我的代碼配置操作時，我沒有選擇列表中的tradfriHomeAssistant組件，而是選擇了python_script組件（因此下面的屏幕截圖中的代碼片段為空）。

然后我將這些行添加到我的configuration.yaml文件中：

第一個將Snips添加到HomeAssistant，第二個允許我添加自己的代碼片段（在我在與configuration.yaml文件相同的文件夾中創(chuàng)建的python_scripts目錄中）。最后一行允許我在我的配置中包含一個新文件intent_script.yaml（我可以在“intent_script”之后添加這個文件的內(nèi)容）。這個文件允許你告訴HomeAssistant在收到來自Snips的意圖時要采取什么行動——在我們的例子中，我們現(xiàn)在將收到的唯一意圖是一個叫做ikealights的意圖。因此，到目前為止，intent_script.yaml的內(nèi)容如下：

簡而言之，我們首先要聲明我們要回復(fù)的意圖，以及收到它時要做什么——Snips應(yīng)該回答什么，以及要啟動什么操作。就我而言，我實際上要求HomeAssistant啟動一個名為ikealights的python腳本，該腳本在python_script/ikealights.py文件中定義如下：

我正在使用python腳本，因為我在幾個小時前試圖了解腳本如何工作時已經(jīng)編寫了該腳本，因此我懷疑此操作代碼可能已包含在itent_script.yaml中

整個項目現(xiàn)在可以工作了，你已經(jīng)能夠讓Snips開關(guān)你的燈。現(xiàn)在，進(jìn)入耗電技能階段！

耗電追蹤技巧

在HomeAssistant中跟蹤設(shè)備使用情況的最簡單方法是使用history_stats組件。在您的configuration.yaml文件中，添加以下行，將light.streetlight替換為您要跟蹤的燈：

該傳感器將為您提供自午夜以來此特定燈已打開的小時數(shù)。現(xiàn)在，我們可以添加一個Snips能夠回答的新技能：讓我們從最后開始，將這些行添加到我們的intents_scripts文件中，為Snips提供正確的答案：

然后，您可以前往Snips控制臺并添加一個名為消費的新意圖-或您在第一行中輸入的任何內(nèi)容：

然后，您可以創(chuàng)建盡可能多的訓(xùn)練示例，就像您向Snips詢問您的消費情況一樣：“這盞燈今天亮了多少時間？”“今天這盞燈有什么用途？”等。最后，您可以創(chuàng)建響應(yīng)此意圖的應(yīng)用程序，指定要回答它的HomeAssistant組件是answer_script（因為我們這次沒有創(chuàng)建專用的python腳本）

在使用sam部署你的助手后（日志應(yīng)該提到你的新技能），你可以重新啟動HomeAssistant并隨便問Snips你的燈今天花了多少時間打開。

到目前為止，您的助手已經(jīng)學(xué)會了如果您要求消費該回答什么。但由于這不是我們大多數(shù)人的工作方式，我們需要它實際上更進(jìn)一步并啟動對話。因此，我們將創(chuàng)建HomeAssistant所謂的自動化。

基本上我們會設(shè)置一個規(guī)則，如果燈亮了3個小時以上，Snips會詢問你是否要關(guān)閉它。您可以將自動化直接添加到您的configuration.yaml文件中，但最好使用一個名為automations.yaml的單獨文件并將其包含在conf文件中。

在這里，只要我們之前創(chuàng)建的傳感器的值超過3，助手就會通過大聲說出您的詼諧評論來啟動新的對話會話，并期望用戶要求它關(guān)閉燈作為反饋。由用戶實際執(zhí)行此操作，或者只是決定始終保持點亮狀態(tài)。

這種結(jié)構(gòu)意味著您應(yīng)該為每個燈創(chuàng)建一個傳感器和相應(yīng)的自動化，并且您將能夠根據(jù)燈的使用位置選擇不同的觸發(fā)器閾值，有些燈不需要打開超過幾個小時日。

到此為止，我們的助手已經(jīng)可以從文章的開頭開始進(jìn)行臨時設(shè)置，即直接連接到裸Raspberry+ReSpeaker組合的有源揚聲器。

為了創(chuàng)建一個成熟的角色（并保護(hù)PCB免受灰塵影響），我決定為我的助手創(chuàng)建一個外殼。我希望能夠在不移除任何蓋子的情況下拔下它，并且還想擺脫我擁有的揚聲器。

我使用Adafruit的一個小型單聲道放大器從Raspberry的音頻插孔（我購買了一個插孔轉(zhuǎn)接線適配器）接收信號，將其放大并將其發(fā)送到一個小揚聲器。之后剪斷了我擁有的一根微型USB電纜，并使用USB部分連接到放大器的電源輸入端，另一端連接到樹莓的USB端口之一（這個放大器只需要0.4A，USB端口可以上升至0.5A）。我將微型USB部分插入Pi的電源輸入，另一半插入微型USB分線板。這讓我可以將Pi的電源輸入轉(zhuǎn)移到我認(rèn)為合適的任何地方（而不僅僅是Pi本身），而無需將其供電到GPIO。

現(xiàn)在電子設(shè)備已經(jīng)不礙事了，我可以自由地將整個東西集成到我選擇的外殼中：一個我拆開的舊Nabaztag。它是一只可以連接到您的Wifi并檢查您的電子郵件的“兔子”，以滑稽的聲音告訴您天氣等信息。

盡管“兔子”笨重，但我保留了它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因為它允許我仍然使用耳朵并將它們放入現(xiàn)有的插座中（即使我移除了驅(qū)動它們的電機(jī)）。

我從MDF上用激光切割出一個簡單的矩形，并為RapsberryPi安裝正確的整體，這樣我就能夠?qū)⒃撁姘鍩嵴澈系胶谏Y(jié)構(gòu)上。我試圖盡可能地安裝電纜，而不必剪斷它們。

有了它，你的助手現(xiàn)在可以告訴你你的燈在前一天或本周已經(jīng)使用了多少時間，這樣你就可以跟蹤你的進(jìn)度。

正常運行時間比前一個少20%）并在一周內(nèi)警告您，如果您當(dāng)天的比率即將到期，以便您可以在每周結(jié)束時實現(xiàn)目標(biāo)。ReSpeaker上的LED可以幫助可視化配額消耗。