把小智 AI 音箱变成「语音 PLC」：MCP 协议硬件扩展全纪录

50 元成本、30 ms 延迟、60 μA 待机，小智 AI 音箱 + MCP 协议，让「语音即逻辑」走进千家万户。语音不是噱头，而是最低门槛的「人机界面」。下一个 IoT 爆款，也许就从你的「Hello，小智」开始。欢迎在评论区晒你的「语音控制」视频，一起把 MCP 玩出更多新花样！

想你依然心痛

1117人浏览 · 2025-12-03 07:43:19

想你依然心痛 · 2025-12-03 07:43:19 发布

文章目录

每日一句正能量

如果你懂得珍惜，你会发现你获得的越来越多；如果你一昧追求，你会发现你失去的越来越快。

缘起：为什么要把音箱变成 PLC？
小智 MCP 协议快速扫盲
硬件选型：继电器模组 + 12V 电源轨
电路设计：ESP32-C3 作为「语音→GPIO」桥梁
固件开发：MCP 命令解析 + 低功耗策略
小智技能创建：3 分钟可视化拖拽
实战：「打开排风扇」→ 继电器动作全流程抓包
功耗测试 & 成本复盘
踩坑与解决方案
开源地址 & 二次开发指南

1. 缘起：为什么要把音箱变成 PLC？

传统 PLC 痛点：

编程门槛高（梯形图 + 上位机）
无语音交互，需另配 HMI
家用场景「大材小用」，成本高

小智 AI 音箱优势：

6 麦阵列 + 远场降噪，识别率 97%+
MCP（Mini Control Protocol）开放串口命令
89 元首发价，比 PLC 便宜一个量级

思路：用 MCP 扩展 GPIO，把「语音」→「继电器」→「220V 设备」，做成「语音 PLC」。

2. 小智 MCP 协议快速扫盲

文档地址：https://doc.xiaozhi.ai/mcp/
一句话：MCP 是基于 UART 的文本协议，波特率 115200，帧格式：

$CMD,PAR1,PAR2,PAR3#

$MOTOR,1,100,0# → 打开继电器 1，100ms 脉宽
$QUERY,0,0,0# → 查询所有 GPIO 状态
响应：$ACK,ERR_CODE,0,0#

小智 SDK 已封装 sendMcpCommand()，无需手动组包。

3. 硬件选型：继电器模组 + 12V 电源轨

功能	型号	单价
主控	ESP32-C3-Mini-1	12 元
继电器	SRD-12VDC-SL-C ×4	2.5 元×4
电源	12V/2A 适配器	15 元
隔离光耦	PC817 ×4	0.5 元×4
端子台	3.81mm ×8	1 元×8
保险丝	2A 自恢复	1 元
总计		39 元

→ 比最便宜的 PLC（台达 24MR，≈180 元）便宜 78%。

4. 电路设计：ESP32-C3 作为「语音→GPIO」桥梁

原理图亮点：

光耦隔离：ESP32 GPIO → PC817 → 继电器线圈
自恢复保险丝：防止 220V 短路反馈
手动按键：保留传统「按钮」接口，双冗余

KiCad 3D：

打样：JLC 2 层，10 片 50 元，拼板 4×1。

5. 固件开发：MCP 命令解析 + 低功耗策略

工程结构（ESP-IDF 5.1）：

mcp-plc/
├── main/
│   ├── mcp_parser.c      // 帧解析
│   ├── relay_ctrl.c      // 继电器驱动
│   └── power_mgr.c       // 休眠管理
└── CMakeLists.txt

核心逻辑：

// mcp_parser.c
void uart_event_task(void *pv) {
    uart_event_t event;
    while (true) {
        if (xQueueReceive(uart_queue, &event, portMAX_DELAY)) {
            if (event.type == UART_DATA) {
                memset(mcp_buf, 0, sizeof(mcp_buf));
                uart_read_bytes(UART_NUM_1, mcp_buf, event.size, pdMS_TO_TICKS(100));
                parse_mcp_frame(mcp_buf);
            }
        }
    }
}

static void parse_mcp_frame(const char *frame) {
    // 正则匹配：\$MOTOR,(\d),(\d+),(\d)#
    int relay_id, pulse_ms, flag;
    if (sscanf(frame, "$MOTOR,%d,%d,%d#", &relay_id, &pulse_ms, &flag) == 3) {
        relay_toggle(relay_id, pulse_ms);
    }
}

低功耗：

深度睡眠 60 μA，唤醒源：UART + 按键
每次动作后 5 s 自动进入休眠

6. 小智技能创建：3 分钟可视化拖拽

打开小智 AI 开放平台 → 新建技能
意图：打开排风扇
回复：「好的，排风扇已打开」
后端选择：MCP 硬件控制
命令填充：$MOTOR,1,500,0#（500 ms 脉宽，防止触点粘连）

保存 → 发布 → OTA 推送，全程 3 分钟。

7. 实战：「打开排风扇」→ 继电器动作全流程抓包

语音输入：「小智，打开排风扇」
↓ 云端 ASR → 意图匹配
↓ 回包 MCP 命令：$MOTOR,1,500,0#
↓ UART 到 ESP32-C3
↓ 继电器 D1 亮灯，220V 排风扇启动

逻辑分析仪抓包：

帧延迟：18 ms（云端→本地）
继电器动作：12 ms
总延迟：30 ms < 50 ms K.O.

8. 功耗测试 & 成本复盘

模式	电流	功率	备注
待机	1.2 mA	4 mW	休眠+Wi-Fi保活
继电器吸合	75 mA	900 mW	4 路全开
深度睡眠	60 μA	0.2 mW	手动按键唤醒

4 路全开 10 s → 关闭 → 休眠：

400 mAh 锂电池 → 理论 2000 次动作
实测 1800 次（含 Wi-Fi 保活）

成本复盘（100 套）：

PCB + 器件：39 元
外壳（3D 打印）：6 元
包装 + 线材：5 元
合计 50 元 / 套，比 PLC 节省 70%。

9. 踩坑与解决方案

问题	现象	根因	解决
继电器吸合抖动	220V 设备闪烁	线圈电流不足	加大光耦限流电阻 → 驱动电流 8 mA
Wi-Fi 掉线重连	MCP 命令无响应	信道拥塞	启用 ESP-NOW 备用通道
220V 电弧干扰	UART 误码	无隔离	加入 104 电容 + 磁珠吸收