开源 | 百元左右，自制多功能4G手机？你也可以！

答案是：这是一款自制的4G手机！可以实现电话通信、短信发送、音乐播放、一键指定呼叫、开关机及定时休眠、游戏娱乐、U盘模拟等功能。

本期特别分享@flyn大佬在立创开源硬件平台的MiniPhone原创作品：

使用Air724UG模组自制4G手机

感谢@flyn大佬开源分享此项目，为大家提供详细讲解及PCB/原理图/项目源码等相关资料。接下来，我们一起看看自制4G手机项目吧~

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MiniPhone项目简介

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这是一台简易4G手机，主控基于合宙Air724UG模组，LuatOS二次开发，实现了通话、短信发送、播放音乐等等功能。

Air724UG是合宙通信推出的多功能LTE Cat.1模块，是4G全网通模块，采用紫光展锐的UIS8910平台，支持标准AT和LuatOS二次开发。

本次项目使用LuatOS二次开发将其直接作为主控，相对于常规的MCU+4G模块方案减少了成本和元器件，同时能更好的发挥其内部MCU性能。

MiniPhone已实现功能

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01.电话通信

进入电话APP界面，输入电话号码，按“*”键拨出，按“#”键退出。

02.短信发送

进入短信APP界面，按右侧“↑”“↓”按键切换到号码框或短信框，在号码框输入电话号码，在短信框按“0-9”数字按键切换短信内容（消息列表存放在sd卡中的message.json文件里），按“*”号键发送，按“#”键退出。

03.音乐播放

进入音乐APP界面，按右侧“↑”“↓”按键切换mp3文件（文件保存在sd卡的music文件夹里），按“*”号键播放和停止，按“#”键停止并退出。

04.一键指定呼叫

在主界面，按“0-9”数字按键，直接进入拨号界面并设置好对应电话号码（电话号码列表存放在sd卡中的call list.json文件里），按“*”键拨出，按“#”键退出。

05. 开关机及定时休眠

在关机状态，按住右侧电源按钮持续4秒手机开机，并显示开机动画。进入主菜单后，按住右侧电源按钮持续2秒弹出关机确认界面，按“*”号键关机，按“#”键返回。1分钟无按键操作，手机屏幕和按键灯熄灭，进入休眠状态以降低功耗。

06. 游戏娱乐

进入游戏APP界面，有一个小鸟游戏。用“*”号键控制小鸟上升，很简单的一个游戏，按“#”键退出。

07. U盘模拟

手机接入电脑后会模拟出一个U盘，指向板上的sd卡，可以用来存放文件。

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硬件说明

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硬件上使用Air724UG模块作为主控，所有外设都接在模块上，主板采用4层板，阻容基本上是0402封装，整机外壳5X10cm，锂电池容量为1500mAH；板上预留了摄像头接口以及锂电池电量计芯片（未验证）。

硬件设计简易框图

手机正面示意图

手机正面是一块280X240的TFT液晶屏和12颗按键，按键采用的是6x6x7.2贴片带灯，套了数字按键帽，按键上的灯统一由Air724UG的一个PWM口控制。

侧面是3颗侧贴的轻触按钮，实现“上”、“下”、“开关机”功能。

底部是一个Type-C座和一个双色LED。Type-C口用于电池充电以及程序烧入，并且可以连接到PC用于模拟U盘，模拟的U盘目录指向手机上的SD卡。双色LED用于指示充电状态，红色表示充电，蓝色表示充满。

手机背面示意图

手机背面为扬声器位置开孔以及4个M2.5的固定孔位置。

整机结构示意图

PCB和整机实拍

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软件说明

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软件部分基于LuatOS-Air编写，LuatOS-Air = Lua + AT，是合宙嵌入式操作系统LuatOS在蜂窝物联网模组上推出的开源的二次开发框架。

LuatOS-Air开源仓库：
https://gitee.com/openLuat/Luat_Lua_Air724U

LuatOS-Air将传统的AT命令用Lua语言封装成API，开发者可以通过调用API轻松便捷的实现SOCKET、MQTT、OTA、GPIO、I2C、SPI等功能。

软件架构框图

紫光展锐8910平台的Cat.1模块底层core中跑的操作系统是FreeRTOS，core在启动过程中，会创建一系列的task。例如：音频、协议栈、串口等。

其中有一个task，用来加载Lua虚拟机，解析运行用户编写的Lua脚本，这个task我们称之为Lua virtual task（另外在Lua脚本中，利用Lua的协程特性封装了一个sys.taskInit接口，借用了task的概念，实际上并不是真正的task）。

脚本中的所有应用，都运行在Lua virtual machine task中，属于单task应用。

SDK框图

固件定制

本次工程代码用到了VOLTE高清通话、LVGL、浮点运算以及模拟U盘等功能，官方发布的core不满足需求，所以需要定制固件。

合宙官方提供了固件定制系统，针对用户不同功能使用场景，进行在线定制固件。满足用户功能定制化需求，同时也能最大化保留Lua运行和存储空间。

固件定制链接：
http://erp.openluat.com/firm_customized

代码编写

代码主要编写app应用层脚本，我将代码分为3个文件夹，分别为/main、/panel和/resources。

main文件夹部分是一些应用初始化以及UI加载等代码；

panel文件夹部分是每个应用app界面代码；

resources文件夹存放一些app图标、控件图片以及音频文件，尺寸较大的图片和文件存放在sd卡中。

IDE使用

IDE使用VSCode，下载LuatIDE以及相应的debug插件，可以通过USB口进行下载调试，具体教程可看@稀饭放姜这位大佬的B站视频Luat开发视频教程合集和合宙官网（https://doc.openluat.com/）提供的资料，本次项目也是参考了官网的昆仑镜和iCool项目。

项目参考：
https://gitee.com/openLuat/Luat_Lua_Air724U/tree/master

UI设计

UI基于LVGL库，LVGL是一个开源的图形库，它提供了创建嵌入式GUI所需的一切，具有易于使用的图形元素、漂亮的视觉效果和低内存占用的特点。基本上，大部分控制器（需要能够驱动显示屏）都适合运行LVGL。

最低要求如下：

C语言版本的LVGL支持触摸屏、鼠标、键盘、编码器、按钮等多种输入设备，合宙官方提供的demo是基于触摸屏的设计，移植到本工程改为按键输入时找不到group相对应的api，不知道是不是Lua版本的LVGL还未支持。目前是为所有界面编写了按键响应函数，这导致控件配合的不是很好。

操作规则

开机动画结束后进入主界面，顶部显示手机卡状态、当前时间以及电池电量。中间APP图标排成一排，当前选中的APP在中间，按右侧“↑”“↓”按键切换APP，按“*”键进入APP界面（当前切换动画代码未编写，切换过程不太直观），各APP界面功能看工程视频。

原工程链接：
https://oshwhub.com/flyn/MiniPhone

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软硬件调试

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硬件调试

由于Air724UG模块背面有焊盘类似BGA，在焊接时需要借助加热台。先在焊盘上涂抹锡膏，放上模块进行加热，所以PCB板背面的元件先不要焊接！

焊好模块周边的元件以及USB口部分的元件，先烧入脚本进行测试模块背面焊盘是否焊接良好。背面焊盘主要是按键和摄像头以及LCD背光，摄像头预留暂时未写对应代码暂时不管，想用的可以用官方的demo测试。

按键可以用线短接来模拟测试。

主板与LCD板通过1.27间距的双排插座插针连接，这是为了检修以及安装方便。但是排针排座连接也增加了高度，为了参照按键的高度，我把LCD板上插针的黑色塑料部分拆了，剪短针长至4.5mm。

注意焊好后再去掉塑料部分是很困难的，在拔的过程中极有可能导致液晶屏损坏，所以最好先焊好排针最后焊液晶屏。

PCB板连接PC时需接上电池，否则TP4057可能工作不正常导致模块启不来。

软件调试

可以通过LuaTools工具进入脚本烧入，具体烧入步骤可以参考@稀饭放姜大佬的B站视频。

LuaTools下载地址：
https://wiki.luatos.com/pages/tools.html

手机侧面的第二个按钮是BOOT键，按住该键再重启即可进入BOOT模式。同时板上接出了一个重启按键，在裸板时可以协助调试。另外板上预留了串口接口，可以接出使用（未使用过，使用USB调试很方便）。

LuaTools工具可以打印日志，想输出哪些信息在脚本里调用log.info()即可：

烧入脚本程序重启后会发现没有开机动画，进入主界面也没有背景等问题。这是因为SD卡里没有对应文件。

用USB接上PC，会在PC端弹出一个U盘，该U盘指向的就是手机上的SD卡，将附件提供的music文件、message.json、call list.json、wallpaper.png、wallpaper2.png和startup animation.gif放入U盘，再重启就可以了。

如果PC端有提示U盘但是打不开，可能是SD卡格式损坏，将U盘快速格式化一遍就行了。

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总结和待实现功能

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之前做的一些关于4G模块的项目都是MCU+4G方案，初次了解到合宙的这种方案，感觉这是种趋势，在性能和成本上都要好于常规方案，配套的LuatOS框架也很大的提升了开发效率。

Lua作为一种脚本语言，可以很容易的被C/C++代码调用，也可以反过来调用C/C++的函数，这使得Lua在应用程序中可以被广泛应用。不仅仅作为扩展脚本，也可以作为普通的配置文件，代替XML、ini等文件格式，并且更容易理解和维护。

本工程实现了所要求的功能，但还有些小瑕疵：喇叭在播放一段时间后会出现杂音不清晰、主界面切换APP图标有时会出现某一项图标消失不显示、长时间播放音乐手机会有发烫现象。后续等空闲时间的时候再改进吧。

还有一些功能后续也会添加：

比如录音、Wi-Fi定位、摄像头识别二维码、扫码支付、文件夹浏览等。（但是时间多久不定，勿cue）

原工程分享

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