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[项目]复古与科技的碰撞：基于ESP32和4G模块的简易模拟电话机

云天 | 中级技神 | 创造力： | 帖子： | 发消息 | 串个门 | 加好友 | 打招呼
2026-2-22 11:25:00 [显示全部楼层]
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[项目] 复古与科技的碰撞：基于ESP32和4G模块的简易模拟电话机

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本帖最后由 云天 于 2026-2-22 11:35 编辑

引言
       在智能手机普及的今天，我们或许已经很久没有体验过传统电话机那“按键输入、等待接通”的仪式感了。为了重温这种质朴的通话体验，同时探索现代4G通信模块的应用，我制作了这台简易模拟电话机。它不需要固定电话线，只需插入SIM卡，就能像普通手机一样拨打电话，但操作方式却像老式座机——通过物理键盘输入号码，OLED屏幕显示信息，整个过程简单而纯粹。
       本项目使用的4G通信模块是DFrobot的CAT4：SIM7600G-H 4G 通信模块 支持数据通讯、语音通话、短信收发、USB网卡、GNSS卫星定位的全球频段4G CAT4无线通讯模组。
复古与科技的碰撞：基于ESP32和4G模块的简易模拟电话机图1
功能概览
  • 拨打电话：通过4×4键盘输入号码，按“#”键拨打。
  • 接听电话：来电时屏幕显示号码，按“*”键拒接（挂断）。
  • 号码显示：OLED屏幕实时显示输入号码、来电号码及通话状态（待机、拨号中、来电、通话中）。
  • 音频输出：通过SIM7600模块的喇叭接口输出通话声音，无需耳机。
  • 挂断与清除：通话中按“”挂断；待机时按“”清除已输入号码。

硬件清单


组件
型号
作用
主控板FireBeetle 2 ESP32-E (DFR0654)负责逻辑控制、键盘扫描、屏幕驱动及与4G模块通信。
4G通信模块SIM7600G-H (TEL0162)实现4G网络注册、语音通话功能。
键盘4×4薄膜数字键盘输入电话号码及功能指令。
OLED显示屏0.91寸 128×32 I2C OLED (DFR0647)显示号码和状态信息。
喇叭8Ω 1W 喇叭接在SIM7600模块的音频输出接口，用于通话声音输出。
电源5V/3A 外部电源独立为SIM7600模块供电（必须！）。
辅助杜邦线、面包板等连接电路。

硬件连接
1. SIM7600G-H 与 ESP32 连接（使用 UART2）

SIM7600G-H
ESP32 (FireBeetle)
TXDIO16 (RX2)
RXDIO17 (TX2)
GNDGND
VCC/5V外部5V电源正极
GND (电源)外部5V电源负极

       重要：SIM7600模块必须使用独立外部电源供电（5V/2A~3A），不可从ESP32取电！同时将外部电源的GND与ESP32的GND相连，保证共地。
       2. 4×4 键盘连接
       键盘为8引脚矩阵，行引脚接ESP32的数字IO，列引脚也接数字IO。本例接线如下（可根据实际调整）：

键盘引脚
ESP32引脚
R1IO15
R2IO13
R3IO14
R4IO2
C1IO26
C2IO25
C3IO12
C4IO4

       3. OLED 显示屏连接（I2C）

OLED
ESP32
VCC3.3V
GNDGND
SCLIO22
SDAIO21

复古与科技的碰撞：基于ESP32和4G模块的简易模拟电话机图2



软件实现


开发环境

  • Arduino IDE (需安装ESP32开发板支持)
  • 库安装：通过库管理器安装 Keypad 和 U8g2。

代码结构
程序主要包含以下部分：
  • 初始化：串口、键盘、OLED、SIM7600模块。
  • 键盘扫描：在 loop() 中轮询按键，处理数字累积、拨号、挂断。
  • AT指令处理：通过串口2与SIM7600通信，发送指令并解析响应。
  • 状态机：用 callStatus 变量记录当前状态（IDLE, DIALING, RINGING, ACTIVE），并据此更新屏幕。
  • OLED显示：自定义 updateDisplay() 函数，根据状态显示不同内容。

关键代码片段初始化部分 
  1. #include <HardwareSerial.h>

  2. #include <Keypad.h>

  3. #include <U8g2lib.h>

  4. 

  5. HardwareSerial sim7600(2); // UART2

  6. U8G2_SSD1306_128X32_UNIVISION_F_HW_I2C u8g2(U8G2_R0, U8X8_PIN_NONE);

  7. 

  8. // 键盘配置

  9. const byte ROWS = 4, COLS = 4;

  10. char keys[ROWS][COLS] = {

  11.   {'1','2','3','A'},

  12.   {'4','5','6','B'},

  13.   {'7','8','9','C'},

  14.   {'*','0','#','D'}

  15. };

  16. byte rowPins[ROWS] = {15,13,14,2};

  17. byte colPins[COLS] = {26,25,12,4};

  18. Keypad keypad = Keypad(makeKeymap(keys), rowPins, colPins, ROWS, COLS);

  19. 

  20. String phoneNumber = "";

  21. String incomingNumber = "";

  22. String callStatus = "IDLE";

  23. 

  24. void setup() {

  25.   Serial.begin(115200);

  26.   sim7600.begin(115200, SERIAL_8N1, 16, 17);

  27.   u8g2.begin();

  28. 

  29.   // 初始化SIM7600

  30.   sendCommand("AT", 1000);

  31.   sendCommand("AT+CPIN?", 1000);

  32.   sendCommand("AT+CREG?", 1000);

  33.   sendCommand("AT+CSQ", 1000);

  34.   sendCommand("AT+CSDVC=3", 1000); // 喇叭输出

  35.   sendCommand("AT+CLIP=1", 1000);   // 来电显示

  36. 

  37.   updateDisplay();

  38. }
复制代码
通话状态检测（处理模块上报）
  1. while (sim7600.available()) {

  2.   String response = sim7600.readString();

  3.   Serial.print("模块上报: ");

  4.   Serial.println(response);

  5. 

  6.   if (response.indexOf("RING") >= 0) {

  7.     callStatus = "RINGING";

  8.     // 提取来电号码...

  9.     updateDisplay();

  10.   }

  11.   else if (response.indexOf("CONNECT") >= 0) {

  12.     callStatus = "ACTIVE";

  13.     updateDisplay();

  14.   }

  15.   else if (response.indexOf("VOICE CALL: END") >= 0 || 

  16.            response.indexOf("NO CARRIER") >= 0) {

  17.     callStatus = "IDLE";

  18.     phoneNumber = "";

  19.     incomingNumber = "";

  20.     updateDisplay();

  21.   }

  22. }
复制代码
OLED显示函数（英文版）
  1. void updateDisplay() {

  2.   u8g2.firstPage();

  3.   do {

  4.     u8g2.setFont(u8g2_font_6x10_tf);

  5.     u8g2.setFontPosTop();

  6. 

  7.     // 状态行

  8.     String statusLine = "Status: ";

  9.     if (callStatus == "IDLE") statusLine += "IDLE";

  10.     else if (callStatus == "DIALING") statusLine += "DIALING...";

  11.     else if (callStatus == "RINGING") statusLine += "INCOMING!";

  12.     else if (callStatus == "ACTIVE") statusLine += "ACTIVE";

  13.     u8g2.drawStr(0, 0, statusLine.c_str());

  14. 

  15.     // 号码行

  16.     u8g2.setCursor(0, 12);

  17.     if (callStatus == "RINGING") {

  18.       u8g2.print("From:");

  19.       u8g2.setCursor(35, 12);

  20.       u8g2.print(incomingNumber.c_str());

  21.     } else if (callStatus == "DIALING" || callStatus == "ACTIVE") {

  22.       u8g2.print("To:");

  23.       u8g2.setCursor(35, 12);

  24.       u8g2.print(phoneNumber.c_str());

  25.     } else {

  26.       u8g2.print("Number:");

  27.       u8g2.setCursor(45, 12);

  28.       u8g2.print(phoneNumber.c_str());

  29.     }

  30. 

  31.     // 提示行

  32.     u8g2.setCursor(0, 24);

  33.     if (callStatus == "IDLE") {

  34.       u8g2.print("# Dial   * Clear");

  35.     } else if (callStatus == "RINGING") {

  36.       u8g2.print("* Reject");

  37.     } else if (callStatus == "ACTIVE") {

  38.       u8g2.print("* Hang up");

  39.     } else {

  40.       u8g2.print("Please wait...");

  41.     }

  42.   } while (u8g2.nextPage());

  43. }
复制代码
完整代码
  1. #include <HardwareSerial.h>

  2. #include <Keypad.h>// 需要安装Keypad库

  3. #include <Wire.h>

  4. #include <U8g2lib.h> // 需要安装U8g2库

  5. 

  6. // --- OLED 配置 (使用U8g2库) ---

  7. // 构造函数：硬件I2C，地址默认为0x3C，复位引脚设为无

  8. U8G2_SSD1306_128X32_UNIVISION_F_HW_I2C u8g2(U8G2_R0, /* reset=*/ U8X8_PIN_NONE);

  9. 

  10. // --- SIM7600 配置 ---

  11. HardwareSerial sim7600(2);

  12. //const int PWRKEY_PIN = 4; // 如果不需要控制开机，可注释掉

  13. 

  14. // --- 键盘配置 (与你实际连接一致) ---

  15. const byte ROWS = 4;

  16. const byte COLS = 4;

  17. char keys[ROWS][COLS] = {

  18.   {'1','2','3','A'},

  19.   {'4','5','6','B'},

  20.   {'7','8','9','C'},

  21.   {'*','0','#','D'}

  22. };

  23. // **请务必根据你的实际接线修改引脚号！**

  24. byte rowPins[ROWS] = {15, 13, 14, 2};

  25. byte colPins[COLS] = {26, 25, 12, 4};

  26. Keypad keypad = Keypad(makeKeymap(keys), rowPins, colPins, ROWS, COLS);

  27. 

  28. // --- 全局变量 ---

  29. String phoneNumber = "";      // 存储用户输入的号码

  30. String incomingNumber = "";   // 存储来电号码

  31. bool isCallActive = false;    // 通话状态标志

  32. String callStatus = "IDLE";   // 状态: IDLE, DIALING, ACTIVE, RINGING

  33. 

  34. void setup() {

  35.   Serial.begin(115200);

  36.   delay(1000);

  37.   Serial.println("ESP32 + 键盘拨号 + OLED 示例启动...");

  38. 

  39.   // --- 初始化OLED ---

  40.   Wire.begin(); // 初始化I2C

  41.   u8g2.begin();

  42.   u8g2.enableUTF8Print(); // 启用UTF8支持，便于显示特殊符号

  43.   updateDisplay();        // 立即更新一次屏幕显示

  44. 

  45.   // --- 初始化SIM7600 ---

  46.   sim7600.begin(115200, SERIAL_8N1, 16, 17);

  47.   // 如果模块需要PWRKEY引脚触发开机，取消下面的注释

  48.   // pinMode(PWRKEY_PIN, OUTPUT);

  49.   // digitalWrite(PWRKEY_PIN, LOW); delay(1000); digitalWrite(PWRKEY_PIN, HIGH); delay(3000);

  50. 

  51.   // 发送基础AT指令

  52.   sendCommand("AT", 1000);

  53.   sendCommand("AT+CPIN?", 1000);

  54.   sendCommand("AT+CREG?", 1000);

  55.   sendCommand("AT+CSQ", 1000);

  56. 

  57.   // 配置音频为喇叭

  58.   sendCommand("AT+CSDVC=3", 1000);

  59.   sendCommand("AT+CLVL=2", 1000);

  60.   // 开启来电显示

  61.   sendCommand("AT+CLIP=1", 1000);

  62. 

  63.   Serial.println("初始化完成。请使用键盘...");

  64.   callStatus = "IDLE";

  65.   updateDisplay();

  66. }

  67. 

  68. void loop() {

  69.   // --- 1. 处理键盘输入 (与之前相同) ---

  70.   char key = keypad.getKey();

  71.   if (key) {

  72.     Serial.print("按键: ");

  73.     Serial.println(key);

  74. 

  75.     if ((key >= '0' && key <= '9') || key == 'A' || key == 'B' || key == 'C' || key == 'D') {

  76.       if (callStatus == "IDLE") { // 仅在待机时允许输入

  77.         phoneNumber += key;

  78.         Serial.print("当前号码: ");

  79.         Serial.println(phoneNumber);

  80.         updateDisplay(); // **每次输入后更新屏幕**

  81.       } else {

  82.         Serial.println("通话中，不能输入");

  83.       }

  84.     }

  85.     else if (key == '#') {

  86.       if (callStatus == "IDLE") {

  87.         if (phoneNumber.length() > 0) {

  88.           makePhoneCall(phoneNumber);

  89.           callStatus = "DIALING"; // 状态变为拨号中

  90.           updateDisplay();

  91.         } else {

  92.           Serial.println("请输入号码");

  93.         }

  94.       } else {

  95.         Serial.println("通话中，不能拨号");

  96.       }

  97.     }

  98.     else if (key == '*') {

  99.       if (callStatus == "ACTIVE" || callStatus == "DIALING" || callStatus == "RINGING") {

  100.         hangupCall();

  101.         // 状态更新将在模块上报 "NO CARRIER" 时进行

  102.       } else {

  103.         phoneNumber = "";

  104.         incomingNumber = "";

  105.         Serial.println("输入已清除");

  106.         updateDisplay();

  107.       }

  108.     }

  109.   }

  110. 

  111.   // --- 2. 处理SIM7600主动上报的消息 ---

  112.   while (sim7600.available()) {

  113.   String response = sim7600.readString();

  114.   Serial.print("模块上报: ");

  115.   Serial.println(response);

  116. 

  117.   // 检测来电

  118.   if (response.indexOf("RING") >= 0) {

  119.     callStatus = "RINGING";

  120.     // 提取来电号码...

  121.     int start = response.indexOf('"') + 1;

  122.     int end = response.indexOf('"', start);

  123.     if (start > 0 && end > start) {

  124.       incomingNumber = response.substring(start, end);

  125.     } else {

  126.       incomingNumber = "Unknown";

  127.     }

  128.     updateDisplay();

  129.   }

  130.   // 检测通话接通

  131.   else if (response.indexOf("CONNECT") >= 0) {

  132.     callStatus = "ACTIVE";

  133.     updateDisplay();

  134.   }

  135.   // 检测通话结束（新增对 VOICE CALL: END 的判断）

  136.   else if (response.indexOf("NO CARRIER") >= 0 || 

  137.            response.indexOf("BUSY") >= 0 || 

  138.            response.indexOf("NO ANSWER") >= 0 ||

  139.            response.indexOf("VOICE CALL: END") >= 0) {   // ← 关键添加

  140.     callStatus = "IDLE";

  141.     phoneNumber = "";

  142.     incomingNumber = "";

  143.     updateDisplay();

  144.     Serial.println("通话结束，屏幕已复位");

  145.   }

  146. }

  147. }

  148. 

  149. // --- 辅助函数 ---

  150. void sendCommand(String cmd, int delayTime) {

  151.   sim7600.println(cmd);

  152.   delay(delayTime);

  153.   while (sim7600.available()) {

  154.     String response = sim7600.readString();

  155.     Serial.println(response);

  156.   }

  157. }

  158. 

  159. void makePhoneCall(String number) {

  160.   Serial.print("正在拨号: ");

  161.   Serial.println(number);

  162.   String command = "ATD" + number + ";";

  163.   sim7600.println(command);

  164.   delay(3000);

  165.   // 状态由模块上报的 CONNECT/NO CARRIER 更新

  166. }

  167. 

  168. void hangupCall() {

  169.   Serial.println("挂断电话...");

  170.   sim7600.println("AT+CHUP");

  171.   delay(1000);

  172.   // 状态由模块上报的 NO CARRIER 更新

  173.   // 主动重置状态和屏幕

  174.   callStatus = "IDLE";

  175.   phoneNumber = "";

  176.   incomingNumber = "";

  177.   updateDisplay();

  178. }

  179. 

  180. // --- OLED 显示函数 ---

  181. void updateDisplay() {

  182.   u8g2.firstPage();

  183.   do {

  184.     // 使用英文字体（简单、省内存）

  185.     u8g2.setFont(u8g2_font_6x10_tf);

  186.     u8g2.setFontPosTop();

  187. 

  188.     // 第一行：状态 (英文)

  189.     String statusLine = "Status: ";

  190.     if (callStatus == "IDLE") statusLine += "IDLE";

  191.     else if (callStatus == "DIALING") statusLine += "DIALING...";

  192.     else if (callStatus == "RINGING") statusLine += "INCOMING!";

  193.     else if (callStatus == "ACTIVE") statusLine += "ACTIVE";

  194.     else statusLine += callStatus;

  195.     u8g2.drawStr(0, 0, statusLine.c_str());

  196. 

  197.     // 第二行：号码信息 (英文标签)

  198.     u8g2.setCursor(0, 12);

  199.     if (callStatus == "RINGING") {

  200.       u8g2.print("From:");

  201.       u8g2.setCursor(35, 12);

  202.       u8g2.print(incomingNumber.c_str());

  203.     } else if (callStatus == "DIALING" || callStatus == "ACTIVE") {

  204.       u8g2.print("To:");

  205.       u8g2.setCursor(35, 12);

  206.       u8g2.print(phoneNumber.c_str());

  207.     } else { // IDLE

  208.       u8g2.print("Number:");

  209.       u8g2.setCursor(45, 12); // 调整光标位置以对齐

  210.       u8g2.print(phoneNumber.c_str());

  211.     }

  212. 

  213.     // 第三行：提示 (英文)

  214.     u8g2.setCursor(0, 24);

  215.     if (callStatus == "IDLE") {

  216.       u8g2.print("# Dial   * Clear");

  217.     } else if (callStatus == "RINGING") {

  218.       u8g2.print("* Reject");

  219.     } else if (callStatus == "ACTIVE") {

  220.       u8g2.print("* Hang up");

  221.     } else {

  222.       u8g2.print("Please wait...");

  223.     }

  224. 

  225.   } while ( u8g2.nextPage() );

  226. }
复制代码


制作过程与问题解决
       1. 电源是关键
       SIM7600模块在通话时电流可达2A，起初尝试从ESP32的5V引脚取电，导致模块频繁重启。必须使用独立的外部5V电源，并共地。
       2. 通话结束检测
       挂断电话后，模块返回的是 VOICE CALL: END: 000013 而非标准的 NO CARRIER。通过增加对 "VOICE CALL: END" 的检测，成功让屏幕复位。
       3. 汉字乱码
       原计划用中文显示状态，但普通英文字体不支持中文。最终改用全英文显示，避免了字库加载的麻烦，也节省了内存。
       4. 键盘响应
       4×4键盘的行列引脚必须正确映射，否则按键会错乱。可根据键盘背面的内部连线图调整 rowPins 和 colPins 的顺序。
复古与科技的碰撞：基于ESP32和4G模块的简易模拟电话机图3
复古与科技的碰撞：基于ESP32和4G模块的简易模拟电话机图4
最终效果
  • 待机状态：屏幕显示“Status: IDLE”，下方提示“# Dial * Clear”。
  • 输入号码：按下数字键，号码实时显示在“Number:”后面。
  • 拨号：按“#”后状态变为“DIALING...”，等待接通。
  • 通话中：状态变为“ACTIVE”，显示对方号码。
  • 来电：状态变为“INCOMING!”，显示来电号码，按“*”拒接。
  • 挂断：通话结束，屏幕自动恢复待机状态。

演示视频

总结与展望
       这个项目将复古的按键操作与现代4G通信技术结合，打造了一个简单有趣的通信终端。通过亲手搭建，我不仅熟悉了ESP32的编程、AT指令集的使用，还学会了处理硬件供电、串口通信等实际问题。未来，我计划将它应用到智能拐杖项目中，实现老人跌倒后，自动拨打电话求助，并通过短信功能发送位置信息（本项目使用的4G模块支持GNSS卫星定位（GPS、CLONASS、BD））。
       如果你也想制作一个这样的电话机，欢迎参考我的代码和接线，一起享受创造的乐趣！




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