上位机知识篇---蜂窝通信

蜂窝通信模块（比如我们常说的 2G/3G/4G/5G 模块）是能让设备接入蜂窝网络（比如手机信号网络）的硬件，相当于设备的 “无线网卡 + 手机卡”，可以实现打电话、发短信、上网（联网传输数据）等功能。而AT 指令是控制这些模块的 “语言”—— 通过发送简单的文本指令，就能让模块执行具体操作（比如 “发一条短信”“连接 4G 网络”）。

一、先搞懂：蜂窝通信模块是什么？

简单说，蜂窝通信模块是一个集成了射频芯片、基带芯片、SIM 卡接口的小型电路板，比如常见的 SIM800（2G）、EC20（4G）、SIM8200（5G）等。它的核心作用是：让没有 “联网能力” 的设备（比如单片机、传感器、智能设备）通过手机卡（SIM 卡）接入移动、联通、电信的蜂窝网络，实现远程通信。

比如：

• 共享单车的定位器，通过 4G 模块把位置信息发到后台；
• 智能电表通过 2G 模块把用电量数据上报给电力公司；
• 车载导航通过 5G 模块实时更新地图数据。

二、AT 指令：控制模块的 “简单语言”

AT 指令的全称是 “Attention Command”（注意指令），起源于早期的调制解调器（Modem），现在被蜂窝通信模块沿用，成为行业通用的控制方式。

它的特点是：简单直观，用文本命令控制硬件，不需要复杂的编程，通过串口（比如 USB 转串口）发送指令，模块就会返回结果。

1. AT 指令的基本格式

• 指令开头：必须以 “AT” 或 “at”（不区分大小写）开头，比如AT、AT+CMGS。
• 指令主体：基础指令是单字母（如ATD拨号），扩展指令用 “+ 指令名”（如AT+CSQ查询信号强度）。
• 结尾：必须以 “回车”（\r）结束，模块才会识别（比如在串口工具里输入指令后按回车发送）。
• 响应格式：
  • 成功：返回OK；
  • 失败：返回ERROR或具体错误码（如+CME ERROR: 10表示 SIM 卡未插入）；
  • 执行结果：比如查询信号强度会返回+CSQ: 25,0（25 是信号值，越大越好）。

2. 常用 AT 指令分类与示例

不同模块的指令略有差异（厂商会在标准指令基础上扩展），但核心指令通用。下面按功能分类举例：

（1）基础测试指令：检查模块是否正常工作

• AT：最基础的 “心跳指令”，发送后模块返回OK，说明模块和串口连接正常（就像 “喂，你在吗？”）。
• AT+GMI：查询模块厂商（比如返回SIMCOM_Ltd，说明是 SIMCom 品牌的模块）。
• AT+GMM：查询模块型号（比如返回SIM800L，确认模块型号）。
• AT+GSN：查询模块的 IMEI 号（相当于模块的 “身份证号”，唯一标识）。

（2）SIM 卡相关：检查 SIM 卡状态

• AT+CPIN?：查询 SIM 卡是否需要 PIN 码（返回+CPIN: READY表示不需要，直接可用；返回+CPIN: SIM PIN表示需要输入 PIN 码）。
• AT+CPIN="1234"：输入 SIM 卡 PIN 码（比如默认 PIN 是 1234，输对后返回OK，SIM 卡激活）。
• AT+COPS?：查询当前注册的运营商（比如返回+COPS: 0,0,"China Mobile"，表示注册到中国移动）。

（3）信号与网络相关：检查网络连接

• AT+CSQ：查询信号强度，返回+CSQ: <rssi>,<ber>。
  • rssi是信号值（0-31，31 最强，<10 表示信号差，可能断连；99 表示无信号）；
  • 比如+CSQ: 28,0表示信号很好。
• AT+CGATT?：查询是否附着到 GPRS/4G 网络（返回+CGATT: 1表示已附着，0 表示未附着，无法上网）。
• AT+CGREG?：查询是否注册到移动网络（返回+CGREG: 0,1表示注册成功；0,0 表示正在注册；0,2 表示注册失败）。

（4）通话相关：打电话、挂电话

• ATD10086;：拨打 10086（注意结尾必须加;，模块会返回OK，然后开始拨号，接通后返回+CIEV: "CALL",1）。
• ATH：挂断当前通话（返回OK）。
• AT+VTS="123"：通话中发送 DTMF 信号（比如按 123 键，相当于手机拨号键盘输入）。

（5）短信相关：发送、读取短信

短信有两种模式：“文本模式”（直接发文字，简单）和 “PDU 模式”（二进制编码，支持长短信，复杂）。新手常用文本模式：

• 第一步：AT+CMGF=1：设置为文本模式（返回OK）。
• 第二步：AT+CMGS="13800138000"：指定接收手机号（返回>，表示可以输入短信内容）。
• 第三步：输入短信内容（比如 “测试短信”），然后按Ctrl+Z（ASCII 码为 26）发送（模块会返回+CMGS: <消息序号>和OK，表示发送成功）。
• 读取短信：AT+CMGR=1：读取第 1 条短信（返回短信内容、发送者、时间等）。

（6）数据传输相关：连接网络（TCP/UDP）

这是物联网设备最常用的功能（比如模块通过 4G 连接服务器，发送传感器数据）：

以 4G 模块连接 TCP 服务器为例：

1. AT+CGDCONT=1,"IP","CMNET"：设置 APN（移动的 APN 是 CMNET，联通是 UNINET，相当于 “网络接入点”）。
2. AT+NETOPEN：打开网络（返回+NETOPEN: 0表示成功）。
3. AT+IPSTART="TCP","123.45.67.89",8080：连接服务器（IP 是 123.45.67.89，端口 8080）。
4. AT+IPSEND=5：发送 5 字节数据（返回>后，输入数据，比如 “12345”，按回车发送）。
5. AT+IPSHUT：关闭连接。

三、AT 指令的交互流程（举例：用模块发送一条短信）

实际操作时，需要按步骤发送指令，比如用 SIM800 模块给 13800138000 发 “你好”

1. 用 USB 转串口线连接模块和电脑，打开串口助手（如 SecureCRT、Xshell），设置波特率（模块默认波特率通常是 9600，需和串口助手一致）。
2. 发送AT → 模块返回OK（确认连接正常）。
3. 发送AT+CPIN? → 返回+CPIN: READY（SIM 卡正常）。
4. 发送AT+CSQ → 返回+CSQ: 25,0（信号良好）。
5. 发送AT+CMGF=1 → 返回OK（切换到文本模式）。
6. 发送AT+CMGS="13800138000" → 返回>（等待输入内容）。
7. 输入 “你好”，按Ctrl+Z → 模块返回+CMGS: 123和OK（发送成功，123 是消息序号）。

四、实用拓展知识

1. 不同模块的指令差异

• 基础指令（如AT、AT+CSQ）几乎所有模块通用，但厂商会扩展指令（比如华为模块有AT^SYSCFG设置网络模式，SIMCom 模块用AT+CNMP）。
• 5G 模块会多一些 NR（新空口）相关指令（如AT+CNRV查询 5G 信号），但向下兼容 4G/2G 的核心指令。

2. 调试工具

• 电脑端：用串口助手（SecureCRT、Putty、XCOM）手动发送指令，适合调试。
• 嵌入式端：单片机（如 STM32、Arduino）通过 UART 串口发送 AT 指令（比如 Arduino 用Serial.println("AT+CSQ\r")发送查询信号指令）。

3. 常见问题与解决

• 指令发送后无响应？
  可能是波特率不匹配（模块默认 9600，串口助手也设 9600）、接线错误（TX 接 RX，RX 接 TX）、模块没上电（需要给模块单独供电，很多模块耗电高，USB 供电不足）。
• 发送短信失败？
  检查 SIM 卡是否有话费、是否开通短信功能、信号是否太差（AT+CSQ返回值 < 10）。
• 无法联网？
  检查 APN 是否正确（比如电信 4G 的 APN 是 CTNET）、是否附着网络（AT+CGATT?返回 1）。

4. 安全注意

• 模块需要 SIM 卡（物联网卡或手机卡），注意流量和话费套餐，避免超支。
• 敏感操作（如修改 PIN 码）需谨慎，连续输错 PIN 码会导致 SIM 卡锁定（需 PUK 码解锁，PUK 码在 SIM 卡大卡上）。

五、应用场景

掌握 AT 指令后，就能用蜂窝模块实现各种功能：

• 智能家居：通过 4G 模块远程控制家电（发送指令让空调开机）；
• 工业监控：传感器数据（温度、压力）通过 5G 模块实时上传到云端；
• 车载系统：GPS 定位信息通过 4G 模块发送到后台，实现车辆追踪；
• 远程报警：设备故障时，通过模块发送短信或电话给管理员。

总结

蜂窝通信模块是设备的 “无线通信桥梁”，而 AT 指令是控制这座桥梁的 “简单语言”。它不需要复杂的底层开发，通过串口发送文本指令就能实现打电话、发短信、联网等功能，是物联网、嵌入式开发中不可或缺的技能。只要记住核心指令的格式和流程，多动手调试（比如用串口助手测试），很快就能掌握。