上一章講到如何使用fubuki-iot製作一個簡單的電腦版的天貓精靈，這次需要把它執行在硬體上。考慮到硬體環境比較複雜，我最終選擇了相對簡單的樹莓派（Ubuntu 22.04 LTS 64bit）。同時，配合麥克風、揚聲器等元件可以滿足基本的語音輸入和輸出功能。

硬體準備

樹莓派（Raspberry Pi 3/4/zero w均可，但是要能聯網）
揚聲器、麥克風（最好是免驅動的）
開關、麵包板、杜邦線、充電線等

硬體環境搭建

樹莓派

我用的是Raspberry Pi Zero 2w，但是發現USB介面不夠又添加了擴充套件版。如圖所示：

樹莓派

提醒：如果第一次使用需要刷系統。最新的刷系統方式是通過 Raspberry Pi Imager 刷的，可以在官網下載這個軟體，然後選擇對應的Linux系統，並配置賬戶、WIFI等資訊，最後寫到SD卡中。然後將SD卡插入樹莓派，連上電源就可以運行了。

啟動樹莓派後先通過SSH登陸樹莓派，然後下載 fubuki-iot包和RPI.GPIO包。如果沒有pip需要先安裝對應版本的pip。

fubuki-iot安裝

fubuki-iot這個包是預設包含pyaudio包的，而pyaudio是需要C++擴充套件包安裝的，所以要安裝對應的api：

shell sudo apt-get update sudo apt-get install build-essential

這個軟體包括arm-linux-gnueabihf-gcc這個C++編譯器，在Linux環境下開發經常要用到。此外，我們還要下載對應的Python介面和Audio介面以供C++呼叫：

shell sudo apt-get install python3-dev sudo apt install portaudio19-dev python3-pyaudio

最後安裝fubuki-iot應該可以能正常安裝了：

pip install fubuki-iot

RPI.GPIO安裝

這個包也需要底層依賴的支援，只需要安裝Linux的GPIO支援即可：

shell sudo apt-get install rpi.gpio pip install RPI.GPIO

其實，樹莓派的GPIO還支援I2C和SPI協議，它們可以通過極少的引腳數完成元件裝置之間的通訊。此外，樹莓派也支援UART串列埠通訊，這大大加速了元件之間的交流速率。但是這些內容我們目前還接觸不到，只需要最原始的GPIO對引腳操作即可。

樹莓派引腳圖

按鈕

在上一章中，我們通過鍵盤喚醒智慧終端的，在樹莓派中，我們可以結合其GPIO能力，通過按鈕喚醒它。根據上圖，我們選擇一個GPIO引腳作為輸入，如果為高電平則表示喚醒，可以如圖所示接入：

接入-事務

通過開關直接和電源和GPIO4相連，這樣當開關閉合的時候就可以給樹莓派一個高電平觸發喚醒功能了。但是這樣接會導致開關斷開的時候引腳是高阻態，因此最好是按照下面方法接入：

接入2

這樣，閉合開關後相當於把電阻短路了，這樣是高電平。而斷開狀態引腳則直接和GND相連，所以是低電平。

提醒：在數字訊號領域中有“上拉電阻”和“下拉電阻”的概念，具體可以查詢相關資料。

麥克風、揚聲器和電源

由於使用的是免驅動的麥克風和揚聲器，所以直接通過USB介面和揚聲器介面接到樹莓派上即可。但是仍有可能遇到依賴缺失的問題，比如ALSA報錯，這時候需要安裝alsa-utils，具體可點選這裡。

樹莓派的供電是為人詬病的地方，其所有版本的電壓不能超過 5V ，而電流則是在條件允許的情況下越大越好。我採用的是原配的充電器，即5V-2000mA。剛開始會有點供電不足的情況但後來有點緩解，而使用移動電源（3.6V-10000mA）則有明顯的異味。同時，用原配電源也不宜太長。

連線圖

程式開發

上一章我們用fubuki-iot建立了一個語義模型，並實現了提醒事項的功能，這次我們要建立一個錄音裝置，從而實現通過GPIO喚醒終端。

首先，我們在原有的mods目錄下建立一個檔案，命名為gpio.py，並在入口檔案app.py中加入一行引入這個檔案：

```python from iot import Terminal Terminal.load_models('mods.timer') Terminal.load_models('mods.gpio')

if name == 'main': Terminal.run() ```

然後，在gpio.py中建立一個類，讓它繼承Recorder代表錄音機，並實現兩個方法。其中awake方法呼叫GPIO輪詢檢查GPIO4的電平狀態，如果是高電平則返回True代表喚醒。而record函式則仍然使用內建的AudioClient，具體如下呼叫：

```python import RPi.GPIO as GPIO import time as tm

from iot import Recorder, RecorderFactory from iot.integration.audio import AudioClient from iot.utils import get_slash from iot.context import Context

@RecorderFactory.set class RaspberryRecorder(Recorder):

def awake(self) -> bool:
    print("按下按鈕喚醒終端")
    GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
    GPIO.setup(7, GPIO.IN)
    while True:
        if GPIO.input(7):
            GPIO.cleanup()
            return True

def record(self, time: int) -> str:
    data = AudioClient.record(time=time)
    local_time = tm.strftime('%Y-%m-%d_%H-%M-%S', tm.localtime())
    path = f'{Context.config["RESOURCE_PATH"]}{get_slash()}wav{get_slash()}{local_time}.wav'
    AudioClient.save(data=data, path=path)
    return path

```

最後，我們再修改一下配置檔案，新增一行如下：

DEVICE_REC=RaspberryRecorder

注意：dotenv包在我的Linux環境下有點問題，有時找不到.env檔案，但是把它移到專案根目錄的外層。即/home/pi/目錄下就可以找到了。

最後，我們執行程式。就可以通過按鈕實現對終端的喚醒，並使用提醒事項的功能。

同樣，樹莓派的環境下仍可以使用PocketSphinx的語音喚醒功能，也需要下載相關的依賴，具體點選這裡。

在這一章中，我們把專案移植到了樹莓派中，但是受硬體限制所以需要安裝很多依賴，可能每個人遇到的問題都不一樣。下一章我們要實現智慧終端操作硬體的功能。

手把手教你做一個天貓精靈（二）