Edited at 2017-12-15

ウェブクルーDay 16

Google Assistant SDK+ラズパイでIoTっぽいことしてみた

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この記事はウェブクルー Advent Calendar 2017の16日目の記事です。

昨日は@WCSakuraiさんの「業務で使えそうなScalaz」でした。

はじめに

16日目は@eclair-rougeが担当します。

本記事では、GoogleAssistantSDKのサンプルをもとに、「オッケーグーグル！～～のスイッチ入れて」的なことをやってみた時の内容を書かせていただきました。

概要

GoogleAssistantのサンプルを動かしてみる

リレーモジュール使い、電化製品のスイッチを声で操作してみる

今回使ったもの

RaspberryPi3 Model B

microSD 32GB(UHSスピードクラス3)

ブレッドボード

タクトスイッチ

ジャンパワイヤ

抵抗(470Ω、10kΩ)

リレーモジュール(1ch)

USBキーボード、USBマウス、USBヘッドセット(マイクとスピーカー)

HDMIケーブルとHDMI接続できるモニタ

microUSBケーブルとUSB電源(2.4A)

LANケーブル

開発環境

Windows 10 Pro

Android Studio 2.3.3

JDK8

python3(pip使うだけ)

GoogleAssistantのサンプルを動かす

Android Thingsのセットアップ

公式の手順の通りにインストールするだけのため説明は省略します。

すごく簡単に説明すると、ダウンロードしたイメージを、Win32DiskImagerを使って書き込むだけです。

ハードウェアの設定

ブレッドボードの接続

まずは、こちらを参考にLED、タクトスイッチ、抵抗を配置します。

この後クローンする、サンプルのソースコード(BoardDefaults.java)を見るとわかりますが、ラズパイで使用しているGPIOのピンが違うのでそれを繋ぎ直してください。

BCM21→BCM23、BCM6→BCM25にそれぞれ繋ぎ直す

ラズパイのピン配はこちら

周辺機器接続

ラズパイにHDMIケーブル、USBのキーボード、マウス、ヘッドセット、LANケーブルを繋いで、プログラム転送元のPCと同じネットワーク上にLANケーブルを繋ぐ

microUSBの電源を入れる

電源を入れると、AndroidThingsが自動で立ち上がります。（電源ボタンとかは無い）

AndroidThingsの画面が表示したら、画面の中央下に表示しているIPアドレスをひかえておいてください。

Googleの設定

Google Assistant APIの認証情報を作成する

こちらの手順で認証情報のjsonを作成する

アクティビティの設定

Googleのアカウント設定の、アクティビティ管理で以下の項目をONにする
- ウェブとアプリのアクティビティ
- ロケーション履歴
- 端末情報
- 音声アクティビティ

google-auth-oauthlibのインストール

コマンドプロンプトを起動し、下記のコマンドを実行

> pip install google-auth-oauthlib

アプリケーション実行

adbコマンドでデバイスに接続

コマンドプロンプトを起動し、下記のコマンドを実行

> adb connect 3のIPアドレス

adbコマンドが叩けない場合は、以下の環境変数を設定してください

C:¥Users¥{ユーザーネーム}¥AppData¥Local¥Android¥sdk¥platform-tools

サンプルプログラムのソースコード取得

こちらからサンプルプログラムをクローンする

OAuth認証

コマンドプロンプトを起動し、下記のコマンドでOAuth認証をかける

client_secret_****.jsonはGoogleの設定で作成したjson

google-oauthlib-tool --client-secrets client_secret_****.json --credentials app/src/main/res/raw/credentials.json --scope https://www.googleapis.com/auth/assistant-sdk-prototype --save

プログラム修正

Andorid Studio起動を起動し、クローンしたサンプルのプロジェクトをインポートする

今回は、USBのヘッドセット(マイク、スピーカー)を使用するため、I2SはOFFにする

AssistantActivity.java

private static final boolean AUDIO_USE_I2S_VOICEHAT_IF_AVAILABLE = true;

↓

private static final boolean AUDIO_USE_I2S_VOICEHAT_IF_AVAILABLE = false;

プログラム起動

ツールバーのRun（▶）をクリックするとデバイスの選択ができ、その中にラズパイ(rpi3_IoT)があるので、それを選択し、実行する

タクトスイッチを押している間の音声を録音し、放すと録音していた音声データに対する応答が返ってきます

音声を録音している時（タクトスイッチを押している時）は、LEDが点灯します

電化製品のスイッチを声で操作

ハードウェアの設定

ブレッドボードの接続

サンプルで作成した回路にリレーモジュールを追加する

まず、リレーモジュールをブレッドボードに載せ、基板上の+の印(電源)に5v、基板上の-の印にGround、残った一つにBCM21をそれぞれ繋ぐ

電化製品の接続

100vの何かしらの電化製品の電源ケーブルの中央を2つに裂いて片側を切断する

切断したそれぞれを、リレーモジュールの両端にそれぞれ接続する

繋ぐ電化製品は、壊れてもいいものかつ、スイッチが無いもの（コンセント差したら電源入るもの）が良いです

また、ワット数が高いものは避けてください

私は、要らなくなったネットワークHUBでやりました

プログラム修正

Things Support Libraryを使えるようにするため、下記のコードを追記

AndroidManifest.xml

<uses-library android:name="com.google.android.things" />

リレーモジュールのGPIOの名前取得用関数作成

BoardDefaults.java

/**

 * Return the GPIO pin for the Relay Module trigger.

 */

public static String getGPIOForRelayModule() {

    switch (getBoardVariant()) {

        case DEVICE_RPI3:

            return "BCM21";

        default:

            throw new IllegalStateException("Unknown Build.DEVICE " + Build.DEVICE);

    }

}

リレー制御を行った履歴表示用にListViewを追加

activity_main.xml

<ListView

    android:id="@+id/assistantResponsesListView"

    android:layout_width="match_parent"

    android:layout_height="match_parent"

    android:layout_weight="1"/>

リレー制御処理の追加

まず、105行目の上に、喋った言葉の保存用に変数を作成

AssistantActivity.java

private String mResultString = "";

mAssistantResponseObserverの処理で、113行目のRESULTの処理に、「turn on/off swich」と喋ったときに、リレーを制御する処理とリレー制御の履歴出力を追加

さらに、リレー制御をした時は、GoogleAssistantの回答は必要ないので、AUDIO_OUTの処理にリレー制御をした時は、GoogleAssistantの回答を再生しない処理を追加

AssistantActivity.java

case RESULT:

    final String spokenRequestText = value.getResult().getSpokenRequestText();

    if (!spokenRequestText.isEmpty()) {

        mResultString = spokenRequestText;

        Log.i(TAG, "assistant request text: " + spokenRequestText);

        mMainHandler.post(new Runnable() {

            @Override

            public void run() {

                mAssistantRequestsAdapter.add(spokenRequestText);

                try

                {

                    if (spokenRequestText.equals("turn on switch"))

                    {

                        mRelay.setDirection(Gpio.DIRECTION_OUT_INITIALLY_HIGH); // GPIOをハイで出力

                        mAssistantResponsesAdapter.add("power on");

                    }

                    else if (spokenRequestText.equals("turn off switch"))

                    {

                        mRelay.setDirection(Gpio.DIRECTION_OUT_INITIALLY_LOW); // GPIOをローで出力

                        mAssistantResponsesAdapter.add("power off");

                    }

                }catch(Exception e){

                    Log.w(TAG, "error toggling RelayModule:", e);

                }

            }

        });

    }

    break;

case AUDIO_OUT:

    final ByteBuffer audioData =

            ByteBuffer.wrap(value.getAudioOut().getAudioData().toByteArray());

    Log.d(TAG, "converse audio size: " + audioData.remaining());

    if (!(mResultString.equals("turn on switch") || mResultString.equals("turn off switch")))

    {

        mAudioTrack.write(audioData, audioData.remaining(), AudioTrack.WRITE_BLOCKING);

        if (mLed != null)

        {

            try

            {

                mLed.setValue(!mLed.getValue());

            }

            catch (IOException e)

            {

                Log.w(TAG, "error toggling LED:", e);

            }

        }

    }

    break;

リレー制御用のGpio変数をを169行目辺りに宣言

AssistantActivity.java

private Gpio mRelay;

リレー制御履歴表示用に、222行目あたりArrayListとArrayAdapterを宣言

AssistantActivity.java

private ArrayList<String> mAssistantResponses = new ArrayList<>();

private ArrayAdapter<String> mAssistantResponsesAdapter;

234行目にAdapterの設定追加

AssistantActivity.java

ListView assistantResponsesListView = (ListView)findViewById(R.id.assistantResponsesListView);

mAssistantResponsesAdapter = new ArrayAdapter<String>(this, android.R.layout.simple_list_item_1, mAssistantResponses);

assistantResponsesListView.setAdapter(mAssistantResponsesAdapter);

GPIOのオープンと初期状態設定処理を、265行目辺りに追加

AssistantActivity.java

mRelay = pioService.openGpio(BoardDefaults.getGPIOForRelayModule());

mRelay.setDirection(Gpio.DIRECTION_OUT_INITIALLY_LOW);

アプリケーション実行

プログラム起動

サンプルの時と同じように、実行する

サンプルの時と同じように、タクトスイッチを押している間の音声を録音し、放すと録音していた音声データに対する応答が返ってきますが、今回は「ターン　オン　スイッチ」「ターン　オフ　スイッチ」と喋ると、リレーモジュールが切り替わり、電化製品のスイッチが、声で制御できるようになります。

参考にした記事

Android ThingsでGoogle Assistantのサンプルを動かすまで

 Android ThingsをRaspberry Pi3で使ってみた

最後に

今回、久しぶりにGPIOの制御などをやってみましたが、OSの無いカスタムCPUの制御とは違って、非常に簡単に制御を行う事ができました。組込制御の開発を行ったことがない人でも、結構簡単にできてしまうのでは？と感じました。（OSが載っているからかもしれませんが・・・）

アプリケーション開発も面白いですが、現実世界でモノが動く、デバイス制御は違った楽しさがあります。

明日は@wc-keisuke_tokunagaです。よろしくお願いします。

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