構(gòu)建一個(gè)基于Raspberry Pi的藍(lán)牙揚(yáng)聲器

　　Raspberry Pi 是一款手掌大小的計(jì)算機(jī)，具有內(nèi)置藍(lán)牙、Wi-Fi、以太網(wǎng)端口、攝像頭端口等，使其最適合基于 IoT 的嵌入式應(yīng)用程序的微控制器。它還用于制作多種服務(wù)器，如打印服務(wù)器、媒體服務(wù)器、Web 服務(wù)器等。今天我們將學(xué)習(xí)樹莓派如何將具有 3.5 毫米插孔的普通揚(yáng)聲器轉(zhuǎn)換為無線藍(lán)牙揚(yáng)聲器。

　　在這篇文章中，我們將通過融合 A2DP、Linux 和音頻編解碼器的強(qiáng)大功能來構(gòu)建基于 Raspberry Pi 的藍(lán)牙揚(yáng)聲器，以將數(shù)據(jù)包從音頻源無線傳輸?shù)揭纛l接收器。為此，我們將破解一點(diǎn) Linux 系統(tǒng)并用 bash 和 python 編寫一段代碼，然后我們就可以開展業(yè)務(wù)了。

　　A2DP

　　A2DP 是Advanced Audio Distribution Profile的首字母縮寫。這是幾乎所有支持藍(lán)牙的設(shè)備中都存在的協(xié)議。它為從一個(gè)設(shè)備到另一個(gè)設(shè)備的聲音數(shù)據(jù)傳輸鋪平了道路，前提是它們都通過藍(lán)牙相互連接。A2dp 使用無損壓縮算法在傳輸前壓縮音頻數(shù)據(jù)包以減少延遲，但由于這種壓縮導(dǎo)致的損失幾乎無法被人耳感知。

　　為無頭設(shè)置準(zhǔn)備 Raspberry Pi

　　要將 Raspberry Pi 轉(zhuǎn)換為無線揚(yáng)聲器，首先將 OS（Raspbian Stretch）安裝到 Raspberry PI SD 卡中，如果您是 Raspberry Pi 新手，請(qǐng)按照本文開始使用 Raspberry Pi。

　　我們大多數(shù)人都擁有 Raspberry Pi 和筆記本電腦，但沒有顯示器。但是為了通過 SSH 連接到 Raspberry Pi，我們希望將其連接到與我們的計(jì)算機(jī)連接的同一網(wǎng)絡(luò)中。我們需要連接到 Pi 的顯示器，通過它我們可以選擇 Wi-Fi 并連接？

　　其實(shí)我們沒有。Raspberry Pi 可以通過向名為wpa_supplicant.conf的文件添加條目來連接到 Wi-Fi

　　為此，請(qǐng)將 SD 卡連接到計(jì)算機(jī)并打開文件rootfs/etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf并將以下條目添加到其中。不要忘記以管理員（root）權(quán)限打開文件。

　　網(wǎng)絡(luò)={

ssid="wifi_ssid"
psk="wifi_passkey"
key_mgmt=WPA-PSK
}

　　條目應(yīng)與此類似。

　　上面的條目應(yīng)該讓我們連接到 Wi-Fi，但這還不足以在 Raspberry Pi 和計(jì)算機(jī)之間創(chuàng)建和維護(hù) SSH 連接。默認(rèn)情況下 SSH 在 Raspberry Pi 中是禁用的，因此要啟用它，請(qǐng)?jiān)谝龑?dǎo)目錄中創(chuàng)建一個(gè)名為ssh的空文件。

　　現(xiàn)在 Raspberry Pi 在技術(shù)上可以遠(yuǎn)程訪問。將樹莓派連接到電源?，F(xiàn)在 pi 會(huì)自動(dòng)連接到 Wi-Fi，但需要它的 IP 地址才能通過 SSH 連接到它。有多種方法可以找出相同的。我使用nmap命令

　　nmap -sn ［網(wǎng)關(guān)ip地址］/24

　　該命令將為我們提供網(wǎng)絡(luò)中連接的所有設(shè)備的 IP 地址。例如，

　　其中之一是樹莓派的?，F(xiàn)在我們知道了 pi 的 IP 地址讓我們連接到它

　　ssh pi@pi_ip_address

　　在 Raspberry Pi 中安裝的先決條件

　　藍(lán)Z

　　BlueZ 是 Raspbian 發(fā)行版附帶的默認(rèn)應(yīng)用程序。它用于訪問系統(tǒng)的藍(lán)牙控件。如果您的 pi 中沒有它，也可以安裝它，原因只有您可能知道。

　　下面的命令獲取安裝在我們的 pi 中的藍(lán)牙接口應(yīng)用程序。

　　apt-get 安裝 bluez

　　脈沖音頻

　　Pulse Audio 是一種將計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)字節(jié)轉(zhuǎn)換為人類感知的應(yīng)用程序。它也被稱為音樂播放器。A2DP 協(xié)議在 PulseAudio 應(yīng)用程序插件中可用。因此，讓我們使用以下命令安裝所有與脈沖音頻相關(guān)的應(yīng)用程序：

　　apt-get 安裝 pulseaudio-*.

　　將藍(lán)牙設(shè)備與 Raspberry Pi 配對(duì)

　　使用命令打開 BlueZ 應(yīng)用程序

　　藍(lán)牙控制

　　藍(lán)牙代理是在兩個(gè)啟用藍(lán)牙的設(shè)備之間進(jìn)行通信并初始化它們之間的連接的代理。有不同類型的藍(lán)牙代理。我們將使用NoInputNoOutput代理，因?yàn)樗屛覀儫o需用戶干預(yù)即可連接。因此，讓我們通過運(yùn)行以下命令來初始化代理。

　　代理 NoInputNoOutput

　　您應(yīng)該得到消息“代理注冊(cè)”作為響應(yīng)?，F(xiàn)在我們已經(jīng)注冊(cè)了我們的代理，讓我們將其設(shè)為默認(rèn)代理。

　　默認(rèn)代理

　　響應(yīng)應(yīng)該是“默認(rèn)代理請(qǐng)求成功”

　　現(xiàn)在讓我們讓我們的設(shè)備可被發(fā)現(xiàn)

　　可在

　　其響應(yīng)應(yīng)為“成功更改可發(fā)現(xiàn)”

　　現(xiàn)在嘗試將您的手機(jī)或計(jì)算機(jī)連接到樹莓派

　　應(yīng)用程序會(huì)提示我們授權(quán)服務(wù)，我們不需要這樣做。相反，我們將只信任設(shè)備并連接它。信任設(shè)備非常重要，因?yàn)楫?dāng)受信任的設(shè)備嘗試與 pi 連接時(shí)，它允許相同的操作而無需用戶干預(yù)。

　　trust ［設(shè)備mac地址］

　　connect ［設(shè)備mac地址］

　　完成所有這些操作后，您的終端應(yīng)該與此類似。

　　耶！我們的手機(jī)通過藍(lán)牙與 Raspberry Pi 連接。但這足夠了嗎？顯然不，我們希望我們的聲音數(shù)據(jù)包從手機(jī)傳輸?shù)?pi，然后從 pi 傳輸?shù)竭B接到 pi 音頻端口的揚(yáng)聲器。

　　讓我們通過運(yùn)行以下命令確保我們的手機(jī)在PulseAudio應(yīng)用程序的音頻源中列出：

　　契約清單簡短

　　它將列出所有加載的聲音模塊、音頻接收器和音頻源

　　對(duì)照序列號(hào) 30 查看值。Bluez_source表示通過藍(lán)牙的 BlueZ 應(yīng)用程序的音頻源。交叉檢查bluez_source 和 a2dp_source 之間的設(shè)備 MAC 地址以及您在 BlueZ 應(yīng)用程序中的地址。在我的情況下，它是bluez_source.3C_28_6D_FD_65_3D.a2dp_source，它與 BlueZ 應(yīng)用程序中的相同?，F(xiàn)在，如果您從連接到 pi 的設(shè)備播放歌曲，它應(yīng)該被路由到連接到樹莓派音頻端口的揚(yáng)聲器。

　　尤里卡！我們已經(jīng)成功打造了一款藍(lán)牙音箱。我們已經(jīng)路由了聲音，但這還不是全部。我們無法手動(dòng)完成上述所有步驟，因此讓我們使用expect 腳本和接口 pi 與一個(gè)開關(guān)來自動(dòng)化它們，按下該開關(guān)時(shí)，將 Pi 與 devices 配對(duì)。

　　涼爽的？現(xiàn)在讓我們開始談?wù)隆?/p>

使用 Python 腳本自動(dòng)化藍(lán)牙配對(duì)過程

Expect 腳本類似于 bash 腳本，但是是自動(dòng)化的。它在終端中查找給定的單詞，當(dāng)相同的單詞到達(dá)時(shí)，它根據(jù)腳本發(fā)送命令。讓我們自動(dòng)化配對(duì)過程。創(chuàng)建一個(gè)名為pair_bluetooth_device.expect的文件

設(shè)置超時(shí) 30
生成藍(lán)牙ctl
預(yù)計(jì) ”＃ ”
發(fā)送“代理關(guān)閉\r”
期待“？gistered”
發(fā)送“\r”

預(yù)計(jì) ”＃ ”
發(fā)送“代理 NoInputNoOutput\r”
期待“代理注冊(cè)”
發(fā)送“\r”

預(yù)計(jì) ”＃ ”
發(fā)送“默認(rèn)代理\r”
期望“默認(rèn)代理請(qǐng)求成功”
發(fā)送“\r”

預(yù)計(jì) ”＃ ”
發(fā)送“可發(fā)現(xiàn)于\r”

期待“授權(quán)”
發(fā)送“是\r”
發(fā)送“退出\r”

復(fù)制代碼并將其粘貼到文件中。它只是自動(dòng)執(zhí)行，我們?cè)趯⑹謾C(jī)與樹莓派配對(duì)時(shí)執(zhí)行的操作。它只是讓設(shè)備連接但不信任它。要信任設(shè)備，我們需要它的 mac 地址。所以我們將把這個(gè)expect腳本的輸出打印到一個(gè)可以獲取mac地址的日志文件中。

grep -Pom 1 "(?<=Device ).*(?= Connected)"

上面的命令打印出字符串“Device”和“Connected”之間的值。在我們的例子中（Device 3C:28:6D:FD:65:3D Connected: no）它是設(shè)備的 MAC 地址。

讓我們編寫一個(gè)期望腳本，它將 mac 地址作為第一個(gè)參數(shù)并信任并連接到該設(shè)備。

創(chuàng)建一個(gè)名為trust_and_connect.expect的文件

設(shè)置超時(shí) 30 
spawn bluetoothctl 
expect "#" 
send "agent off\r" 
expect "?egistered" 
send "\r"

期望“#”
發(fā)送“代理在\r”
期望“代理注冊(cè)”
發(fā)送“\r”

期望“#”
發(fā)送“默認(rèn)代理\r”
期望“默認(rèn)代理請(qǐng)求成功”
發(fā)送“\r”

期望“#”
發(fā)送“信任[lindex $argv 0]\r”

期望“變化”
發(fā)送“連接 [lindex $argv 0]\r”

期望“連接成功”
發(fā)送“退出\r”

將上面的代碼復(fù)制到該文件中。它自動(dòng)完成信任和連接部分。

現(xiàn)在讓我們將所有這些都放在一個(gè) Python 腳本文件中，以便整個(gè)配對(duì)過程可以自動(dòng)化。

讓我們創(chuàng)建一個(gè)文件pair_and_trust_bluetooth_device.sh

cd $(dirname $0) 
echo "Pairing..." 
expect pair_bluetooth_device.expect > expect_script.log 
chmod 777 expect_script.log 
sleep 2

echo "信任和連接.." 
device_mac_address=$(cat expect_script.log | grep -Pom 1 "(?<=Device ).*(?= Connected)") 
echo mac address is $device_mac_address 
if [[ ! -z $device_mac_address ]] ; 然后
            期望 trust_and_connect.expect $device_mac_address 
else 
            echo "No device connected" 
fi 
rm expect_script.log

所以bash腳本，

調(diào)用一個(gè)期望腳本（其輸出將被打印到一個(gè)名為 expect_script.log 的文件中），其中，

啟動(dòng)NoInputNoOutput代理

使其成為默認(rèn)代理

打開 pi 的可發(fā)現(xiàn)性

等待某人連接并在有人連接或超時(shí)時(shí)退出

睡眠 2 秒

獲取設(shè)備mac地址的expect_script.log文件

如果 mac_address 為空，則信任并連接設(shè)備

刪除殘留文件expect_script.log

使用按鈕觸發(fā)藍(lán)牙配對(duì)腳本

現(xiàn)在我們有了自動(dòng)化配對(duì)過程的腳本。但是這個(gè)腳本必須在用戶需要的時(shí)候方便地運(yùn)行。因此，讓我們將此腳本與一個(gè)物理按鈕掛鉤，以便每次按下按鈕時(shí)都會(huì)調(diào)用此腳本。中斷是嵌入式編程的重要組成部分之一。對(duì)于初學(xué)者來說，當(dāng)感知到中斷時(shí)，會(huì)執(zhí)行程序的常規(guī)例程并運(yùn)行一個(gè)預(yù)定義的 ISR，稱為中斷服務(wù)例程。

因此，讓我們將按鈕連接到 gpio 引腳 11 并為其分配 ISR。在 ISR 內(nèi)部，我們將調(diào)用腳本。

讓我們創(chuàng)建一個(gè)名為?Bluetooth-speaker-main.py的 python 文件，并將下面的代碼添加到其中。我已經(jīng)在程序中添加了注釋，所以如果你使用這個(gè)代碼，你仍然有它們

#import 需要的包
import 
subprocess import RPi.GPIO as gpio 
import time 
import os 
import logging

pair_pin=11 
#獲取運(yùn)行python腳本的文件目錄
fileDirectory = os.path.dirname(os.path.realpath(__file__))

#設(shè)置日志文件位置和python腳本位置一樣
logFile=fileDirectory+"/bluetoothSpeaker.log" 
logging.basicConfig(filename=logFile, filemode='w', format='%(name)s - %(levelname)s - %(message)s', level=logging.INFO)

def pairNewDevice(channel): 
    #ISR for pin 11 
    print("Waiting to pair") 
    logging.info("Waiting to pair") 
    output = subprocess.call(["/bin/bash",fileDirectory+"/pair_and_trust_bluetooth_device.sh" , ">>", 文件目錄+"/bluetoothSpeaker.log"])

gpio.setmode(gpio.BOARD) 
gpio.setup(pair_pin, gpio.IN, pull_up_down=gpio.PUD_UP)


try: 
    #將pair_pin設(shè)置為檢測(cè)下降沿的中斷引腳，當(dāng)檢測(cè)到下降沿時(shí)，調(diào)用pairNewDevice函數(shù)
    gpio.add_event_detect(pair_pin, gpio.FALLING, callback=pairNewDevice,bouncetime=1000)

    print("Bluetooth program has started") 
    logging.info("Bluetooth program has started") 
    while True: time.sleep 
        (5)

除了 KeyboardInterrupt: 
    gpio.cleanup()

　　電路原理圖

　　下面是連接一個(gè)按鈕與樹莓派的 GPIO11 以觸發(fā)藍(lán)牙配對(duì)過程以通過藍(lán)牙傳輸音頻的電路圖。