開源 | 百元左右，自制多功能4G手機？你也可以！

答案是：這是一款自制的4G手機！可以實現(xiàn)電話通信、短信發(fā)送、音樂播放、一鍵指定呼叫、開關(guān)機及定時休眠、游戲娛樂、U盤模擬等功能。

本期特別分享@flyn大佬在立創(chuàng)開源硬件平臺的MiniPhone原創(chuàng)作品：

使用Air724UG模組自制4G手機

感謝@flyn大佬開源分享此項目，為大家提供詳細講解及PCB/原理圖/項目源碼等相關(guān)資料。接下來，我們一起看看自制4G手機項目吧~

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MiniPhone項目簡介

這是一臺簡易4G手機，主控基于合宙Air724UG模組，LuatOS二次開發(fā)，實現(xiàn)了通話、短信發(fā)送、播放音樂等等功能。

Air724UG是合宙通信推出的多功能LTE Cat.1模塊，是4G全網(wǎng)通模塊，采用紫光展銳的UIS8910平臺，支持標準AT和LuatOS二次開發(fā)。

本次項目使用LuatOS二次開發(fā)將其直接作為主控，相對于常規(guī)的MCU+4G模塊方案減少了成本和元器件，同時能更好的發(fā)揮其內(nèi)部MCU性能。

MiniPhone已實現(xiàn)功能

01.電話通信

進入電話APP界面，輸入電話號碼，按“*”鍵撥出，按“#”鍵退出。

02.短信發(fā)送

進入短信APP界面，按右側(cè)“↑”“↓”按鍵切換到號碼框或短信框，在號碼框輸入電話號碼，在短信框按“0-9”數(shù)字按鍵切換短信內(nèi)容（消息列表存放在sd卡中的message.json文件里），按“*”號鍵發(fā)送，按“#”鍵退出。

03.音樂播放

進入音樂APP界面，按右側(cè)“↑”“↓”按鍵切換mp3文件（文件保存在sd卡的music文件夾里），按“*”號鍵播放和停止，按“#”鍵停止并退出。

04.一鍵指定呼叫

在主界面，按“0-9”數(shù)字按鍵，直接進入撥號界面并設(shè)置好對應(yīng)電話號碼（電話號碼列表存放在sd卡中的call list.json文件里），按“*”鍵撥出，按“#”鍵退出。

05. 開關(guān)機及定時休眠

在關(guān)機狀態(tài)，按住右側(cè)電源按鈕持續(xù)4秒手機開機，并顯示開機動畫。進入主菜單后，按住右側(cè)電源按鈕持續(xù)2秒彈出關(guān)機確認界面，按“*”號鍵關(guān)機，按“#”鍵返回。1分鐘無按鍵操作，手機屏幕和按鍵燈熄滅，進入休眠狀態(tài)以降低功耗。

06. 游戲娛樂

進入游戲APP界面，有一個小鳥游戲。用“*”號鍵控制小鳥上升，很簡單的一個游戲，按“#”鍵退出。

07. U盤模擬

手機接入電腦后會模擬出一個U盤，指向板上的sd卡，可以用來存放文件。

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硬件說明

硬件上使用Air724UG模塊作為主控，所有外設(shè)都接在模塊上，主板采用4層板，阻容基本上是0402封裝，整機外殼5X10cm，鋰電池容量為1500mAH；板上預留了攝像頭接口以及鋰電池電量計芯片（未驗證）。

硬件設(shè)計簡易框圖

手機正面示意圖

手機正面是一塊280X240的TFT液晶屏和12顆按鍵，按鍵采用的是6x6x7.2貼片帶燈，套了數(shù)字按鍵帽，按鍵上的燈統(tǒng)一由Air724UG的一個PWM口控制。

側(cè)面是3顆側(cè)貼的輕觸按鈕，實現(xiàn)“上”、“下”、“開關(guān)機”功能。

底部是一個Type-C座和一個雙色LED。Type-C口用于電池充電以及程序燒入，并且可以連接到PC用于模擬U盤，模擬的U盤目錄指向手機上的SD卡。雙色LED用于指示充電狀態(tài)，紅色表示充電，藍色表示充滿。

手機背面示意圖

手機背面為揚聲器位置開孔以及4個M2.5的固定孔位置。

整機結(jié)構(gòu)示意圖

PCB和整機實拍

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軟件說明

軟件部分基于LuatOS-Air編寫，LuatOS-Air = Lua + AT，是合宙嵌入式操作系統(tǒng)LuatOS在蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模組上推出的開源的二次開發(fā)框架。

LuatOS-Air開源倉庫：
https://gitee.com/openLuat/Luat_Lua_Air724U

LuatOS-Air將傳統(tǒng)的AT命令用Lua語言封裝成API，開發(fā)者可以通過調(diào)用API輕松便捷的實現(xiàn)SOCKET、MQTT、OTA、GPIO、I2C、SPI等功能。

軟件架構(gòu)框圖

紫光展銳8910平臺的Cat.1模塊底層core中跑的操作系統(tǒng)是FreeRTOS，core在啟動過程中，會創(chuàng)建一系列的task。例如：音頻、協(xié)議棧、串口等。

其中有一個task，用來加載Lua虛擬機，解析運行用戶編寫的Lua腳本，這個task我們稱之為Lua virtual task（另外在Lua腳本中，利用Lua的協(xié)程特性封裝了一個sys.taskInit接口，借用了task的概念，實際上并不是真正的task）。

腳本中的所有應(yīng)用，都運行在Lua virtual machine task中，屬于單task應(yīng)用。

SDK框圖

固件定制

本次工程代碼用到了VOLTE高清通話、LVGL、浮點運算以及模擬U盤等功能，官方發(fā)布的core不滿足需求，所以需要定制固件。

合宙官方提供了固件定制系統(tǒng)，針對用戶不同功能使用場景，進行在線定制固件。滿足用戶功能定制化需求，同時也能最大化保留Lua運行和存儲空間。

固件定制鏈接：
http://erp.openluat.com/firm_customized

代碼編寫

代碼主要編寫app應(yīng)用層腳本，我將代碼分為3個文件夾，分別為/main、/panel和/resources。

main文件夾部分是一些應(yīng)用初始化以及UI加載等代碼；

panel文件夾部分是每個應(yīng)用app界面代碼；

resources文件夾存放一些app圖標、控件圖片以及音頻文件，尺寸較大的圖片和文件存放在sd卡中。

IDE使用

IDE使用VSCode，下載LuatIDE以及相應(yīng)的debug插件，可以通過USB口進行下載調(diào)試，具體教程可看@稀飯放姜這位大佬的B站視頻Luat開發(fā)視頻教程合集和合宙官網(wǎng)（https://doc.openluat.com/）提供的資料，本次項目也是參考了官網(wǎng)的昆侖鏡和iCool項目。

項目參考：
https://gitee.com/openLuat/Luat_Lua_Air724U/tree/master

UI設(shè)計

UI基于LVGL庫，LVGL是一個開源的圖形庫，它提供了創(chuàng)建嵌入式GUI所需的一切，具有易于使用的圖形元素、漂亮的視覺效果和低內(nèi)存占用的特點?；旧?，大部分控制器（需要能夠驅(qū)動顯示屏）都適合運行LVGL。

最低要求如下：

C語言版本的LVGL支持觸摸屏、鼠標、鍵盤、編碼器、按鈕等多種輸入設(shè)備，合宙官方提供的demo是基于觸摸屏的設(shè)計，移植到本工程改為按鍵輸入時找不到group相對應(yīng)的api，不知道是不是Lua版本的LVGL還未支持。目前是為所有界面編寫了按鍵響應(yīng)函數(shù)，這導致控件配合的不是很好。

操作規(guī)則

開機動畫結(jié)束后進入主界面，頂部顯示手機卡狀態(tài)、當前時間以及電池電量。中間APP圖標排成一排，當前選中的APP在中間，按右側(cè)“↑”“↓”按鍵切換APP，按“*”鍵進入APP界面（當前切換動畫代碼未編寫，切換過程不太直觀），各APP界面功能看工程視頻。

原工程鏈接：
https://oshwhub.com/flyn/MiniPhone

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軟硬件調(diào)試

硬件調(diào)試

由于Air724UG模塊背面有焊盤類似BGA，在焊接時需要借助加熱臺。先在焊盤上涂抹錫膏，放上模塊進行加熱，所以PCB板背面的元件先不要焊接！

焊好模塊周邊的元件以及USB口部分的元件，先燒入腳本進行測試模塊背面焊盤是否焊接良好。背面焊盤主要是按鍵和攝像頭以及LCD背光，攝像頭預留暫時未寫對應(yīng)代碼暫時不管，想用的可以用官方的demo測試。

按鍵可以用線短接來模擬測試。

主板與LCD板通過1.27間距的雙排插座插針連接，這是為了檢修以及安裝方便。但是排針排座連接也增加了高度，為了參照按鍵的高度，我把LCD板上插針的黑色塑料部分拆了，剪短針長至4.5mm。

注意焊好后再去掉塑料部分是很困難的，在拔的過程中極有可能導致液晶屏損壞，所以最好先焊好排針最后焊液晶屏。

PCB板連接PC時需接上電池，否則TP4057可能工作不正常導致模塊啟不來。

軟件調(diào)試

可以通過LuaTools工具進入腳本燒入，具體燒入步驟可以參考@稀飯放姜大佬的B站視頻。

LuaTools下載地址：
https://wiki.luatos.com/pages/tools.html

手機側(cè)面的第二個按鈕是BOOT鍵，按住該鍵再重啟即可進入BOOT模式。同時板上接出了一個重啟按鍵，在裸板時可以協(xié)助調(diào)試。另外板上預留了串口接口，可以接出使用（未使用過，使用USB調(diào)試很方便）。

LuaTools工具可以打印日志，想輸出哪些信息在腳本里調(diào)用log.info()即可：

燒入腳本程序重啟后會發(fā)現(xiàn)沒有開機動畫，進入主界面也沒有背景等問題。這是因為SD卡里沒有對應(yīng)文件。

用USB接上PC，會在PC端彈出一個U盤，該U盤指向的就是手機上的SD卡，將附件提供的music文件、message.json、call list.json、wallpaper.png、wallpaper2.png和startup animation.gif放入U盤，再重啟就可以了。

如果PC端有提示U盤但是打不開，可能是SD卡格式損壞，將U盤快速格式化一遍就行了。

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總結(jié)和待實現(xiàn)功能

之前做的一些關(guān)于4G模塊的項目都是MCU+4G方案，初次了解到合宙的這種方案，感覺這是種趨勢，在性能和成本上都要好于常規(guī)方案，配套的LuatOS框架也很大的提升了開發(fā)效率。

Lua作為一種腳本語言，可以很容易的被C/C++代碼調(diào)用，也可以反過來調(diào)用C/C++的函數(shù)，這使得Lua在應(yīng)用程序中可以被廣泛應(yīng)用。不僅僅作為擴展腳本，也可以作為普通的配置文件，代替XML、ini等文件格式，并且更容易理解和維護。

本工程實現(xiàn)了所要求的功能，但還有些小瑕疵：喇叭在播放一段時間后會出現(xiàn)雜音不清晰、主界面切換APP圖標有時會出現(xiàn)某一項圖標消失不顯示、長時間播放音樂手機會有發(fā)燙現(xiàn)象。后續(xù)等空閑時間的時候再改進吧。

還有一些功能后續(xù)也會添加：

比如錄音、Wi-Fi定位、攝像頭識別二維碼、掃碼支付、文件夾瀏覽等。（但是時間多久不定，勿cue）

原工程分享

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