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为什么 IoT 需要 MCP？
MCP over MQTT 封装能力
ESP32 MCP 工具实现代码 (C 语言实现)
云端 MCP 客户端 (Python 语言实现)
下篇预告
资源
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篇章
功能
难度
1
整体介绍：背景 + 环境准备 + 设备上线
★
2
从“命令式控制”到“语义控制”：MCP over MQTT 封装设备能力
★★
3
接入 LLM，实现“自然语言 → 设备控制”
★★
4
语音 I/O：麦克风数据上传 + 语音识别 + 语音合成回放
★★★
5
人格、情感、记忆：从“控制器”到“陪伴体”
★★★
6
给智能体增加“眼睛”：图像采集 + 多模态理解
★★★
回顾
在上一篇文章中，我们已经完成了基础准备工作：
搭建了开发环境，烧录 ESP32 并成功连接 MQTT Broker
实现了设备上线心跳，让云端可以感知设备是否在线
初步了解了 ESP32 + MQTT 的 IoT 通信模式
然而，传统的 IoT 控制是「命令式」的，存在明显的局限性。开发者必须事先定义主题（topic）、硬编码命令格式，这让 AI 难以「理解」和「调用」设备的真实能力。
如果我们想让大模型直接与设备对话，就需要让 AI 突破以下限制：
自动「发现」设备具备哪些功能（例如：调节音量、设定屏幕文字）。
通过统一的工具调用接口调用这些功能，而不是依赖硬编码指令。
在本文中，我们将前文搭建的 MQTT 基础扩展为 MCP over MQTT 架构，让设备的各种能力将以「工具（Tool）」的形式被注册、发现和调用，为 AI 与物联网设备的智能交互开辟新的可能。
为什么 IoT 需要 MCP？
目前，传统 IoT 设备大多依赖「命令式控制」模式：
应用通过硬编码主题 (topic) 发布指令，如 esp32/set/brightness，在消息体中指定设定的亮度的值。
每个设备、每个命令都需要实现该接口规范，后续扩展新功能时需要手动更新代码。
在 AI 大模型直接与 IoT 设备对话的过程中，会出现以下问题：
AI 怎么知道设备有哪些能力？
调用时怎么理解参数的格式和范围？
如何做到像调用函数一样「自然」地控制设备？
MCP over MQTT 方案可以有效地解决这些问题：
它提供了标准化的工具描述（Tool Schema），让 AI 能「发现」设备能力。
IoT 设备只需声明「我能做什么」（例如：调节音量、设定屏幕文字）。
AI 通过 MCP 查询工具列表、调用工具，无需额外适配层。
MCP SSE：大模型通过封装的 HTTP 接口对接设备
目前 MCP 主要通过 SSE（Server-Sent Events）或标准输入/输出来对接第三方服务。最便捷的方式是复用现有 HTTP 接口，将设备数据和控制能力（如大部分物联网平台中已有的物模型服务）直接封装为 MCP 工具。该方案特别适用于已经通过 HTTP API 提供设备控制和状态查询能力的用户。
优点
快速集成：无需对已出厂设备进行大规模改造，只需在服务器端增加 MCP 适配层，即可快速接入大模型。
兼容性高：适配 HTTP 接口的 MCP 层可无缝复用已有物模型和 API 设计。
不足
架构冗余：大模型与设备之间隔着 HTTP 物模型服务和 MCP 适配服务，导致消息在 MQTT 与 HTTP 之间需要多次协议转换，增加延迟并降低实时性。
复杂度上升：多层适配让软件开发与调试难度增大。
安全与维护压力：当前 SSE 方案需要重新设计认证与权限控制机制，无法直接复用 IoT 平台的原有认证体系，带来额外的开发、维护成本及潜在安全隐患。
MCP over MQTT：LLM 直接对接设备
针对 SSE 方案存在的多层转发、延迟和安全复杂性，我们提出 MCP over MQTT 架构。该方案让设备直接通过 MQTT 注册自身能力，大模型或应用可直接发现和调用这些能力，无需经过 HTTP 物模型服务或 MCP 适配层。
优点
架构更简化：移除了云端「物模型服务」和「MCP 服务 (SSE)」，整体链路更轻量。
低延迟调用：App 或 LLM 可直接通过 MQTT 调用设备端工具，无需中间转发。
开发效率高：减少了协议转换和适配逻辑，缩短开发和调试周期，提高可扩展性。
集中化管理：MCP 服务的注册、发现、服务类型归类，以及 MCP 消息流转、权限控制等功能统一在 MQTT Broker 上完成。
安全可复用：可直接继承现有物联网平台的认证与权限控制机制，提高开发效率。
不足
设备需升级：对于未内置 MCP 支持的已出厂设备，若无 OTA 能力，需要重新烧录或升级固件。
离线问题：设备离线时无法调用，需要设计离线任务缓存、失败重试或状态同步机制。
MCP SSE vs. MCP MQTT
对比维度
方案 1：MCP SSE（基于 HTTP 接口）
方案 2：MCP over MQTT（原生 AI 架构）
架构复杂度
高：需 HTTP 物模型服务 + MCP 适配服务，协议栈较冗余
低：设备直接注册工具，去掉中间适配层
调用延迟
较高：MQTT ⇄ HTTP 多次协议转换
低：MQTT 原生通信，调用链更短
开发成本
高：云端需维护物模型服务和适配层，设备能力变动需同步更新
低：无需额外 HTTP 接口封装，开发和调试更高效
兼容性
高：适用于已通过 HTTP 暴露控制接口的存量设备
中：需设备端升级支持 MCP（无 OTA 需重新烧录）
安全性
弱：SSE 原生认证/权限较弱，需额外设计安全机制
强：可直接复用 IoT 平台原有认证与权限控制
扩展性
一般：每新增设备能力都需更新 HTTP 层
强：设备动态注册工具，LLM 可自动发现设备能力
实时性
一般：延迟较高，适合非强实时任务
强：MQTT 原生架构，低延迟调用
目前还有一些方案采用基于 HTTP 的 WebSocket 协议实现设备到云端的通信，但相比之下，MQTT 在物联网场景中更具优势，尤其在协议轻量性、传输效率和低功耗等方面表现更优。
读者可参考：MQTT 与 WebSocket：关键差异与应用场景一文，了解二者的详细对比。
MCP over MQTT 封装能力
目标：通过 MCP over MQTT 封装调整音量以及让屏幕显示信息。
硬件
ESP32 S3 开发版
功放 2-3W 以及 喇叭
SPI 接口液晶显示屏
软件
在 ESP32 上开发两个 MCP 工具，并向 EMQX Servless 进行注册display，用于调整显示内容set_volume，用于调整音量，参数可以设定为 0 - 100
云端开发使用 Python 实现的 MCP 客户端列出设备端注册的工具列表查看工具描述
ESP32 MCP 工具实现代码 (C 语言实现)
MCP over MQTT SDK
下载 MCP over MQTT SDK component
#include
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "esp_log.h"
#include "esp_system.h"
#include "nvs_flash.h"
#include "mcp.h"
#include "mcp_server.h"
#include "wifi.h"
const char *set_volume(int n_args, property_t *args)
{
if (n_args
return "At least two arguments are required";
}
for (int i = 0; i
if (args[i].type != PROPERTY_INTEGER) {
return "All arguments must be integers";
}
ESP_LOGI("mcp server", "Setting volume to: %lld\n",
args[i].value.integer_value);
}
return "Volume set successfully";
}
const char *display(int n_args, property_t *args)
{
if (n_args
return "At least one argument is required";
}
for (int i = 0; i
if (args[i].type != PROPERTY_STRING) {
return "All arguments must be strings";
}
ESP_LOGI("mcp server", "Display: %s\n", args[i].value.string_value);
}
return "Message displayed successfully";
}
void app_main(void)
{
esp_err_t ret = nvs_flash_init;
if (ret == ESP_ERR_NVS_NO_FREE_PAGES 股票正规配资开户
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