STM32+Air780E+OLED：按键发送中文短信与PDU编码实战

1. 项目缘起与整体方案拆解

按键发短信这件事，听起来像是功能机时代的老古董，但在工业现场、远程告警、老人看护、农业大棚这些场景里，它依然是最朴素也最可靠的一种通信手段。我这次要做的，就是拿一块 STM32 最小系统板，配上一片 Air780E 的 4G Cat.1 模组，再加一块 0.96 寸的 OLED 屏，实现“按一下键，发一条中文短信，屏幕上同步显示发送状态”的完整闭环。核心关键词就四个：STM32、Air780E、OLED、AT 指令，而真正让大多数人卡住的，是中文短信背后的 PDU 编码。

先说清楚这个项目能干什么。你手头有一块 STM32F103C8T6 或者类似的板子，接上 Air780E 模组，再挂一块 I2C 的 OLED，按下按键之后，模组把一条预设好的中文短信发到指定手机号，OLED 上实时显示“正在发送”“发送成功”或者“发送失败”。它解决的是“设备侧主动告警”的问题——不需要联网服务器，不需要云平台，一条短信直达。适合谁看？适合已经会点 STM32 基础、能点灯能串口打印、想往物联网通信方向迈一步的朋友；也适合做毕设、做工业报警器、做远程抄表的工程师拿来当参考。

为什么选 Air780E 而不是别的模组？这是有讲究的。市面上常见的 4G 模组里，Air780E 是 Cat.1 制式，功耗和成本都比 Cat.4 低，而且它原生支持 AT 指令，串口透传逻辑简单，中文短信走 PDU 模式也很成熟。相比之下，某些模组虽然便宜，但 AT 指令集不完整，发中文短信时容易踩坑。OLED 选 0.96 寸 I2C 版本，是因为它只要两根线，不占用太多 IO，STM32F103C8T6 这种引脚紧张的芯片最合适。整个方案的核心思路就是：STM32 当大脑，负责按键扫描、状态机调度、OLED 刷新；Air780E 当嘴巴，负责把 PDU 编码后的短信发出去；OLED 当脸面，负责把过程可视化。

这里有个关键决策点：短信内容怎么组织？直接发 ASCII 英文最简单，但标题要求中文，就必须用 PDU 模式。PDU 是“Protocol Data Unit”的缩写，中文短信在 GSM 协议里不能直接以明文发送，必须经过 UCS2 编码再拼成 PDU 串。很多人第一次接触 PDU 会觉得头大，其实拆开看就是几段固定格式加一串十六进制。我后面会详细讲怎么算。

另一个决策点是按键触发方式。我试过轮询和外部中断两种，最后选了轮询加软件消抖。原因很简单：外部中断在按键抖动时容易误触发，而轮询放在主循环里，配合 20ms 的消抖延时，稳定得多。OLED 刷新也不能放在中断里，I2C 时序对时间敏感，中断里刷屏容易导致通信失败。

整体硬件连接是这样的：STM32 的 USART2 接 Air780E 的串口，波特率 115200；I2C1 接 OLED，地址通常是 0x78；按键接在 PA0，下拉输入，按下为高电平。电源部分要注意，Air780E 在发射瞬间电流能冲到 2A，所以供电必须给足，最好单独用一路 3.8V 的 DC-DC，不要直接从 STM32 的 3.3V LDO 上取电，否则一发短信就复位。

2. 核心细节解析与实操要点

2.1 Air780E 的 AT 指令交互逻辑

Air780E 上电之后，串口会输出一堆启动日志，这时候不要急着发指令，等它稳定下来，先发一个AT，看它回不回OK。这是最基本的握手。如果连AT都不回，先查波特率，Air780E 默认是 115200，但有些固件版本是 9600，我遇到过两次，折腾了半天才发现是波特率不对。

握手成功之后，要依次配置几个关键参数。第一，AT+CMGF=0，把短信模式设成 PDU 模式。注意，AT+CMGF=1是文本模式，只能发英文，发中文会乱码或者直接失败。第二，AT+CSCS="UCS2"，设置字符集为 UCS2，这一步很多人会漏掉，结果 PDU 串拼出来是对的，但模组解析出错。第三，AT+CSMP=17,167,0,8，设置短信参数，其中最后一个参数 8 表示 UCS2 编码。这个指令里的 17 是 FO 参数，167 是 VP 有效期，0 是 PID，8 是 DCS。DCS 设为 8 就是告诉模组“我要用 UCS2 发中文”。

发短信的指令是AT+CMGS=<length>，这里的 length 是 PDU 串去掉开头两个字符后的长度，也就是 TPDU 的长度，不是整个 PDU 串的长度。这个细节坑了无数人。举个例子，如果你的 PDU 串是0011000D916831...，那么 length 就是总长度除以 2 再减去 1。因为 PDU 串是十六进制字符串，两个字符代表一个字节，而AT+CMGS要的是字节数，且不包含 SMSC 地址部分。

发完AT+CMGS=<length>之后，模组会回一个>提示符，这时候才能把 PDU 串发进去，最后以Ctrl+Z（0x1A）结尾。注意，Ctrl+Z是十六进制的 0x1A，不是字符串“Ctrl+Z”。我在代码里用USART_SendData(USART2, 0x1A)直接发这个字节。如果发的是Ctrl+C（0x1B），就是取消发送。

2.2 中文短信的 PDU 编码计算

PDU 编码是這個项目里最硬核的部分。我把它拆成四段来看：SMSC 地址段、TPDU 首字节、目标号码段、短信内容段。

SMSC 地址段通常写00，表示使用模组默认的短信中心号码。如果你要指定，就写07加号码长度加91加号码。我一般直接用00，省事。

TPDU 首字节是11或01，11表示有状态报告，01表示没有。我选11，因为 OLED 上要显示发送状态，有状态报告更靠谱。

目标号码段稍微复杂。假设手机号是13800138000，先算长度：11 位，十六进制是0B。然后加91表示国际格式。接着把号码两两颠倒：13 80 01 38 00 00变成31 08 10 83 00 F0。注意最后如果奇数位，补F。所以号码段就是0B91加3108108300F0。

短信内容段是 UCS2 编码。每个中文字符对应一个 Unicode 码点，比如“你”是4F60，“好”是597D。把每个字符的 Unicode 码点转成十六进制字符串，拼起来就是内容段。内容长度是字符数乘以 2，再转成十六进制。比如“你好”两个字，长度是 4 个字节，十六进制04。

把这些拼起来，完整的 PDU 串就是：00+11+00+0B91+3108108300F0+00+08+04+4F60597D。等等，这里有个00和08是什么？00是 TP-PID，08是 TP-DCS，表示 UCS2。这两个字节不能漏。

所以完整 PDU 是：0011000B913108108300F00008044F60597D。长度计算：去掉开头的00，剩下11000B913108108300F00008044F60597D，数一下字符数，是 38 个字符，除以 2 得 19 字节。所以AT+CMGS=19。

我在代码里写了一个pdu_encode函数，输入手机号和中文内容，输出 PDU 串和长度。这个函数我调了整整一个下午才跑通，主要坑在号码颠倒和长度计算上。

2.3 OLED 状态显示的设计

OLED 用 I2C 驱动，我选的是 SSD1306 芯片，0.96 寸，128x64 分辨率。驱动库我用的是自己精简过的 HAL 库版本，没有用现成的 u8g2，因为 u8g2 占 Flash 太大，STM32F103C8T6 只有 64KB Flash，塞进去有点紧张。

显示内容分三行：第一行显示“短信发送”，第二行显示当前状态，比如“正在发送...”“发送成功”“发送失败”，第三行显示重试次数或者错误码。状态切换的时候，我只刷新变化的那一行，不全屏刷新，这样 I2C 占用时间短，不会阻塞主循环。

OLED 初始化的时候要注意，0.9 寸和 0.96 寸的 I2C 地址可能不一样，0.96 寸通常是 0x78，0.9 寸有些是 0x7A。我手里这块 0.96 寸的，地址是 0x78。如果你买的是 0.9 寸，先扫 I2C 地址确认一下。另外，OLED 的供电最好是 3.3V，有些模块标称 5V 兼容，但长期跑 5V 容易烧。

显示汉字需要取模。我用的是 PCtoLCD2002 软件，取模方式选“阴码+逐列式+顺向”，每个汉字 16x16 像素，占 32 个字节。把取模数据放到一个数组里，显示的时候按列写入。这里有个小技巧：把常用的状态文字提前取好模，比如“正在发送”“发送成功”“发送失败”，存成常量数组，用的时候直接索引，不用动态取模。

3. 实操过程与核心环节实现

3.1 硬件连接与供电检查

先把硬件接起来。STM32F103C8T6 的 PA2 接 Air780E 的 RXD，PA3 接 TXD，GND 共地。OLED 的 SCL 接 PB6，SDA 接 PB7，VCC 接 3.3V，GND 共地。按键一端接 PA0，另一端接 3.3V，PA0 配置成下拉输入。Air780E 的 VCC 接 3.8V，这个 3.8V 我用的是单独的 DC-DC 模块，输入 5V，输出 3.8V，最大电流 3A。

供电检查这一步不能省。我第一版直接拿 STM32 板子上的 3.3V 给 Air780E 供电，结果一按按键发短信，STM32 就复位，OLED 黑屏。后来用示波器看，Air780E 发射瞬间把 3.3V 拉到了 2.1V，STM32 的 BOR 复位了。换成独立 3.8V 供电之后，问题消失。所以记住：Air780E 的供电必须独立，且电流能力不低于 2A。

串口线也要注意，Air780E 的串口是 1.8V 电平还是 3.3V 电平？我这款是 3.3V 电平，可以直接接 STM32。如果你买的是 1.8V 版本，中间要加电平转换。不确定的话，先看模组丝印或者问卖家。

3.2 STM32 端代码框架

代码分四个模块：串口驱动、OLED 驱动、按键扫描、PDU 编码。串口驱动用 HAL 库的HAL_UART_Receive_IT开中断接收，把模组返回的数据存到一个环形缓冲区里。主循环里解析缓冲区，找OK、ERROR、+CMGS:这些关键字。

OLED 驱动我写了三个函数：OLED_Init、OLED_ShowString、OLED_Refresh。OLED_ShowString支持 ASCII 和汉字，汉字用索引查表。OLED_Refresh把显存刷到屏幕，我用的页地址模式，每次刷一页，8 页刷完。

按键扫描放在SysTick中断里，每 10ms 扫一次，连续 3 次读到高电平才确认按下。确认按下后，置一个标志位key_pressed，主循环检测到这个标志位就启动发送流程。

发送流程是一个状态机：IDLE->SEND_AT->WAIT_OK->SEND_CMGF->WAIT_OK->SEND_CMGS->WAIT_PROMPT->SEND_PDU->WAIT_RESULT->DONE。每个状态等模组回复，超时 3 秒就跳到ERROR状态，OLED 显示“发送失败”，然后重试一次。

3.3 PDU 编码函数的实现细节

pdu_encode函数的输入是手机号字符串和中文内容字符串，输出是 PDU 串和长度。我一步步写：

第一步，处理手机号。把手机号的每个字符转成数字，然后两两交换。如果长度是奇数，最后补F。前面加0B91，其中0B是长度，91是国际格式。

第二步，处理内容。把每个中文字符的 Unicode 码点取出来，转成 4 位十六进制字符串，拼起来。内容长度是字符数乘以 2，转成 2 位十六进制。

第三步，拼 TPDU。11+00+ 号码段 +00+08+ 内容长度 + 内容段。

第四步，拼 SMSC。00+ TPDU。

第五步，算长度。PDU 串总字符数除以 2，再减去 1，就是AT+CMGS的参数。

我举个例子，手机号13800138000，内容“你好”。手机号处理：13 80 01 38 00 00-> 交换 ->31 08 10 83 00 F0，前面加0B91，得到0B913108108300F0。内容处理：“你”是4F60，“好”是597D，拼起来4F60597D，长度04。TPDU 是11+00+0B913108108300F0+00+08+04+4F60597D。完整 PDU 是00+11000B913108108300F00008044F60597D。长度：去掉开头00，剩下 38 个字符，除以 2 得 19。所以发AT+CMGS=19。

这个函数我封装成void pdu_encode(char *phone, char *content, char *pdu_out, int *len_out)，在 STM32 上跑没问题，因为字符串不长，栈空间够用。

3.4 发送流程的代码实现

主循环里检测到key_pressed标志后，先清标志，OLED 显示“正在发送...”，然后进入状态机。状态机用switch-case实现，每个 case 里发对应的 AT 指令，然后等回复。

发AT的时候，我直接调HAL_UART_Transmit发字符串AT\r\n，然后等 500ms，检查缓冲区里有没有OK。如果有，进入下一步；如果没有，重发一次，再没有就报错。

发AT+CMGF=0和AT+CSCS="UCS2"类似，都是发指令等OK。

发AT+CMGS=19之后，等模组回>。这个>是提示符，不是OK。我在缓冲区里找>字符，找到之后发 PDU 串，最后发0x1A。

发完 PDU 之后，模组会回+CMGS: <mr>和OK，表示发送成功。如果回ERROR或者+CMS ERROR，就是失败。我在缓冲区里找+CMGS:和OK，找到就显示“发送成功”，否则显示“发送失败”。

这里有个细节：模组返回的数据可能分多次到达，所以缓冲区要够大，我设了 256 字节。解析的时候用strstr找关键字，不要用strcmp，因为返回的数据前后可能有其他字符。

3.5 OLED 显示刷新与状态同步

OLED 刷新我放在主循环里，每 100ms 刷一次。状态变量sms_state有四个值：STATE_IDLE、STATE_SENDING、STATE_SUCCESS、STATE_FAIL。根据这个变量决定显示什么文字。

显示“正在发送...”的时候，我加了一个小动画，每 500ms 切换一次“.”的数量，从“.”到“..”到“...”，这样用户知道系统没死机。这个动画用SysTick计数实现，不占用额外定时器。

显示“发送成功”之后，保持 3 秒，然后自动回到STATE_IDLE，OLED 显示“按按键发送短信”。显示“发送失败”之后，保持 5 秒，然后回到STATE_IDLE，同时允许用户再按一次重发。

OLED 的显存我用了 1024 字节的数组，OLED_Refresh的时候按页写入。I2C 速率设成 400kHz，刷一屏大概 20ms，不影响主循环。

4. 常见问题与排查技巧实录

4.1 模组不回复 AT 指令

这是最常见的问题。先查波特率，Air780E 默认 115200，但有些固件是 9600。如果波特率对，查串口线有没有接反，TX 接 RX，RX 接 TX。如果线也对，查供电，用万用表量模组 VCC 是不是 3.8V，发射瞬间会不会掉。我遇到过供电不足导致模组反复重启，串口一直输出启动日志，根本不进 AT 模式。换独立供电之后解决。

还有一个坑：Air780E 上电后需要几秒钟初始化，如果你上电就发AT，它可能还没准备好。我在代码里加了 5 秒延时，等模组稳定后再发AT。

4.2 中文短信发送失败

如果模组回ERROR，先检查AT+CMGF=0和AT+CSCS="UCS2"有没有设对。然后检查 PDU 串的长度计算，AT+CMGS的参数是不是 TPDU 长度。我踩过的坑是长度算成了整个 PDU 串的长度，结果模组一直回ERROR。后来用串口助手手动发，对比长度，才发现问题。

另一个坑是Ctrl+Z发成了字符串。在代码里，HAL_UART_Transmit发的是字节数组，0x1A是一个字节，不是两个字符1和A。如果你用printf发"0x1A"，那就错了。

还有，短信中心号码如果设错，也会失败。我一般用00让模组用默认的，如果默认的不对，就手动设AT+CSCA="+8613800100500"，这个号码各地不同，问运营商。

4.3 OLED 不显示或显示乱码

OLED 不显示，先查 I2C 地址。用HAL_I2C_IsDeviceReady扫一下，地址 0x78 或 0x7A。如果地址对但不显示，查初始化序列，SSD1306 的初始化命令不能少，特别是0xAE（关显示）、0xD5（时钟分频）、0xA8（复用率）、0x8D（电荷泵）这几个。电荷泵不打开，屏幕不亮。

显示乱码通常是取模方式不对。PCtoLCD2002 里选“阴码+逐列式+顺向”，如果选成“阳码”或者“逆向”，显示就是乱的。另外，汉字取模是 16x16，ASCII 是 8x16，显示的时候坐标要算对，不然会重叠。

4.4 按键误触发

按键误触发一般是消抖没做好。我在SysTick里每 10ms 扫一次，连续 3 次读到高电平才确认，这样 30ms 内的抖动都滤掉了。如果还误触发，加一个 100ms 的冷却时间，发完短信之后 100ms 内不响应按键。

还有一种情况是按键接的上拉或下拉不对。我用的下拉输入，按键接 3.3V，按下为高。如果你接 GND，就要配上拉输入，按下为低。配置错了，按键一直触发或者一直不触发。

4.5 常见问题速查表

4.6 实操心得与避坑技巧

第一个心得：PDU 编码不要手算，写个函数在 PC 上先验证。我用 Python 写了一个小脚本，输入手机号和内容，输出 PDU 串和长度，跟 STM32 上的函数对比，确保一致。这样调试的时候心里有底。

第二个心得：串口调试助手是你的好朋友。先用串口助手手动发 AT 指令，确认模组能发中文短信，再把流程搬到 STM32 上。这样能把硬件问题和代码问题分开。

第三个心得：OLED 显示状态的时候，不要显示太多文字，三行足够。第一行标题，第二行状态，第三行错误码。错误码用数字，比如E01表示模组无响应，E02表示 PDU 错误，E03表示发送失败。这样排查的时候一目了然。

第四个心得：Air780E 的固件版本不同，AT 指令集可能有差异。我遇到过一款固件不支持AT+CSMP的第四个参数，后来换成AT+CMGF=0加AT+CSCS="UCS2"就够了。所以如果指令报错，先查固件手册。

第五个心得：STM32 的串口接收中断里不要做太多事，只把数据存进缓冲区，解析放在主循环。中断里做strstr会阻塞太久，导致丢数据。

第六个心得：如果项目要长期运行，加一个看门狗。我在主循环里喂IWDG，防止模组死机导致程序卡死。模组死机的时候，STM32 可以复位模组，通过控制模组的 RESET 引脚。

这个项目我从画板子到调通，前前后后花了大概一周时间，其中 PDU 编码占了一半。现在回头看，最难的不是技术本身，而是把每个细节都抠清楚。短信发送成功那一刻，OLED 上跳出“发送成功”四个字，那种成就感还是挺实在的。如果你也在做类似的东西，希望这些经验能帮你少走点弯路。