打造DIY版Echo：樹莓派+ Alexa 語音服務

關於本文
本文詳細闡述瞭如何在Java客戶端和Node.js伺服器上使用和測試Alexa語音服務。

本例項需要用Node.Js來獲取Login的授權碼。

本指導提供詳細的操作指南對於在取得示例授權碼、依賴性和在執行Pi的過程中相應的硬體部署。對於Windows， Mac，或者通用的Linux指令，可以看這裡的嚮導。

開始
所需硬體
1. Raspberry Pi 2 (Model B) –在亞馬遜上購買。升級：當然，Raspberry 3也是可以的，請點選這裡檢視詳細操作。Pi的使用者-請點選這裡來獲取幫助。
2. 微型的-USB 電源線供樹莓派來使用（包括在樹莓Pi中）
3. 微型的 SD 卡– 需要預裝NOOBS – Raspberry Pi 8GB Preloaded (NOOBS) Micro SD Card
4. 網線
5. USB 2.0 小型麥克風 – Raspberry Pi 沒有自帶麥克風，需要外接來與Alexa進行互動-在亞馬遜上購買
6. 外部揚聲器3.5mm音訊插座/立體聲耳機插孔-在亞馬遜上購買
7. 一個 USB 滑鼠和鍵盤，以及一個支援HDMI的外部顯示器 – 如果由於某種原因無法通過SSH協議進入到你的樹莓派時，我們也推薦你使用USB鍵盤、滑鼠和一個便於使用的HDMI顯示器。稍後可以檢視關於“SSH”協議的內容。
8. 無線WiFi介面卡（可選）在亞馬遜上購買
所需技能
1. 基礎程式設計知識
2. 熟悉指令碼

0 – 設定樹莓派

1. 將裝好NOOBS的SD卡插入樹莓派

2. 插入USB2.0的迷你麥克風和無線wifi介面卡（可選）
3. 插入USB的鍵盤和滑鼠.
4. 連線顯示器

1 – 啟動樹莓派

1. 連線電源 2. 你的樹莓派會啟動，並顯示可以安裝的作業系統列表 3. 選擇Raspbian 並點選 Install

4. Raspbian將會啟動安裝流程. 注意:這個過程可能會持續一段時間。 5. 按照完畢後,配置選單 (raspi-config) 將會啟動. 這裡你可以設定一些基本引數：例如啟用攝像頭，然後選擇Finish

6. 啟動後，登入到你的樹莓派，預設使用者名稱是pi，密碼是raspberry

更多資訊: raspberrypi.org

2 – 安裝應用和依賴包

注意: 你需要安裝Terminal來安裝使用Alexa Voice Services所需的元件. Terminal 是預設安裝的，你可以從桌面上進入Terminal。可以點選這裡瞭解更多關於Terminal的資訊。

2.1 – 在樹莓派上開啟 SSH

SSH允許從另一臺計算機遠端訪問的樹莓派的命令列（只要它們都在同一網路上）。這樣您不需要將您的樹莓派連線到外部顯示器。
SSH預設情況下在樹莓派是啟用的。如果你在工作的時候遇到一些有關SSH的問題，確保它已經被安裝。在使用raspi-config 元件時，確保SSH已經安裝好。
在Terminal中輸入以下內容：

sudo raspi-config

然後導航到SSH，單擊回車選擇安裝SSH伺服器

2.2 – 使用SSH 登入到Raspberry Pi
現在，請SSH到您的樹莓派。這樣做之前必須確保你已經知道你的樹莓派的IP地址。
鍵入以下命令到終端：
hostname -I
> 192.168.1.10 //this is an example Raspberry Pi’s IP – it would be different for you

如果你是在Windows PC上，按照這的說明SSH Using windows

現在，你知道你的樹莓派的IP地址，就可以使用SSH遠端連線到它。要做到這一點，開啟電腦上的終端程式並鍵入以下內容：

pi@<YOUR Raspberry Pi IP ADDRESS>

它會提示你輸入密碼。注：為使用者PI預設密碼為raspberry
現在你可以遠端連線到您的樹莓派，並可以且通過SSH遠端連線你安裝所有的工具。

2.3 – 安裝VNC伺服器

VNC是一個允許遠端控制樹莓派介面的圖片化的桌面分享系統。這會讓操作變得很方便由於擺脫了外部的顯示器。

sudo apt-get install tightvncserver

開啟VNL伺服器

請鍵入:tightvncserver來開啟VNC伺服器

你將會被要求設定一個密碼。當你需要遠端連線到樹莓派時，請執行該操作。

在啟動時執行VNC伺服器

如果你想確保在你重啟樹莓派之後，VNC伺服器會自動啟動，請鍵入以下指令碼：

cd /home/pi

cd .config

注意：確保“.”在資料夾前面。這使資料夾成為一個隱藏的資料夾。

mkdir autostart

cd autostart

通過鍵入以下命令，建立一個新的配置：

nano tightvnc.desktop

編輯檔案中的以下文字:

[Desktop Entry]

Type=Application

Name=TightVNC

Exec=vncserver :1

StartupNotify=false

按住ctrl-X後在鍵入Y來儲存更改。

這樣的話，下一次你重啟VNC伺服器時將會自動重新整理。

通過VNC伺服器連線到樹莓派

Mac系統: 請參閱 https://www.raspberrypi.org/documentation/remote-access/vnc/mac.md
Windows系統: https://www.raspberrypi.org/documentation/remote-access/vnc/windows.md
Linux系統: https://www.raspberrypi.org/documentation/remote-access/vnc/linux.md
（如果你喜歡的話）你現在可以不需要連線到顯示器，滑鼠鍵盤.隨著SSH和VNC的安裝，外部顯示器是可選擇的。通過樹莓派來感受自由吧。

2.4 – 安裝VLC
通過輸入下面命令獲取VLC媒體播放器：
sudo apt-get install vlc-nox vlc-data
注意：如果你正在執行樹莓派或者已經安裝了VLC，你需要執行以下的命令來移除這倆個相沖突的庫檔案。
sudo apt-get remove –purge vlc-plugin-notify

sudo rm /usr/lib/vlc/plugins/codec/libsdl_image_plugin.so

無法獲取錯誤：在你安裝VLC時，遇到無法獲取的錯誤時，嘗試輸入以下程式碼

sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade
sudo apt-get install vlc-nox vlc-data

注意：執行”sudo apt-get upgrade”指令碼時可能會花費一段時間，請耐心等待
源: https://www.raspberrypi.org/forums/viewtopic.php?f=66&t=67399

確保VLC安裝成功

whereis vlc
這條命令會告訴你VLC的安裝位置.

大多數的專案會存在/usr/bin中

一般會顯示下面的結果
vlc: /usr/bin/vlc /usr/lib/vlc /usr/share/vlc /usr/share/man/man1/vlc.1.gz

設定VLC的環境變數

敲入以下命令:

export LD_LIBRARY_PATH=/usr/lib/vlc
export VLC_PLUGIN_PATH=/usr/lib/vlc/plugins

檢視環境變數是否生效

echo $LD_LIBRARY_PATH
> /usr/lib/vlc

echo $VLC_PLUGIN_PATH
> /usr/lib/vlc/plugins

2.5 – 下載並安裝 Node.js
確認Node.JS 還沒有被安裝

node -v
> command not found
然後輸入:

sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade
設定apt-get repo的源:

curl -sL https://deb.nodesource.com/setup | sudo bash –
安裝Node:

sudo apt-get install nodejs

2.6 – 安裝JDK環境
你需要安裝 Java Development Kit (JDK) version 8 或者更高.

步驟1: 從Oracle的網站下載 JDK 8.

下載 Linux ARM 32 Soft Float ABI （檔名jdk-8u77-linux-arm32-vfp-hflt.tar.gz）

注意：雖然蘋果和一些智慧手機有用64位的ARMv8，但是到現在為止沒有樹莓的64-位ARM的處理器在pis系統上可用

步驟 2: 解壓內容解壓縮並安裝到 /opt 目錄下:

sudo tar zxvf jdk-8u77-linux-arm32-vfp-hflt.tar.gz -C /opt

設定預設Java環境到jdk1.8

sudo update-alternatives –install /usr/bin/javac javac /opt/jdk1.8.0_77/bin/javac 1

sudo update-alternatives –install /usr/bin/java java /opt/jdk1.8.0_77/bin/java 1

sudo update-alternatives –config javac
sudo update-alternatives –config java
注意：如果被要求選擇一個可替換，請鍵入你剛剛安裝的相對應的jdk 版本號-例如-jdk1.8.0_77

通過下面的命令確認版本:

java -version
javac -version

2.7 – 安裝Maven
步驟 1: 下載 Maven

從以下連結下載apache-maven-3.3.9-bin.tar.gz檔案

https://maven.apache.org/download.cgi

步驟 2:解壓內容解壓壓縮包的內容到 /opt 目錄中

sudo tar zxvf apache-maven-3.3.9-bin.tar.gz -C /opt

步驟 3:告訴你的命令解析器在哪裡找到maven 由於將在系統配置檔案中設定這些，因此這對所有使用者可用

建立一個新的檔案 /etc/profile.d/maven.sh, 然後在裡面輸入以下內容:

export M2_HOME=/opt/apache-maven-3.3.9
export PATH=$PATH:$M2_HOME/bin
儲存這個檔案。退出並退回到樹莓派中然後內容指令碼就會生效，可以輸入以下程式碼來進行測試：

mvn -version

3 – 開始使用Alexa的語音服務

3.1 – 註冊一個免費的亞馬遜開發者帳戶

獲取免費亞馬遜開發者賬戶

3.2 – 下載對樹莓派示例應用程式程式碼和依賴

下載示例應用程式從Github repo上下載zip檔案。如果要下載這個包，您必須同意Alexa的語音服務協議。

3.3 – 複製並解壓你的樹莓派.zip檔案

1.直接下載你的樹莓派的zip檔案，複製，然後解壓您的樹莓派的zip檔案。 2.請在您的樹莓派記下它的位置。進一步的說明將把這個位置<REFERENCE_IMPLEMENTATION>

3.4 – 註冊產品並建立一個安全配置檔案

1.登入亞馬遜開發者入口網站 – developer.amazon.com 2.單擊應用和服務選項卡 – > Alexa的 – > Alexa的語音服務 – >入門

3.在註冊產品型別選單中，選擇Device。

4.填寫並儲存以下值：

裝置型別資訊

1.裝置型號ID：my_device

2.顯示名稱：My Device

3.單擊下一步

安全配置檔案

1.單擊安全配置檔案下拉選單中選擇“建立一個新的配置檔案”

2.常規選項卡

o安全配置檔名稱：Alexa的語音服務示例應用程式安全配置檔案

o安全配置檔案說明：Alexa的語音服務示例應用程式安全配置檔案說明

o單擊下一步

客戶端ID和客戶端金鑰會為你生成。

1.現在點選網路設定選項卡

o確保您剛才建立的下拉選單中選擇安全配置檔案，然後單擊“編輯”按鈕。

o允許的來源：點選“新增另一個”，然後輸入https：//本地主機IP：3000 。

o允許返回網址：點選“新增另一個”，然後輸入https：//本地主機： 3000 / authresponse。

o單擊下一步

裝置詳細資訊

1.影象：以下測試影象儲存到電腦上，然後上傳：

2.分類：其它 3.說明：Alexa的語音服務的示例應用程式測試 4.你對商業化的預期時間是多久？：長4個多月/ TBD您的預計時間表 5.有多少裝置，你打算商業化？：0 6.單擊下一步

亞馬遜音樂

1.啟用亞馬遜音樂？：否（您可以選擇選擇是，如果你想與亞馬遜的音樂實驗中填寫必填欄位。但是，亞馬遜音樂不要求使用Alexa的語音服務。） 2.單擊提交按鈕

您現在可以生成自簽名的證照。

4 – 生成自簽名證照

步驟1: 安裝 SSL

sudo apt-get install openssl

驗證安裝

whereis openssl
> openssl: /usr/bin/openssl /usr/share/man/man1/openssl.lssl.gz
修改目錄到 <REFERENCE_IMPLEMENTATION>/samples/javaclient.

cd <REFERENCE_IMPLEMENTATION>/samples/javaclient – //your sample apps location

步驟2: 修改SSL配置檔案： ssl.cnf, 將所有YOUR_開頭的變數值替換為真實值.

Note that countryName must be two characters. If it is not two characters, certificate creation will fail. Here’s what the ssl.cnf file would look like, replacing country, state, locality with your respective info.

請您注意國家名必須是倆個字元。如果不是倆個字元，證照可能會建立失敗。單擊這裡你將會看到ssl.cnf是什麼樣子的，替換你相對應的國家、洲、地區的資訊

步驟3: 將下面檔案設定為可執行的屬性:

chmod +x generate.sh

步驟4: 執行指令碼，生成證照:

./generate.sh

步驟 5: 過程中你會被提示輸入一些資訊:

1.提示輸入product ID, 請輸入my_device
2.提示輸入 serial number, 請輸入123456
3.提示輸入password, 請輸入你希望的密碼，例如: talktome (也可以留空)

步驟6: 編輯Node.js server 的配置檔案

檔案的位置在:

<REFERENCE_IMPLEMENTATION>/samples/companionService/config.js.
進行下列變更:

設定sslKey to <REFERENCE_IMPLEMENTATION>/samples/javaclient/certs/server/node.key
設定sslCert to <REFERENCE_IMPLEMENTATION>/samples/javaclient/certs/server/node.crt
設定sslCaCert to <REFERENCE_IMPLEMENTATION>/samples/javaclient/certs/ca/ca.crt

注意: 不要使用 ~ 來代表根目錄. 必須使用絕對路徑.

因此，不使用~/documents/samples, 而用/home/pi/documents/samples.

步驟7：編輯JAVA客戶端的配置檔案

這個配置檔案在以下位置：

<REFERENCE_IMPLEMENTATION>/samples/javaclient/config.json.

做出以下配置：

設定companionApp.sslKeyStore 到 <REFERENCE_IMPLEMENTATION>/samples/javaclient/certs/server/jetty.pkcs12
設定companionApp.sslKeyStorePassphrase 到上述第五步中證照生成程式碼中的密碼
設定companionService.sslClientKeyStore 到 <REFERENCE_IMPLEMENTATION>/samples/javaclient/certs/client/client.pkcs12
設定companionService.sslClientKeyStorePassphrase到上述第五步中證照生成程式碼中的密碼
設定companionService.sslCaCert to到 <REFERENCE_IMPLEMENTATION>/samples/javaclient/certs/ca/ca.crt

5 – 安裝依賴包
更改目錄到 <REFERENCE_IMPLEMENTATION>/samples/companionService

cd <REFERENCE_IMPLEMENTATION>/samples/companionService
輸入下列命令來安裝依賴包:

npm instal

6 -安裝安全配置檔案

1.開啟web瀏覽器，並訪問以下網址 https://developer.amazon.com/lwa/sp/overview.html

2.在接近頁面頂部的位置，在下拉選單中選擇你剛才建立的安全配置然後單擊確認

3.進入一個隱私政策位址列，該位址列以http:// 或者 https://開頭。在此例子中，你可以進入一個模擬模擬的位址列例如http://example.com
4.[或者]你也可以上傳一個圖片。這個圖片將被顯示在使用者的同意登陸亞馬遜網站的頁面上。
5.單擊儲存。

6.然後開啟Alexa Voice Service示例應用程式安全配置檔案，單擊顯示客戶ID和客戶隱私。這項操作會展示出客戶的ID和客戶的隱私。儲存這些值。你將會看到這些圖片。

7 – 更新配置檔案

通過VNC登陸樹莓派

步驟1:更新config.js。導航到以下的檔案然後在一個文字編輯器中開啟該檔案。

<REFERENCE_IMPLEMENTATION>/samples/companionService/config.js

在該檔案中編輯以下幾個值 –

客戶ID: 把你在前幾個步驟裡複製的客戶ID以字串的形式貼上在客戶ID中。
客戶祕密: 把你在前幾個步驟裡複製的客戶機密以字串的形式貼上在客戶機密中。
產品: 產品的物件包含一個你在開發者門戶建立的與產品類別ID一致的金鑰和一個屬於一系列特定的產品標誌符的數值。如果你是根據以上的指導操作的，產品序列ID是my device。那個獨特的產品序列號可能是任何數字型別的字串，比如說123456。以JSON產品為例：products:{“my_device”: [“123456”]}

儲存檔案。

步驟2:更新config.json。導航到以下的檔案然後在一個文字編輯器中開啟該檔案。

<REFERENCE_IMPLEMENTATION>/samples/javaclient/config.json
在檔案中編輯以下值:

產品ID : 以字串的形式輸入my_device
dsn: 輸入一個數字型的字串，這個字串是你在伺服器端的config.js頁面中用來描述產品物件裡的產品標誌符數值。例如：123456。
provisioning方法: 輸入companionService。

儲存檔案。

步驟 3: 準備pom.xml檔案

到下面的檔案同時在文字編輯器中開啟該檔案。

<REFERENCE_IMPLEMENTATION>/samples/javaclient/pom.xml
增加以下的程式碼在pom.xml檔案中< 依賴性 >部分:

<dependency>
<groupId>net.java.dev.jna</groupId>
<artifactId>jna</artifactId>
<version>4.1.0</version>
<scope>compile</scope>
</dependency>

8 – 執行伺服器

通過VNC登陸樹莓派

在你的windows終端或者命令提示符中打出以下程式碼：

cd <REFERENCE_IMPLEMENTATION>/samples/companionService
npm start

你已經成功開啟這個伺服器，並且執行在埠3000上。

9 – 開啟客戶端

開啟一個新的Window終端或者選項卡(在Raspbian中輸入SHIFT+CTRL+TAB)

cd <REFERENCE_IMPLEMENTATION>/samples/javaclient

搭建應用平臺

在你搭建app平臺之前，確認專案是正確的同時所有必要的資訊都是有效的。你可以通過執行以下的程式碼來確認：

mvn validate

通過執行以下程式碼下載依賴性檔案並且搭建應用平臺：

mvn install

當安裝已經完成時，你在終端上可以看到“成功建立”的資訊。

執行客戶端的應用：

現在可以輸入以下的指令碼執行客戶端的應用：

mvn exec:exec

10 -從亞馬遜登陸頁面中獲得許可權

1.當你執行客戶端時，window桌面可能會彈出一個類似於以下文字的訊息：

“通過訪問以下網址註冊你的裝置，然後請跟隨指令操作：https://localhost:3000/provision/d340f629bd685deeff28a917一旦完成了請單擊OK”

從彈出的視窗中複製URL地址然後貼上到web瀏覽器。示例：以下為用來複制和貼上的URL地址

https://localhost:3000/provision/d340f629bd685deeff28a917

注意：由於使用的是自簽名證照，你將看到一個關於不安全網頁的警告。這是一個意外。在測試的時候可以忽略這個警告，該網頁是安全的。

2.將會跳轉到亞馬遜的登陸頁面。輸入你的亞馬遜證照。

3.將跳轉到開發者許可權頁面，確認許可你的裝置可以通過剛才設定的安全配置檔案。

單擊Okay。

4.你現在將會再次跳轉到一個以https://localhost:3000/authresponse開始的後面跟著查詢字串的URL位址列。這個網頁的主體部分將說明裝置已經準備好

5.回到Java 應用然後單擊OK按鈕。這個客戶端現在已經可以接受Alexa請求。

6.單擊開始音訊按鈕然後在開始講話之前等待音訊提示。在你聽到音訊提示前會花費一到二秒

當你完成語音時，單擊停止音訊的按鈕。

現在開始與Alexa 交談

詢問天氣：單擊開始音訊的按鈕。

你：今天西雅圖的天氣怎麼樣？單擊停止音訊按鈕。

Alexa：現在西雅圖的氣溫報告。

你可以詢問Alexa一些有意思的問題

在單擊了“開始音訊”之後，一旦你聽見了音訊提示，下面是一些問題你可以嘗試去和Alexa交流

• 要求歌曲回播: 播放Bruce Springsteen
• 常識知識:太陽的質量是多少克?
• 極客:機器人的三定律是什麼?
• 娛樂: 你可以跳rap麼?
• 設定定時期: 設定一個倆分鐘的定時期
• 設定鬧鐘: 設定一個早上 7:30 的鬧鐘

更多的關於音樂回放的功能 “前一首”，“播放/暫停”，和“下一首”按鈕在Java客戶端互動介面上被用來展示音樂按鈕事件。你可以使用音樂按鈕而不是與Alexa講話來改變播放列表的順序。比如說，你可以按“播放/暫停”按鈕來暫停和重複開始一首在音軌上的音樂。

為了更好的展示“播放/暫停”按鈕，你可以說出以下命令: 在iHeartRadio上播放DC101，然後按“播放/暫停”按鈕。如果按鈕按下，這首音樂會終止。再次按下“播放/停止”按鈕重新開始這首音樂。

11 – 常見問題解答

我有一個與AVS一起工作的樹莓派，但是我不能從Alexa中聽到音訊迴應

檢檢視一下是否你正在看通過終端的響應和是否在你的Alexa 應用上看到了響應卡。如果是的，你可能需要強制音訊通過local 3.5mm插孔，而不是HDMI輸出（這可能發生即使你沒有一個HDMI顯示器插入）。

為了促使音訊通過local 3.5mm插孔，開啟終端，然後輸入以下程式碼：

sudo raspi-config

可以檢視一下連結Raspberry Pi Audio Configuration

如何尋找樹莓派的IP地址?

hostname -I

無法獲取錯誤

在你安裝VLC時，如果遇到了一些無法獲取的錯誤，試圖輸入以下程式碼

sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade
sudo apt-get install vlc-nox vlc-data

在npm上有一些問題

如果你在安裝結點後遇到一些“npm 無法找到”的問題（樹莓的老版本結點），嘗試一些以下操作：

sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade
sudo apt-get install npm

如果我不能為派找到網路介面怎麼辦?

可以檢視以下URL瞭解如何在派上建立膝上型電腦的wifi和網路介面的連線https://www.hackster.io/Anwaarullah/sharing-wifi-with-raspberry-pi-using-a-lan-cable-ae1f44

ssl.cnf檔案是什麼樣的？

單擊這裡將會看到ssl.cnf檔案是什麼樣子的，並且根據你自己的國家、洲、地區來相應的替換

“無法連線到配套服務”的錯誤

這可能是因為以下三種情況的其中一種

1.不良證照– 這可能是下面情況的一個結果

不良的ssl cnf檔案（可以檢視一下常見問題是什麼樣的）
不正確的java版本
在config.json檔案中可能有錯誤的密碼

2.不正確的產品ID -確保以下值是一致的-

裝置型號的資訊-在亞馬遜開發人員門戶資訊上的裝置型號ID
在SSL證照產生的產品ID號（當被generate.sh觸發時）
在 config.json上的產品ID
在產品上的“密碼”和在config.js頁面上 “密碼”：[“值”]

3.不正確的DSN- 確保這些值是一致的

在config.json頁面上的dsn
在產品上的“值”和在config.js頁面上 “密碼”：[“值”]

4.配套服務沒有執行

作者介紹：

王毅

亞馬遜AWS中國雲解決方案架構師，獲得了AWS解決方案架構師專業級別的認證。專門負責在國內推廣AWS雲平臺技術和各種解決方案。有超過13年的IT領域諮詢和實施經驗，專注於雲端計算領域。在此之前，他是IBM全球服務服務部門的資深架構師經理，負責諮詢和實施SOA，企業系統整合，雲端計算平臺等解決方案在中國及亞太地區的推廣和服務諮詢工作。

from: https://aws.amazon.com/cn/blogs/china/raspberry-alexa/

打造DIY版Echo：樹莓派+ Alexa 語音服務

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