查看“1003 RPi0 4G Cat1-Hub”的源代码

== '''关键词''' ==
树莓派、 Raspberry Pi Zero、Zero 2W、Cat1 4G LTE、USB2.0、USB Type-C、扩展板、USB HUB 集线器、Nano SIM、eSIM、RPi-Connect、远程连接

== '''一、简介''' ==
树莓派Zero系列（包括Zero、Zero W(H)以及Zero 2W）是一款具备极高性价比的嵌入式系统平台，尺寸小巧功耗较低性能尚可，适合很多轻量型应用场景。Zero系列虽然小巧，但预留了非常多的扩展接口，特别是板子反面引出了USB和电源的镀金测试点，我们可以借助这两组USB和电源测试点进行多种类型的外设扩展。本扩展板实际就是一个USB HUB集线器，通过顶针将扩展板和Zero的USB口连接起来，通过USB扩展四路USB口，其中一路USB接4G Cat1模组以及三路USB2.0 Type-C主机接口。

4G Cat1是针对10Mbps左右的中速物联网应用的高性价比模组，10Mbps下行5Mbps上行的速率可以满足绝大多数联网和传输需求；4G全网通,支持联通,电信和移动。

== '''二、硬件资源''' ==
1. 本扩展板可通过USB-C或者1.25mm 4P USB接口进行供电和通讯，需搭配其它扩展板使用，也可以通过USB连接至其它嵌入式平台或PC。

2. 采用Nano SIM卡座，并预留eSIM芯片位置(SIM卡和eSIM芯片二选一)，SIM插入朝向请参考板上丝印或SIM卡座印痕。

3. IPEX一代接口，可外接FPC或棒状天线。

4. 引出调试串口和AT主串口，3.3V电平。

5. 两个LED指示灯，其中STAT表示模块正常运行，NET用于指示网络状态，1.8秒亮0.2秒灭表示注网成功，1.8秒灭0.2秒亮表示未注网，需要检查SIM卡和天线。

6. 反面预留BOOT和复位的按键位置，如有升级固件需要或者按键复位需要可自行焊接。

7. 扩展板采用内凹设计，方便安装在Zero系列上方的时候不影响或尽量少影响40Pin引脚的外接。

== '''三、系统烧写及设置''' ==

=== 3.1 概述 ===
本文档使用基于树莓派Zero 2W的硬件，镜像为2024-07-04-raspios-bookworm-arm64.img.xz（树莓派OS，Raspberry Pi OS with desktop）。

(若使用树莓派Zero一代系列的板子，只支持32位系统，请注意下载版本。)

树莓派OS下载地址：

https://www.raspberrypi.com/software/operating-systems/#raspberry-pi-os-64-bit

=== 3.2 系统烧写在SD（TF）卡上 ===
[[0005 MPS2242 2280 2280P（单SSD扩展板）#3.2 从TF卡启动|点击直达烧写方法说明]]。

== '''四、树莓派系统下使用演示''' ==

=== 4.1 查看硬件设备 ===

==== 4.1.1 硬件连接 ====
本扩展板具有4个USB Type-C口，其中有一个USB Type-C口在背面丝印标注为PWR，即该口为电源输入USB Type-C口，剩余3个USB Type-C口可连接USB设备（可插键盘鼠标及U盘等各种外设，请按需搭配各类转接线）。4G模块上方有两个天线接口，一个是4G信号天线，一个是GPS信号天线。Zero板通过4个螺丝固定柱固定在扩展板上方，请注意安装方向及扩展板的顶针是否对准Zero板相应的触电。

==== 4.1.2 查看USB设备 ====
打开树莓派OS的终端，输入命令<code>lsusb</code>，如下图所示：

http://www.mcuzone.com/wiki/1003_Zero_4G_Cat1-Hub/1003_Zero_4G_Cat1-Hub_01.jpg

可以看到系统识别到了USB HUB和4G模组。其中：

Device 002：外挂USB Hub；

Device 003：4G模组；

Device 004：USB2.0 Type-C接口；

如果系统卡在树莓派logo处无法启动：

http://www.mcuzone.com/wiki/0007_Zero_4G_Cat1/0007_Zero_4G_Cat1_58.jpg

或者启动后键盘鼠标及4G模组都无法使用，请仔细观察顶针是否对准了镀金触点，并请在PC端打开TF卡系统分区根目录下的config.txt检查USB的初始化脚本：

http://www.mcuzone.com/wiki/0007_Zero_4G_Cat1/0007_Zero_4G_Cat1_41.jpg

需要确认下图中的三处红框的位置是否都配置成完全，如果没有，请手动添加完整并保存文件：

<code># otg_mode=1</code>（建议按此注释掉）

<code>dtoverlay=dwc2,dr_mode=host</code>（两处必须确保加上）

http://www.mcuzone.com/wiki/0007_Zero_4G_Cat1/0007_Zero_4G_Cat1_57.jpg

==== 4.1.3 查看网络设备 ====
打开树莓派OS的终端，输入命令<code>ifconfig -a</code>，如下图所示：

http://www.mcuzone.com/wiki/1003_Zero_4G_Cat1-Hub/1003_Zero_4G_Cat1-Hub_02.jpg

可以eth0为4G Cat1（已自动连接，上图中IP地址默认为192.168.10.2），wlan0为Zero 2W自带的无线网卡。

=== 4.2 测试网络设备 ===
在不连接WiFi，仅连接4G模块上网的情况下，我们ping域名报错，但可以ping通IP，这说明4G模块的DNS服务器设置不正确：

http://www.mcuzone.com/wiki/1003_Zero_4G_Cat1-Hub/1003_Zero_4G_Cat1-Hub_03.jpg

此时我们连接WiFi，可以正常上网，我们安装切换DNS服务器的软件udhcpc：

<code>sudo apt install udhcpc</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/0007_Zero_4G_Cat1/0007_Zero_4G_Cat1_48.jpg

安装完毕后，使用下面的命令切换DNS服务器到4G模块，这样就可以在不连接WiFi的情况下，也可以正常上网：

<code>sudo udhcpc -i eth0</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/1003_Zero_4G_Cat1-Hub/1003_Zero_4G_Cat1-Hub_04.jpg

因为4G模块是默认开机自动连接的，所以我们只要将WiFi连接上，那下次开机就可以实现4G和WiFi都自动连接，为了不引起DNS服务器冲突，需要在rc.local文件中进行设置：

开启rc-local服务：

<code>systemctl enable --now rc-local</code>

通过下面的命令打开rc.local：

<code>sudo nano /etc/rc.local</code>

在exit 0上面添加你要开机执行的命令，如需要开机就使用4G网络，则可以添加下列命令，然后保存文件：

<code>sleep 5 && sudo udhcpc -i eth0 && sleep 5 && sudo udhcpc -i eth0 && sleep 5 && sudo udhcpc -i eth0</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/1003_Zero_4G_Cat1-Hub/1003_Zero_4G_Cat1-Hub_23.jpg

sleep命令的作用是延迟多少秒执行之后的命令，因为4G模块获取IP地址需要一定的时间，所以为了防止udhcpc执行失败，需要多执行几次，并且在每一次执行命令之间加上一定的延迟。这样执行的结果，是等系统启动后，大约20秒左右可以使用4G网络。

=== 4.3 测试AT命令及GPS设备 ===

==== 4.3.1 打开串口 ====
系统上电启动后，在树莓派终端中执行命令<code>lsusb</code>，如下图所示：

http://www.mcuzone.com/wiki/1003_Zero_4G_Cat1-Hub/1003_Zero_4G_Cat1-Hub_06.jpg

本模块的id为19d1 0001，记录下这个值。

使用下列命令打开ttyUSB串口，其中echo后面的值就是之前记录的ID值：

<code>sudo modprobe option</code>

<code>sudo sh -c 'echo 19d1 0001 > /sys/bus/usb-serial/drivers/option1/new_id'</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/1003_Zero_4G_Cat1-Hub/1003_Zero_4G_Cat1-Hub_07.jpg

执行上述两条命令之后执行：

<code>ls /dev</code>

此时应该能看到dev设备下有ttyACM0-2三个设备：

http://www.mcuzone.com/wiki/1003_Zero_4G_Cat1-Hub/1003_Zero_4G_Cat1-Hub_08.jpg

==== 4.3.2 执行AT命令 ====
下载minicom工具：

<code>sudo apt-get install minicom</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/0007_Zero_4G_Cat1/0007_Zero_4G_Cat1_13.jpg

通过minicom打开AT命令串口：

<code>sudo minicom -D /dev/ttyACM0</code>

注意，使用哪个串口，应以在进入此串口后，可输入运行AT命令，显示不乱码，不乱跳结果为准。

下面以minicom为例，如果需要查看回显，请键入命令：<code>ate1</code>，然后回车，继续键入其它命令，回车可以看到结果。

用AT+CPIN？来检查SIM是否正常插入并识别；

用AT+CSQ来检查信号强度，第一个值是0-31，需要25以上才算信号质量良好；

用AT+COPS?来检查注网情况，双引号内是运营商代码，最后一个数字是网络模式，7代表4G。

http://www.mcuzone.com/wiki/1003_Zero_4G_Cat1-Hub/1003_Zero_4G_Cat1-Hub_09.jpg

==== 4.3.3 GPS测试 ====
使用GPS时，需要接GPS天线，且确保GPS天线甩出户外。

运行minicom，打开ttyACM0串口：

<code>sudo minicom -D /dev/ttyACM0</code>

并运行：

<code>AT+CGNSPWR=1</code>                      //打开GPS

<code>AT+CGNSAID=31,1,1,1</code>          //使能位置辅助定位(指令立马返回OK，根据信号强度，大概2-10秒左右会定位成功)

<code>AT+CGNSURC=1</code>                      //设置定位信息自动上报，每隔5个fix，00000就上报一次

运行成功后就可以看到该串口有GPS信息输出：

http://www.mcuzone.com/wiki/1003_Zero_4G_Cat1-Hub/1003_Zero_4G_Cat1-Hub_10.jpg

稍等片刻即可定位：

11.jpg

== '''五、使用Raspberry Pi Connect远程连接树莓派''' ==
通过树莓派官方远程控制软件Raspberry Pi Connect，您可以从世界任何地方安全地访问您的 Raspberry Pi。

配置及使用方法如下：

=== 5.1 申请Raspberry Pi ID ===
打开在<nowiki/>https://id.raspberrypi.com/<nowiki/>，输入您要使用的邮箱以及密码：

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创建账号完成后需要进入邮箱验证：

http://www.mcuzone.com/wiki/1003_Zero_4G_Cat1-Hub/1003_Zero_4G_Cat1-Hub_13.jpg

http://www.mcuzone.com/wiki/1003_Zero_4G_Cat1-Hub/1003_Zero_4G_Cat1-Hub_14.jpg

验证完成后即可使用该id。

=== 5.2 安装远程服务 ===
打开树莓派终端，安装Raspberry Pi Connect软件：

<code>sudo apt install rpi-connect-lite</code>

安装完成后，我们在终端输入<code>loginctl enable-linger</code>确保每次重启后系统自动打开远程服务。

http://www.mcuzone.com/wiki/1003_Zero_4G_Cat1-Hub/1003_Zero_4G_Cat1-Hub_15.jpg

重启系统，在树莓派终端输入：

<code>rpi-connect signin</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/1003_Zero_4G_Cat1-Hub/1003_Zero_4G_Cat1-Hub_16.jpg

此时显示一个网址，如上图所示，我们在浏览器（可以使用别的电脑）中打开这个网址：

http://www.mcuzone.com/wiki/1003_Zero_4G_Cat1-Hub/1003_Zero_4G_Cat1-Hub_17.jpg

点击Sign in，按照提示进行绑定即可，首先需要设置设备名称：

http://www.mcuzone.com/wiki/1003_Zero_4G_Cat1-Hub/1003_Zero_4G_Cat1-Hub_18.jpg

点击Create device and sign in：

http://www.mcuzone.com/wiki/1003_Zero_4G_Cat1-Hub/1003_Zero_4G_Cat1-Hub_19.jpg

这样就完成了绑定，终端中也会有成功的显示：

http://www.mcuzone.com/wiki/1003_Zero_4G_Cat1-Hub/1003_Zero_4G_Cat1-Hub_20.jpg

=== 5.3 使用远程控制 ===
在PC上打开：https://connect.raspberrypi.com/devices<nowiki/>：

http://www.mcuzone.com/wiki/1003_Zero_4G_Cat1-Hub/1003_Zero_4G_Cat1-Hub_21.jpg

刚才添加的Zero 2W设备下面只有”Remote shell“字样，表示此设备只能通过远程命令行界面控制。

点击Connect，弹出远程命令行界面，即可输入命令：

http://www.mcuzone.com/wiki/1003_Zero_4G_Cat1-Hub/1003_Zero_4G_Cat1-Hub_22.jpg

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