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简介：这是一份面向通信工程专业学生与移动通信初学者的GSM设备短信收发实验报告文档，围绕短消息业务（SMS）的网络结构、信令流程与模块控制方法展开，可用于课程实验预习、报告撰写参考或短消息开发入门。压缩包内仅1个doc文件，约471KB，内容完整收录实验目的、实验原理与操作要点。文档系统梳理了SMS的存储转发与传递确认两大机制、点对点短消息与小区广播业务的区别，以及移动台发送和接收短消息时MSC、VLR、HLR与SMSC之间的信令交互过程，并对比Block、Text、PDU三种收发模式，给出PDU编码字段构成与UCS2中文编码实例，还有通过AT命令控制GSM模块完成短信收发的实现思路。目前已有80人学习下载，适合希望理解短信底层流程并动手实践的读者参考。

1. 为什么 GSM 短信收发实验卡住的往往不是模块

很多人第一次做 GSM 设备短信收发实验，流程都差不多：买一块 SIM800C 或 SIM900A 的板子，插上开通短信功能的 SIM 卡，USB 转 TTL 接到电脑，串口助手敲AT，回一个OK，心里一松；接着AT+CMGF=1、AT+CMGS="138xxxxxxxx"，敲中文进去，模块回了+CMGS: 12 OK，手机上也确实收到了——但收到的是一串问号或者干脆空内容。真正的坑从这一刻才开始。

短信收发这条链路上，AT 指令只是最外面一层壳，壳里面是 GSM 07.05/07.07 定义的一整套编码规则：GSM 7-bit 默认字符集、UCS2、PDU 报文的字段顺序、长短信的 UDH 头、有效期与数据编码方案 DCS。模块不会报错，它只会照着你给的字节发出去，解不出来就是解不出来。

这套东西适合三类人：做物联网设备告警、远程抄表、短信网关的嵌入式工程师；要写实验报告、把「GSM设备短信收发实验.doc」交上去的学生；以及需要把短信通道接进自己业务系统、又不想被第三方云短信绑死的后端开发。往下走，我把选型、AT 底座、编码、收发实战和排错按顺序拆开。

2. GSM 模块选型与 AT 指令底座怎么搭

2.1 SIM800C、SIM900A、EC20 的差别与串口接线

选型不用纠结参数表有多长，看三个点：你所在位置的网络制式、模块是否带独立串口电平转换、以及短信相关的 AT 指令集是否完整。SIM900A 只吃 2G，很多地区 2G 已经在退网，买之前先确认本地还有没有 2G 信号，这是最容易白干一天的坑。SIM800C 同样是 2G，但价格低、资料多，做实验够用。EC20、EC200 这类 4G Cat.1/Cat.4 模块向下兼容短信，指令集是 3GPP 27.007 那一套，只是开机流程更长、功耗更高。

接线本身只有四根：模块 TXD 接 USB-TTL 的 RXD，模块 RXD 接 USB-TTL 的 TXD，GND 共地，VCC 单独供电。供电这一点要单独强调，模块在发射瞬间电流能冲到 2A，直接用 USB-TTL 模块上的 3.3V 引脚供电，十次里有八次会看到模块无限重启或者AT时有时无。

提示：先用万用表确认模块电源脚在发射瞬间的压降，掉到 3.0V 以下就该换独立电源，别怀疑串口线。

2.2 用 pyserial 打通最小 AT 指令闭环

串口助手只能验证一次，做收发实验必须把交互写成代码。下面这段是最小闭环，能开串口、发指令、拿回显，后面所有章节都建立在它上面。

import serial import time PORT = "COM3" # Linux/macOS 下一般是 /dev/ttyUSB0 或 /dev/ttyACM0 BAUD = 115200 # SIM800C 常见 9600/115200，EC20 默认 115200 PER_CMD_TIMEOUT = 1.0 # 单条指令等待回显的时间上限（秒） def open_port(): ser = serial.Serial(PORT, BAUD, timeout=PER_CMD_TIMEOUT) ser.write(b"AT\r\n") # 先打一次 AT，唤醒处于睡眠态的模块 time.sleep(0.3) return ser def send_at(ser, cmd, wait=1.0): ser.reset_input_buffer() # 清掉上一轮残留回显，避免误判上一指令的结果 ser.write((cmd + "\r\n").encode("ascii")) time.sleep(wait) raw = ser.read(ser.in_waiting or 1) return raw.decode("utf-8", errors="replace")

timeout设成 1.0 秒是为了让read在没有数据时能及时返回而不是永久阻塞；reset_input_buffer()是关键，模块回显是异步的，不清缓冲就会出现「上一条的 OK 被当成这一条的结果」。wait参数按指令耗时给：AT给 0.3，AT+CMGS这种要等网络侧的给 5 到 6 秒。

接上模块后，按下面的顺序打一遍，任何一条不符合预期就先停在它上面：

ATE0 # 关回显，命令行干净，脚本解析也简单 AT+CPIN? # 期望 +CPIN: READY，卡没识别就查卡座和 PIN 锁 AT+CSQ # 期望 +CSQ: 15,0 以上，第一位是信号强度 0~31 AT+CREG? # 期望 +CREG: 0,1（已注册本地网）或 0,5（漫游） AT+CMEE=2 # 打开详细错误码，后面报错会告诉你原因而不是 ERROR AT+CPMS="SM","SM","SM" # 短信读写都走 SIM 卡存储，容量小但兼容性最好

AT+CPIN?返回+CME ERROR: 10表示没插卡，+CME ERROR: 11是需要 PIN 码；AT+CSQ第一位长期低于 10，就别测收发了，先解决天线和位置。AT+CMEE=2是我建议一开始就打开的，同样是发送失败，它会把 500、515 这类具体错误码抛出来，省掉半天猜测。

2.3 TEXT 模式和 PDU 模式：AT+CMGF 到底怎么选

AT+CMGF=1是 TEXT 模式，内容直接写字符串；AT+CMGF=0是 PDU 模式，内容要自己拼十六进制。很多人问该用哪个，结论是：做纯英文实验可以 TEXT，只要涉及中文、长短信、状态报告、自定义有效期，就必须 PDU。

TEXT 模式下最典型的翻车是：AT+CSCS="UCS2"之后，AT+CMGS后面的号码和正文都要写成 UCS2 十六进制，写中文反而更别扭。所以实验里我一般先用 TEXT 模式跑通一条纯英文，确认链路没问题，再切AT+CMGF=0做正式的短信收发实验。

3. 短信编码：GSM 7-bit、UCS2 与 PDU 报文拆解

3.1 为什么发中文必须落到 UCS2

GSM 07.05 里的默认字符集是 7-bit，一共 128 个字符的位置，覆盖拉丁字母、数字、常用符号和少量希腊字符，中文根本不在里面。模块在 7-bit 模式下遇到中文字节，要么截断、要么当成扩展字符表里的东西发出去，接收端自然是一串乱码。

解决路径有两条：DCS 字段填0x08走 UCS2，每个字符 2 字节；或者填0x00走 7-bit，只发英文和数字。国内实验最常见的配置就是AT+CSMP=17,167,0,8，第四个参数 8 就是 UCS2 的 DCS，发送中文不用再做其他设置。判断某条短信用了哪种编码，只需要看 PDU 里的 DCS 字段：00是 7-bit，08是 UCS2，F1之类留给厂商自定义。

7-bit 还有个隐藏细节叫「七位压缩」：140 字节的载荷，如果按 7 位算，能塞进 160 个字符，代价是字节边界不对齐，拼包和拆包都要做位移运算。UCS2 没这个问题，代价是容量直接砍到 70 个字符。这就是为什么一条中文短信超过 70 个字会被拆成多条。

3.2 一条 PDU 报文的字段级拆解

以发送「你好」到+8613800138000为例，完整 PDU 是：

0011000D91683108103800F000 08AA044F60597D

按字段拆开看，每一段的边界和含义如下：

号码的「半字节交换」最容易被写错：861380013800这种奇数长度要先补F变成8613800138000F，再两两互换得到683108103800F0。写代码时如果发现发出的短信直接进了对方的垃圾箱，多半是这里的长度字段或者 TYPE-OF-ADDRESS 取值错了。

注意：DA 长度统计的是「数字个数」，不是字节数；+8613800138000是 13 个数字，长度字段就该写0D，写成07会直接被网络侧拒绝。

3.3 用 Python 组装和解析 PDU

先处理字符集转换，再组装 SUBMIT 报文，两段逻辑分开写方便调试。

def text_to_ucs2_hex(text: str) -> str: """中文按 UTF-16BE 编码，转成大写十六进制字符串""" return text.encode("utf-16-be").hex().upper() def ucs2_hex_to_text(hex_str: str) -> str: return bytes.fromhex(hex_str).decode("utf-16-be") def encode_number(number: str): """把号码转成 PDU 里的 (长度, 类型, 交换后数字) 三元组""" digits = number.lstrip("+") if len(digits) % 2: digits += "F" # 奇数位补 F，保证两两成对 swapped = "".join(digits[i + 1] + digits[i] for i in range(0, len(digits), 2)) toa = "91" if number.startswith("+") else "81" return "%02X" % len(number.lstrip("+")), toa, swapped def build_submit_pdu(number: str, text: str) -> str: smsc = "00" # 使用模块内置服务中心号 pdu_type = "11" # MTI=01 SUBMIT，TP-VPF=10 相对有效期，不要状态报告 mr = "00" # 消息参考号，随便给，模块会自己重排 da_len, da_toa, da = encode_number(number) pid = "00" # 普通点对点短信 dcs = "08" # UCS2，中文必须 vp = "AA" # 有效期约 4 天 ud = text_to_ucs2_hex(text) udl = "%02X" % (len(ud) // 2) # UDL 按字节数计 return smsc + pdu_type + mr + da_len + da_toa + da + pid + dcs + vp + udl + ud

三个参数值得单独说：dcs="08"决定后面 UD 必须按 UCS2 处理，换成00就会按 7-bit 解析，中文立刻变成乱码；vp="AA"是相对有效期，范围大致是从 5 分钟到 63 周，测试时可以临时改成10缩短到几小时，避免积压的短信干扰后续实验；pdu_type位 5 置 1（也就是写成31）就会要求网络回状态报告，后面能拿到+CDS上报。

4. 收发实战：+CMGS 交互、+CMTI 中断与长短信拼接

4.1 发送：AT+CMGS 的两次回车与 Ctrl+Z

PDU 模式下发短信不是一条指令搞定，而是一段交互：先AT+CMGS=<长度>，模块回一个>提示符，再发 PDU 十六进制串，最后跟一个 Ctrl+Z（0x1A）表示结束。很多人卡在这里，因为串口助手不会自动帮你补0x1A。

def send_sms(ser, number, text): send_at(ser, 'AT+CSCS="UCS2"') # 让后续字符集设置一致，避免解析歧义 send_at(ser, "AT+CMGF=0") # 切到 PDU 模式 send_at(ser, "AT+CSMP=17,167,0,8") # 第四位 8 表示 DCS=UCS2 pdu = build_submit_pdu(number, text) tpdulen = (len(pdu) - 2) // 2 # 减去 SCA 长度字段本身，只报 TPDU 长度 ser.reset_input_buffer() ser.write(("AT+CMGS=%d\r\n" % tpdulen).encode("ascii")) time.sleep(0.5) ser.read(ser.in_waiting) # 吃掉 "> " 提示符 ser.write(pdu.encode("ascii") + b"\x1a") # Ctrl+Z 结束输入并触发发送 time.sleep(6) # 等网络侧回 +CMGS: <mr> 和 OK return ser.read(ser.in_waiting).decode("utf-8", errors="replace")

tpdulen的算法是最容易出错的一处：当 SCA 写00时，整个 PDU 里有一部分是 SCA 自身的长度字段，AT+CMGS只要 TPDU 的字节数，所以要把开头那 2 个十六进制字符减掉再折半。少算一个字节，模块会回+CMS ERROR: 304（长度不匹配）；多算一个字节，会卡在>提示符后面等不到结果。

返回内容里+CMGS: 12的 12 是消息参考号，不是短信条数；真正的发送成功以最后那个OK为准。如果等了 6 秒只看到ERROR，先把AT+CMEE=2打开重跑一次，拿到具体错误码再定位。

4.2 接收：AT+CNMI 与 +CMTI 的处理循环

接收侧的关键是让模块主动告诉你「来短信了」，而不是轮询。这靠AT+CNMI控制：AT+CNMI=2,1,0,0,0表示新短信先存进存储，然后通过+CMTI: "SM",<index>上报索引，程序拿到索引再用AT+CMGR去读。这样即使程序在处理上一条，短信也不会丢。

def read_sms(ser, index: int) -> str: raw = send_at(ser, "AT+CMGR=%d" % index, wait=1.0) for line in raw.splitlines(): line = line.strip() # +CMGR 后面那一行才是 PDU，跳过状态行和空行 if line and all(c in "0123456789ABCDEFabcdef" for c in line) and len(line) > 20: return parse_deliver_pdu(line) return "" def watch_incoming(ser, interval=1.0): send_at(ser, "AT+CNMI=2,1,0,0,0") # 新短信存 SIM，用 +CMTI 上报索引 send_at(ser, 'AT+CPMS="SM","SM","SM"') # 读、写、收统一走 SIM buf = "" while True: buf += ser.read(ser.in_waiting or 1).decode("utf-8", errors="replace") for line in buf.splitlines(): if line.startswith("+CMTI:"): idx = int(line.split(",")[-1]) print(read_sms(ser, idx)) send_at(ser, "AT+CMGD=%d" % idx) # 读完立刻删，防止 SIM 写满 buf = "" time.sleep(interval)

AT+CNMI四个参数依次是：新短信处理方式（2 表示存起来再上报）、上报方式（1 表示+CMTI，2 表示直接推+CMT全文）、状态报告上报、小区广播。做实验我建议用2,1,0,0,0，因为 SIM 卡本身容量只有几十条，删得勤一点比调试时丢短信强。AT+CMGD放在读取之后立刻执行，这个顺序不能反。

解析 DELIVER 报文时字段偏移和 SUBMIT 不一样：SCA 后面第一个字节是首字节，接着才是发件人长度、类型和号码，然后跳过 PID、DCS 和 7 字节的时间戳 SCTS，才到 UDL 和 UD。SCTS 是 7 字节的半字节交换 BCD，写解析时别按 6 字节读。

4.3 长短信 UDH 拼接与乱序去重

中文超过 70 个字（UCS2 无 UDH 时）就会被拆成多条，每条载荷里带一个 UDH 头用来标识「这是第几段」。常见两种格式：

拼接逻辑就是按「发件人 + 参考号」分组，组内按段序号排序，段齐了再合并：

def merge_parts(parts): """parts: [(sender, ref, total, seq, text), ...]""" groups = {} for sender, ref, total, seq, text in parts: groups.setdefault((sender, ref), {})[seq] = text merged = [] for (sender, ref), seg in groups.items(): total = max(seg) if seg else 0 if len(seg) == total and all(i in seg for i in range(1, total + 1)): merged.append((sender, "".join(seg[i] for i in range(1, total + 1)))) return merged

实际抓包里经常遇到乱序：第 2 段比第 1 段先到，或者只有部分段到达。别用「收到第一条就立即展示」，也别用「等固定秒数」这种写法，前者会显示半句话，后者在弱信号下必然出问题。按段序号补齐再输出，给一个合理的超时（比如 30 秒）丢弃不完整的组，是工业现场最稳的做法。

提示：发送端也要配合，超过 70 字的文本要在代码里主动分段、生成 UDH，别指望所有模块的自动拆分行为一致。

5. 排错与实验记录：掉网、乱码、重复上报怎么定位

5.1 故障对照表：现象、根因、先跑哪条指令

这张表的用法是从上往下排：先确认模式设置，再确认编码，最后才怀疑硬件。顺序反了会浪费大量时间在拆线接线上。

5.2 用 CSQ、CREG、CMEE 做自检与自动恢复

长时间跑收发实验，最怕的是模块悄无声息地掉网，代码还在循环调用AT+CMGS，结果全部堆在错误分支里。加一个轻量自检循环，一分钟一次，成本很低：

def health_check(ser): csq = send_at(ser, "AT+CSQ", wait=0.5) reg = send_at(ser, "AT+CREG?", wait=0.5) if "+CREG: 0,1" not in reg and "+CREG: 0,5" not in reg: send_at(ser, "AT+CFUN=0", wait=1.0) # 关射频 send_at(ser, "AT+CFUN=1", wait=10.0) # 重新开机注册，比反复复位稳 return False try: rssi = int(csq.split("+CSQ:")[1].split(",")[0]) except (IndexError, ValueError): rssi = 0 return rssi >= 10 # 低于 10 就认为链路质量不够，暂停发送任务

AT+CFUN=0/1比直接给模块断电温和得多，能避免插卡状态丢失；AT+CFUN=1之后一定要等够 10 秒，4G 模块注册更慢，等 20 秒更保险。信号强度低于 10 时别发长短信，分段短信在弱信号下丢段概率明显上升，宁可进队列等下一轮。

5.3 把 SMS 实验文档写成可复现的记录

「GSM设备短信收发实验.doc」这类报告最容易写成流水账：接了线、敲了指令、成功了。真正有用的记录要包含四样东西，缺一样别人就复现不了。第一是模块型号、固件版本（AT+CGMR能读）、供电方式；第二是完整指令序列和每条的实际回显，包括失败的那几条；第三是关键 PDU 原文，最好是收和发各一条完整的十六进制串，附上字段对照；第四是 SIM 卡的运营商、卡内服务中心号（AT+CSCA?）和测试时间点。

记录时有个小技巧：把发送成功的 PDU 和接收到的 PDU 并排放在同一张表里，因为 SUBMIT 和 DELIVER 的字段偏移不同，并排看能立刻发现「首字节后面是不是多了 SCTS」这类问题。实验做十次不如把一次的结果记到能照着重跑一遍，这才是这条链路真正值钱的部分。

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