ESP32-C3 + 小智 MCP：用自然语言控制你的彩灯

对小智说“天黑了”，彩灯自动亮起；说“我想睡觉了”，它安静熄灭。13根磁吸软灯丝，多种颜色自由搭配，两节干电池就能点亮。

项目简介

本项目使用 DFRobot Beetle ESP32-C3 开发板，结合 小智 MCP（Model Context Protocol） 服务，通过自然语言对话控制 Gravity 数字继电器模块，进而控制自制的磁吸式柔性软灯丝彩灯的亮灭。

彩灯采用独立供电方案——两节1.5V干电池串联（3V），通过继电器控制灯架总电源的通断。ESP32-C3只负责“下命令”，继电器负责“执行开关”，两者电源完全隔离，接线清晰、安全可靠。

你不需要说“打开引脚5”，只需对小智说“开灯”、“关灯”、“天黑了”、“我想睡觉了”，它就能理解你的意图并执行操作。

• 核心硬件：ESP32-C3、Gravity 数字继电器模块、自制磁吸彩灯（13根柔性软灯丝）
• 核心软件：Arduino IDE、xiaozhi-mcp 库、小智 AI 平台
• 控制方式：自然语言语音对话
• 支持指令：开灯、关灯、亮灯、天黑了、天亮了、我想睡觉了、我要起床了等

硬件准备

名称	数量	备注
DFRobot Beetle ESP32-C3	1	或任意 ESP32-C3 开发板
Gravity 数字继电器模块	1	DFR0473（3V/10A），兼容3.3V主控
DFRobot 3V 260mm 柔性软灯丝	13根	多种颜色自由搭配
钕磁铁小球	26颗	每根灯丝两端各一颗
铁圈（灯架）	2个	上下各一个，作为正负极公共触点
5号干电池	2节	1.5V × 2 = 3V
电池盒（2节装）	1	带引线，方便接线
Gravity-3Pin 连接线	1	继电器模块随附
USB 数据线	1	供电+烧录

Gravity 数字继电器模块

本项目选用 Gravity 数字继电器模块（SKU: DFR0473） ，这是 DFRobot 专为低压主控器设计的新款模块，与 ESP32-C3 的 3.3V 电平完美匹配。

关键特性

Gravity 数字继电器模块专为低压主控器设计，可以稳定工作在 3V 供电场景下。

模块具有宽电压供电特性，在 2.8~5V 供电下，对于 1.8V 的设备信号也可以做到良好的识别与支持。这意味着 ESP32-C3 的 3.3V GPIO 信号可以被继电器模块稳定识别，无需额外的电平转换电路。

接口说明

模块采用 Gravity-3Pin 接口，即插即用，无需焊接。接线端设有常开触点接口 (NO) 和常闭触点接口 (NC) ，方便扩展使用。板载一个红色 LED 工作状态指示灯，当常开触点闭合时 LED 点亮，断开时 LED 熄灭，可以直观判断继电器的工作状态。

标号	名称	功能描述
1	-	电源输入端负极
2	+	电源输入端正极
3	D	控制信号输入端
4	NC	常闭触点：平时闭合，有信号断开
5	NO	常开触点：平时断开，有信号闭合
6	N/A	空脚
7	COM	公共触点/端口

继电器的作用

继电器是一种典型的弱电控制强电的应用。由于主控器（单片机）无法直接控制交流电、大电流、大电压等设备，必须通过中间层（继电器）来实施。本项目使用继电器控制彩灯的总电源回路，实现小电流信号控制大电流负载。

自制磁吸彩灯

设计灵感

传统灯带焊接后颜色固定，想换颜色就得重新焊接。本项目采用磁吸式模块化设计，每根灯丝都是一个独立的发光单元，通过钕磁铁吸附在铁圈上，想换颜色随手取下即可，想加数量直接吸附上去。

柔性软灯丝规格

本项目使用的发光元件是 DFRobot 3V 260mm 柔性软灯丝。它是一条直径仅 2mm、长度 260mm 的柔性 LED 灯丝，可以像面条一样随意弯曲、折叠，发出 360° 全角度的光。

参数项	规格
灯丝长度	260mm（10.24英寸）
灯丝直径	2mm
供电电压	3V（直流）
工作电流	80mA
发光角度	360°
极性标识	小圆孔端为正极，无孔端为负极

极性识别非常重要：拿到灯丝后，请仔细观察两端。带小圆孔的一端是正极，另一端无孔的是负极。接反会导致灯丝不亮，但通常不会烧毁，调换即可。

磁吸灯架结构

灯架由上下两个铁圈组成：

• 上铁圈：连接电源正极，作为公共阳极
• 下铁圈：连接电源负极，作为公共阴极
• 两个铁圈上下平行固定，间距与灯丝长度匹配

单根灯丝的制作方式

取一根柔性软灯丝，在两端分别焊接一个钕磁铁小球，然后吸附到上下铁圈之间。

磁力自动吸附形成机械固定 + 电气连接：上磁铁球接触上铁圈（正极），下磁铁球接触下铁圈（负极），回路导通，灯丝点亮。想换颜色或增减灯丝，直接取下或吸附新的即可，不需要焊接或插拔端子。

钕磁铁的电接触性能

钕磁铁本身具有导电性，两个磁铁之间的接触电阻小于 0.01Ω。以单根灯丝80mA的工作电流为例，即使13根灯丝全部并联，总电流约为 1040mA，接触电阻带来的压降仍远低于灯丝的驱动电压需求，不会影响正常发光。磁力吸附的接触压力稳定，正常使用中不会出现虚接或闪烁。

多种颜色的组合

13根灯丝可以自由选择多种颜色（红、橙、黄、绿、青、蓝、紫、暖白等），通过磁吸结构按需搭配。不需要考虑串联压降匹配问题——每根灯丝独立并联在上下铁圈之间，颜色差异不会相互影响。你可以按色谱渐变排列，也可以按冷暖分区排布，随心情调整。

扩展性

整个灯架使用低压直流供电（3V），从原理上说，只要增加铁圈的长度或数量，就可以吸附更多灯丝。13根只是一个起点，后续可以扩展到20根、30根甚至更多，每种颜色对应一根灯丝，形成渐变或分区效果。

供电方案：干电池独立供电

为什么用干电池？

柔性软灯丝内部是多颗LED芯片并联结构，并联LED的伏安特性非常陡峭，对电压波动敏感。本项目采用两节1.5V干电池串联的方案，恰好提供3V稳定电压，与灯丝的额定工作电压完全匹配，接线简单、安全隔离。

更重要的是，干电池为灯架提供独立电源，与ESP32-C3的供电完全隔离。这样即使灯架上的灯丝数量增加，也不会影响ESP32-C3的稳定运行，避免因负载过大导致开发板重启或WiFi掉线。

为什么通过继电器供电？

如果不用继电器，直接把干电池接到灯架上，灯就会一直亮着。加上继电器后，电池的正极经过继电器的COM → NO触点再到灯架：

• GPIO5 输出高电平 → 继电器吸合 → COM与NO导通 → 电池正极接通灯架 → 灯亮
• GPIO5 输出低电平 → 继电器断开 → COM与NO断开 → 电池正极被切断 → 灯灭

这样，两节干电池提供的3V电源被继电器“开关化”，而开关的控制权交给了ESP32-C3，最终交给了小智的自然语言对话。

供电能力

单根灯丝工作电流约 80mA，13根灯丝并联总电流约 1040mA（1A） 。两节普通5号干电池串联的理论容量约为2000mAh，在1A放电电流下可持续工作约1.5~2小时。如果需要更长续航，可以：

• 使用碱性电池（容量更大，可支撑2~3小时）
• 使用3节5号电池盒 + 假电池（占位筒）保持3V电压
• 使用3.7V锂电池 + 降压（但会失去“纯电池供电”的简洁性）

小技巧：13根灯丝全部点亮时电流接近1A，如果发现电池发热明显或灯光偏暗，可以适当减少同时点亮的灯丝数量（比如只用5~8根），续航会显著提升。

接线说明

继电器与ESP32-C3

ESP32-C3	Gravity 继电器模块
GPIO5	D（控制信号输入端）
5V	+（电源正极）
GND	-（电源负极）

灯架供电回路

两节干电池串联（3V）正极 → 继电器COM
继电器NO → 上铁圈（公共阳极）
干电池负极 → 下铁圈（公共阴极）

继电器串联在灯架的总电源回路中。小智通过MCP控制GPIO5电平，继电器吸合或断开，整个灯架的正极供电被接通或切断，所有吸附在铁圈上的灯丝同时亮灭。

重要：本项目的 Gravity 继电器模块为高电平触发——GPIO5输出高电平时继电器吸合，输出低电平时继电器断开。代码中的 RELAY_ON 应设为 HIGH，RELAY_OFF 应设为 LOW。

由于磁吸灯丝是纯并联结构，继电器只需控制一路总电源即可控制全部灯丝。

软件准备

1. 安装Arduino IDE与ESP32支持

• 下载并安装 Arduino IDE（建议2.x版本）
• 在 文件 → 首选项 → 附加开发板管理器地址 中添加：

  https://espressif.github.io/arduino-esp32/package_esp32_index.json
  

• 打开 工具 → 开发板 → 开发板管理器，搜索 esp32，安装 esp32 by Espressif Systems（2.0.17或更高版本）
• 开发板选择 DFRobot Beetle ESP32-C3

2. 安装依赖库

在 Arduino IDE 中打开 工具 → 管理库，搜索并安装以下库：

库名	作者	版本要求
xiaozhi-mcp	toddpan	最新版
WebSockets	Markus Sattler	2.3.6+
ArduinoJson	Benoit Blanchon	6.21+

3. 获取小智 MCP 接入点 Token

1. 登录 https://xiaozhi.me
2. 进入 控制台 → 智能体，找到你的设备
3. 点击 配置角色 → MCP接入点，复制 Token
4. 将 Token 填入代码中的 MCP_ENDPOINT 变量
   

完整代码

将以下代码复制到 Arduino IDE 中，修改 WiFi 名称、密码和 MCP Token 后上传。

#include <Arduino.h>
#include <WiFi.h>
#include <WebSocketMCP.h>
#include <ArduinoJson.h>

// ===================== 配置区 =====================
const char* WIFI_SSID   = "你的WiFi名称";
const char* WIFI_PASS   = "你的WiFi密码";
const char* MCP_ENDPOINT = "wss://api.xiaozhi.me/mcp/?token=你的Token";

#define RELAY_PIN   5
#define RELAY_ON    HIGH    // Gravity 继电器模块为高电平触发
#define RELAY_OFF   LOW
// =================================================

WebSocketMCP mcpClient;
bool wifiConnected = false;
bool mcpConnected  = false;

// 前置声明
void registerMcpTools();

// ---------- 继电器控制 ----------
void setRelay(bool on) {
    digitalWrite(RELAY_PIN, on ? RELAY_ON : RELAY_OFF);
    Serial.printf("[RELAY] Light %s\n", on ? "ON" : "OFF");
}

// ---------- 连接状态回调 ----------
void onMcpConnectionChange(bool connected) {
    mcpConnected = connected;
    if (connected) {
        Serial.println("[MCP] Connected. Registering tools...");
        registerMcpTools();
    } else {
        Serial.println("[MCP] Disconnected.");
    }
}

// ---------- 注册MCP工具 ----------
void registerMcpTools() {
    Serial.println("[MCP] Registering tools...");

    // 工具1：直接开关灯
    mcpClient.registerTool(
        "light_control",
        "直接控制彩灯的开关。当用户说“开灯”、“关灯”、“亮灯”、“把灯打开”时调用此工具。",
        "{\"type\":\"object\",\"properties\":{"
            "\"action\":{\"type\":\"string\",\"description\":\"操作类型，取值为 on（开灯）或 off（关灯）\","
            "\"enum\":[\"on\",\"off\"]}},"
        "\"required\":[\"action\"]}",
        [](const String& args) {
            Serial.println("[Tool] light_control args: " + args);
            DynamicJsonDocument doc(256);
            DeserializationError err = deserializeJson(doc, args);
            if (err) {
                return WebSocketMCP::ToolResponse("{\"success\":false,\"error\":\"参数格式错误\"}", true);
            }
            String action = doc["action"].as<String>();
            action.toLowerCase();

            if (action == "on" || action == "开" || action == "打开") {
                setRelay(true);
                return WebSocketMCP::ToolResponse("{\"success\":true,\"msg\":\"灯已打开\"}");
            }
            if (action == "off" || action == "关" || action == "关闭") {
                setRelay(false);
                return WebSocketMCP::ToolResponse("{\"success\":true,\"msg\":\"灯已关闭\"}");
            }
            return WebSocketMCP::ToolResponse("{\"success\":false,\"error\":\"action 只能为 on 或 off\"}", true);
        }
    );

    // 工具2：场景语义控制
    mcpClient.registerTool(
        "scene_control",
        "根据场景语义控制灯。当用户说“天黑了”、“天亮了”、“我想睡觉了”、“我要起床了”等场景描述时调用此工具。",
        "{\"type\":\"object\",\"properties\":{"
            "\"scene\":{\"type\":\"string\","
            "\"description\":\"场景标识。天黑/晚上用 dark；天亮/白天用 dawn；睡觉/休息用 sleep；起床/醒来用 wake\","
            "\"enum\":[\"dark\",\"dawn\",\"sleep\",\"wake\"]}},"
        "\"required\":[\"scene\"]}",
        [](const String& args) {
            Serial.println("[Tool] scene_control args: " + args);
            DynamicJsonDocument doc(256);
            DeserializationError err = deserializeJson(doc, args);
            if (err) {
                return WebSocketMCP::ToolResponse("{\"success\":false,\"error\":\"参数格式错误\"}", true);
            }
            String scene = doc["scene"].as<String>();
            scene.toLowerCase();

            if (scene == "dark" || scene == "night" || scene == "天黑" || scene == "晚上") {
                setRelay(true);
                return WebSocketMCP::ToolResponse("{\"success\":true,\"msg\":\"天黑了，已为你开灯\"}");
            }
            if (scene == "dawn" || scene == "day" || scene == "天亮" || scene == "白天") {
                setRelay(false);
                return WebSocketMCP::ToolResponse("{\"success\":true,\"msg\":\"天亮了，已为你关灯\"}");
            }
            if (scene == "sleep" || scene == "睡觉" || scene == "休息") {
                setRelay(false);
                return WebSocketMCP::ToolResponse("{\"success\":true,\"msg\":\"晚安，灯已关闭\"}");
            }
            if (scene == "wake" || scene == "起床" || scene == "醒来") {
                setRelay(true);
                return WebSocketMCP::ToolResponse("{\"success\":true,\"msg\":\"早上好，灯已打开\"}");
            }
            return WebSocketMCP::ToolResponse("{\"success\":false,\"error\":\"暂不支持该场景\"}", true);
        }
    );

    Serial.println("[MCP] Tools registered: light_control, scene_control");
}

// ---------- WiFi连接 ----------
void setupWifi() {
    Serial.printf("[WiFi] Connecting to %s\n", WIFI_SSID);
    WiFi.mode(WIFI_STA);
    WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASS);
    int attempts = 0;
    while (WiFi.status() != WL_CONNECTED && attempts < 20) {
        delay(500);
        Serial.print(".");
        attempts++;
    }
    if (WiFi.status() == WL_CONNECTED) {
        wifiConnected = true;
        Serial.println("\n[WiFi] Connected. IP: " + WiFi.localIP().toString());
    } else {
        wifiConnected = false;
        Serial.println("\n[WiFi] Connect failed.");
    }
}

// ================= 初始化 =================
void setup() {
    Serial.begin(115200);
    delay(1000);
    Serial.println("\n[ESP32-C3 Relay MCP] Starting...");

    pinMode(RELAY_PIN, OUTPUT);
    digitalWrite(RELAY_PIN, RELAY_OFF);

    setupWifi();

    if (mcpClient.begin(MCP_ENDPOINT, onMcpConnectionChange)) {
        Serial.println("[MCP] Client initialized, connecting...");
    } else {
        Serial.println("[MCP] Initialization failed!");
    }
}

void loop() {
    mcpClient.loop();
    delay(10);
}

配置小智角色提示词

为了让小智准确理解你的意图，需要在小智控制台配置角色提示词。进入 控制台 → 智能体 → 配置角色，在角色介绍中填入以下内容：

# 角色身份
你是我的智能家居语音助手，名字叫“小智”。你性格亲切、回应简洁，核心任务是帮我控制家里的彩灯。

# 设备与工具信息
你拥有两个MCP工具可以控制彩灯，设备是连接在GPIO 5上的Gravity数字继电器模块。

1. 工具 `light_control`：直接控制灯的开关。
   - 参数 `action`，取值 `on`（开灯）或 `off`（关灯）。
   - 触发场景：我说“开灯”、“关灯”、“亮灯”、“把灯打开”、“把灯关掉”时调用。

2. 工具 `scene_control`：根据场景语义控制灯。
   - 参数 `scene`，取值 `dark`（天黑）、`dawn`（天亮）、`sleep`（睡觉）、`wake`（起床）。
   - 触发场景：
     - 我说“天黑了”、“晚上了” → 调用 `scene_control`，`scene=dark`
     - 我说“天亮了”、“白天了” → 调用 `scene_control`，`scene=dawn`
     - 我说“我想睡觉了”、“该休息了” → 调用 `scene_control`，`scene=sleep`
     - 我说“我起床了”、“醒了” → 调用 `scene_control`，`scene=wake`

# 行为准则
- 当我的指令涉及上述场景时，必须调用对应的MCP工具来执行，不要仅做口头回复。
- 工具调用成功后，用简短、自然的话确认，例如“灯已经打开啦”、“晚安，灯已关闭”。
- 如果指令模糊无法确定，可以向我确认，例如“你是想开灯还是关灯呢？”

技术原理

MCP工具调用流程

1. 设备启动：ESP32-C3连接WiFi，然后通过WebSocket连接到小智MCP服务器
2. 工具注册：连接成功后，向MCP服务器注册 light_control 和 scene_control 两个工具
3. 语音识别：你对小智说话，小智将语音转为文字
4. 意图理解：小智的大模型根据角色提示词，判断应该调用哪个工具、传入什么参数
5. 工具调用：MCP服务器将调用请求转发给ESP32-C3，触发对应的Lambda回调函数
6. 执行动作：回调函数解析参数，控制GPIO5电平，继电器吸合或断开
7. 返回结果：回调函数返回执行结果，小智用自然语言回复你

为什么选择 Gravity 继电器模块？

Gravity 数字继电器模块的宽电压供电特性（2.8~5.5V） 和高电平触发信号（2.8V以上） 与 ESP32-C3 的 3.3V 电平完美匹配。传统的5V继电器模块在3.3V信号下可能无法可靠吸合，而 Gravity 模块专门为低电压主控器设计，无需额外的电平转换电路，接线更简洁、运行更稳定。同时其10A的最大切换电流和300W的最大切换功率为本项目的灯架供电提供了充足的余量。

为什么用干电池独立供电？

电源隔离是本项目的一个重要设计考虑。ESP32-C3 需要稳定的3.3V供电来维持WiFi和WebSocket连接，如果让它同时为13根灯丝供电（总电流1A），开发板上的LDO可能会过热或电压跌落，导致WiFi掉线甚至重启。

采用两节干电池单独为灯架供电后：

• ESP32-C3 的电源负载很轻，WiFi连接更稳定
• 灯架上的电流不会回流影响主控
• 两套电源通过继电器隔离，互不干扰

而且两节干电池串联恰好提供3V，与柔性软灯丝的额定工作电压完美匹配，无需额外的降压模块或限流电阻，接线最简洁。

为什么用磁吸结构？

柔性软灯丝的直径仅2mm，重量极轻，钕磁铁的吸力足以稳固支撑。磁吸接触的接触电阻小于0.01Ω，在80mA的工作电流下压降可忽略不计。这种结构让灯丝可以自由弯曲成任意形状后再吸附，不需要考虑焊接位置和导线走向，极大地提高了DIY的自由度。

测试与效果

上传代码后，打开串口监视器，等待以下日志出现：

[WiFi] Connected. IP: 192.168.x.x
[MCP] Client initialized, connecting...
[MCP] Connected. Registering tools...
[MCP] Tools registered: light_control, scene_control

然后就可以通过小智语音对话控制彩灯了：

• 对小智说“开灯” → 彩灯亮，小智回复“灯已经打开啦”
• 说“关灯” → 彩灯灭
• 说“天黑了” → 彩灯自动亮
• 说“我想睡觉了” → 彩灯自动关闭
• 说“我起床了” → 彩灯自动打开
  
  

演示视频

https://www.bilibili.com/video/BV1tkhX6VEgf/?spm_id_from=333.1387.upload.video_card.click

注意事项

1. 继电器触发电平
Gravity 数字继电器模块为高电平触发，GPIO5输出高电平时继电器吸合，低电平时断开。代码中 RELAY_ON 应为 HIGH，RELAY_OFF 应为 LOW。

2. 灯丝极性
柔性软灯丝的小圆孔端为正极，无孔端为负极，焊接钕磁铁前务必确认极性。

3. 电池正负极
两节干电池串联时，注意电池盒的正负极标识，电池正极经过继电器再到灯架上铁圈，电池负极直接到灯架下铁圈。接线反了灯不会亮，但不会烧毁任何元件。

4. 电源隔离
ESP32-C3 与灯架使用两套独立电源：ESP32-C3 由USB或5V适配器供电，灯架由两节干电池供电。两者仅在继电器的 COM/NO 触点处“交汇”，控制回路与负载回路完全隔离，安全可靠。

5. 钕磁铁安全
钕磁铁吸力强，操作时注意不要夹伤手指，远离心脏起搏器等医疗设备。

6. WiFi频段
ESP32-C3仅支持2.4GHz WiFi，请确保连接的是2.4GHz频段。

7. 继电器安全警告
请勿在无指导的情况下接触继电器模块的强电部分。电压超过36V可能对人体造成危险。8岁以下儿童请不要使用此模块。

常见问题

Q：编译报错 'ToolResponse' does not name a type
A：确认使用 WebSocketMCP::ToolResponse，而不是单独的 ToolResponse。同时确保 xiaozhi-mcp 库为最新版。

Q：继电器不动作
A：Gravity 模块为高电平触发，确认GPIO5输出高电平时继电器是否吸合。观察模块上的红色LED指示灯，吸合时应点亮。

Q：灯全部点亮时电池发热
A：13根灯丝同时点亮的总电流接近1A，普通干电池在大电流放电下会发热。可以适当减少同时点亮的灯丝数量，或更换为碱性电池。

Q：灯亮度不一致
A：不同颜色的LED灯丝正向压降略有不同，在3V供电下表现出的亮度会有差异。这是柔性软灯丝的正常特性，不影响使用。

Q：MCP连接失败
A：检查Token是否完整、WiFi是否正常。串口日志会显示 [MCP] Disconnected，可尝试重新上电。

Q：小智不调用工具，只口头回复
A：检查角色提示词中是否明确写了工具名称和触发场景。可以强调“必须调用对应的MCP工具”。

总结

这个项目展示了如何用 ESP32-C3、Gravity 数字继电器模块和小智 MCP 实现自然语言控制自制磁吸彩灯。核心在于：

1. 手工制作：柔性软灯丝 + 钕磁铁 + 铁圈，打造模块化磁吸灯架
2. 电源隔离：两节干电池独立为灯架供电，ESP32-C3 与负载电源完全隔离
3. 硬件匹配：Gravity 继电器模块的 3.3V 兼容性和宽电压特性，与 ESP32-C3 完美配合
4. MCP 工具注册：在 Arduino 代码中注册工具，用 WebSocketMCP::ToolResponse 返回结果
5. 角色提示词：在小智控制台引导大模型将自然语言映射到工具调用

你可以在此基础上扩展更多设备，比如风扇、插座、窗帘，只需增加对应的工具和继电器即可。让 AI 真正成为你的智能家居管家。

参考链接：
Beetle ESP32-C3 (RISC-V 芯片)
3V 260mm 柔性软灯丝
Gravity: 数字继电器模块