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[[1006 RPi0 4G MiniPCIe(Expand 4G Module via MiniPCIe)|Change the language to English]]

== '''关键词''' ==
树莓派、 Raspberry Pi Zero、Zero W、Zero WH、Zero2 W、MiniPCIe 4G LTE CAT4、USB2.0-A、以太网、扩展板、SSH

== '''一、简介''' ==
此扩展板基于树莓派Zero系列扩展的MiniPCIe 4G，利用树莓派Zero反面的USB和电源的镀金测试点，进行外设扩展。本扩展板实际就是一个USB HUB集线器，利用顶针将扩展板和Zero的USB口连接起来，免去外接USB线缆，节约空间且美观； 通过USB扩展四路USB口，其中一路USB转百兆有线以太网，一路USB连接MiniPCIe 4G Cat4模组以及两路USB2.0-A主机接口。

扩展板支持树莓派Zero全系列所有开发板，包括Zero、Zero W、Zero WH和Zero 2W，也支持香橙派Zero 2W。

4G LTE CAT4模组是针对高速物联网应用的高性价比模组，可以满足绝大多数联网和传输需求；我们配套的多款4G LTE模组均为4G全网通，在树莓派官方OS、Ubuntu系统以及OpenWrt系统都是免驱，自动识别，无需额外安装驱动。4G LTE模组在香橙派官方Ubuntu系统下也是免驱，自动识别，即插即用。

== '''二、硬件资源''' ==
1. 两组镀金顶针分别用于扩展板的供电和USB通讯；

2. 一路USB-C供电接口（此时树莓派Zero自身的MicroUSB无需再供电）；也可以用Zero上的MicroUSB口供电；二选一使用；

3. 一路USB2.0 MiniPCIe接口，用于连接4G LTE模组；

4. 一路Nano SIM卡座；

5. 一路百兆以太网；

6. 两路USB2.0-A口，每路可确保2A电流输出；

7. 三个LED指示灯：PWR/MODE/ACT LED；

8. 一个4G复位按键；

9. 尺寸：85*70mm；

10. PCB板沉金工艺，无铅生产，板材通过UL和ROHS认证，防火等级94V-0；

11.  可选配铝合金外壳。

注意1：连接了此扩展板后，Zero上的MicroUSB将不可接任何USB设备，且无法再使用OTG功能。

注意2：有些系统需要禁用OTG功能并将USB模式设置为Host模式。

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== '''三、树莓派OS的操作''' ==
硬件平台：树莓派Zero 2W+扩展板；

软件平台：树莓派OS版本为2024-07-04-raspios-bookworm-arm64.img.xz，树莓派OS下载地址：

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

（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。)

=== 3.1 查看硬件设备 ===

==== 3.1.1 查看USB设备 ====
扩展板上的2个USB口分别接一个U盘和无线键鼠，miniPCIe接高通4G模组，打开树莓派OS的终端，输入命令lsusb，如下图所示：

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Device 002：USB Hub；

Device 003：百兆以太网；

Device 004：USB2.0-A接口，接无线键鼠；

Device 005：高通 4G模组；

Device 006：USB2.0-A接口，接U盘；

若USB口未接任何设备，则执行lsusb后，不会出现006和004。

==== 3.1.2 查看网络设备 ====
打开树莓派OS的终端，输入命令<code>ifconfig -a</code>，（我们内网ip是192.168.8.x，用来判断下面对应扩展板百兆网卡设备），如下图所示：

'''CAT4 4G：'''

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'''高通4G：'''

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'''ZTE CAT4：'''

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'''EC20：'''

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=== 3.2 测试网络设备 ===
本节使用高通4G模块作为测试模块。

==== 3.2.1 ping包测试 ====
测试的时候有优先级，如有内外网特殊优先级需要请调整各网络的metric值以及DNS服务器设置。

有关网卡优先级的相关设置，请参阅以下链接：

[[1001 RPi0 4G Cat1-ETH（百兆网络 4G Cat1 USB2.0-A 485版本可选）#4.2.2 网卡优先级的设置|1. 网卡优先级的设置]]

[[1001 RPi0 4G Cat1-ETH（百兆网络 4G Cat1 USB2.0-A 485版本可选）#4.2.3 利用udhcpc指定DNS服务器|2. 利用udhcpc指定DNS服务器]]

[[1001 RPi0 4G Cat1-ETH（百兆网络 4G Cat1 USB2.0-A 485版本可选）#4.2.4 udhcpc应用场景举例|3. udhcpc应用场景举例]]

现在系统已连接有线百兆网卡和4G，可以用-I参数指定从哪个网卡开始ping包，如下所示：（不同的4G型号，对应的设备名称不一样，请以用户自己的ifconfig-a的结果为准）

<code>ping www.mcuzone.com -I eth0</code>

<code>ping www.mcuzone.com -I usb0</code>

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优先级可以通过可以执行<code>route</code>命令来查看，哪个网卡的metric值小就从优先从哪个网卡通讯。

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我们也可以通过关闭某个网卡，达到强制指定通过另一个网络进行通讯，如需关闭usb0，可执行下面的命令：

<code>sudo ifconfig usb0 down</code>

以及通过执行下面的命令来开启usb0：

<code>sudo ifconfig usb0 up</code>

==== 3.2.2 iperf3测速 ====
Windows版iperf3下载：

http://www.mcuzone.com/down/Software.asp?ID=10000634

Linux下iperf3安装：

<code>sudo apt-get install iperf3</code>

百兆以太网测速结果：

client模式92.3Mbps左右：

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server模式94.8Mbps左右：

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'''''注意：USB转百兆有线受Zero 2W性能和USB Hub以及4G Cat4模组带宽占用影响并不能跑满，请知悉。'''''

==== 3.2.3 4G网速测试 ====
因为Zero 2W性能限制，在其上运行Chromium等浏览器进行网页测速时，系统运行会非常慢，因此我们使用轻量浏览器surf进行测速。

安装轻量浏览器surf：

<code>sudo apt install surf</code>

然后关闭WiFi，拔掉网线，只剩下4G网络连接，进入<nowiki/>https://test.ustc.edu.cn/<nowiki/>进行测速。在树莓派终端中运行：

<code>surf <nowiki>https://test.ustc.edu.cn</nowiki></code>

结果如下：

http://www.mcuzone.com/wiki/1006_RPi0_4G_MiniPCIe/1006_RPi0_4G_MiniPCIe_47.jpg

'''''注意：网络测速受网络环境和测试方法影响，速度请以实际为准，本测试仅供参考。'''''

=== 3.3 4G的AT命令使用 ===

==== 3.3.1 打开AT命令串口方法 ====
（这里使用高通4G演示）在树莓派系统下对4G进行AT命令操作，需要打开AT命令串口，打开方法如下：

首先打开ttyUSB串口：

输入命令<code>lsusb</code>，如下图所示：

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记下4G模块的ID值：05c6 90b6

使用下列命令打开ttyUSB串口，其中echo后面的值就是上面记录的ID值：

<code>sudo modprobe option</code>

<code>sudo sh -c 'echo 05c6 90b6 > /sys/bus/usb-serial/drivers/option1/new_id'</code>

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执行以上两条命令后系统应该会多出ttyUSB0-2三个设备，输入<code>ls /dev</code>可以查看：

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然后用串口工具打开特定串口：

安装minicom工具：

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

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通过minicom打开AT命令串口：

<code>sudo minicom -D /dev/ttyUSB0</code>

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然后直接键入AT命令，回车可以看到结果，如果需要查看回显，请键入命令：<code>ate1</code>：

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'''''注意：操作流程都一样，只是不同的4G型号，相应的USB ID会不一样，所以以<code>lsusb</code>查看实际的USB ID为准。'''''

==== 3.3.2 常用AT命令 ====
1) 检查SIM卡是否识别到：

<code>at+cpin?</code>

返回ready表示卡已识别，返回error要检查硬件；

2) 检查天线信号质量：

<code>at+csq</code>

返回值在26-31表示信号OK，信号满格31；返回值在20-25表示信号勉勉强强；返回值在20以下表示信号比较糟糕或者天线没接

3) 检查注网情况：

<code>at+cops?</code>

正常应该返回运营商代码和7，7代表4G

注意，以上命令只有<code>at+csq</code>不要加问号，另外两条命令需要加问号。

4) 查看4G模块的IMEI码：

<code>at+cgsn</code>

5) 重启4G模块（有时候如果重插SIM卡，热插拔不一定管用，可以用这个reset命令来复位模块）：

<code>at+reset</code>

6) 关闭射频：

<code>at+cfun=0</code>

开启射频：

<code>at+cfun=1</code>

上述两条命令成对使用，可以在不重启4G模组的情况下让模组重新注网。

=== 3.4 修改4G模组的IP地址 ===
如果4G的IP地址和你的内网地址冲突，可以修改4G的IP地址。

'''1) 高通4G、ZTE CAT4：'''

将4G模块的IP改为直接获取公网IP即可，请执行AT命令：

设置IP为公网：<code>AT+GTIPPASS=1</code>

设置IP为内网：<code>AT+GTIPPASS=0</code>

查询当前IP为公网还是内网：<code>AT+GTIPPASS?</code>

'''2) CAT4 4G：'''

执行AT命令：

<code>AT+ROUTEIP=<newip></code>

注意，只支持192.168.x.1这样格式的地址，如果设置了<code>AT+ROUTEIP=192.168.3.1</code>，最终获得的IP为192.168.3.100，修改完后需断电重启系统。

查询当前IP：<code>AT+ROUTEIP?</code>，返回两个值，前一个为旧IP，后一个为新IP。

测试命令：<code>AT+ROUTEIP=?</code>

'''3）EC20的IP地址不清楚如何修改，如有需要，需要用户自行研究。'''

=== 3.5 GPS的测试 ===

==== 3.5.1 高通4G-GPS ====

若您是高通4G-GPS模块，如需使用GPS功能，请先接GPS无源天线，且将天线甩到窗户外面；GPS的使用是通过AT命令操作的，操作步骤请看第3.3章节，运行minicom，打开ttyUSB0串口：

<code>sudo minicom -D /dev/ttyUSB0</code>

并运行：

<code>at+gtgpsepo=1</code> //开启AGPS

<code>at+gtgpspower=1</code> //打开GPS

稍等片刻待定位成功，运行：

<code>at+gtgps?</code> //查看NMEA信息

就可以看到GPS信息输出：

http://www.mcuzone.com/wiki/0012_MPUUART_MP4232/0012_MPUUART_MP4232_70.jpg

==== 3.5.2 EC20-GPS ====

若您是EC20-GPS模块，要使用GPS功能，请先接GPS有源天线，且将天线甩到窗户外面，GPS使用AT命令操作，操作步骤一样，输入命令<code>lsusb</code>，如下图所示：

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记下4G模块的ID值：2c7c 0125

使用下列命令打开ttyUSB串口，其中echo后面的值就是上面记录的ID值：

<code>sudo modprobe option</code>

<code>sudo sh -c 'echo 2c7c 0125 > /sys/bus/usb-serial/drivers/option1/new_id'</code>

执行以上两条命令后系统应该会多出ttyUSB0-3三个设备，输入<code>ls /dev/ttyUSB*</code>可以查看：

http://www.mcuzone.com/wiki/5002_CM5_Basic/5002_CM5_Basic_63.jpg

运行minicom，打开ttyUSB3串口：

<code>sudo minicom -D /dev/ttyUSB3</code>

并运行：

<code>AT+QGPS=1</code> //打开GPS

运行成功后打开ttyUSB1：

<code>sudo minicom -D /dev/ttyUSB1</code>

就可以看到该串口有GPS信息输出，稍等片刻即可定位：

http://www.mcuzone.com/wiki/5002_CM5_Basic/5002_CM5_Basic_64.jpg

=== 3.6 EC20的打电话和发短信操作 ===

==== 3.6.1 打电话操作 ====

==== 3.6.2 收发短信操作 ====
这里我们演示的收发短信操作，仅限英文字符。

== '''四、FAQ''' ==

=== 4.1 系统启动一半卡住了，怎么办？ ===
问1：如果系统卡在树莓派logo处无法启动（如图）：

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

答1: 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

=== 4.2 鼠标键盘无法使用，怎么办？ ===
问2:  启动后键盘鼠标及4G模组都无法使用，怎么办？

答2：硬件上，1）请仔细观察顶针是否对准了镀金触点，螺钉是否拧紧；2）请查看树莓派zero开发板自身的micro口有没有外接其他设备，连USB线也不能接；

如果硬件上没有问题，那要从软件上解决，请参考答1的操作步骤。

=== 4.3 接了扩展板后，USB gadget还能用么？ ===
问3: 我之前用树莓派zero的micro USB作为 USB gadget；现在接了扩展板后，能用扩展板上的USB口实现USB gadget功能么？

答3: 不能。原本树莓派zero的micro USB作为USB gadget，是将树莓派zero的micro USB的OTG作为device功能使用；但是我们的扩展板是将树莓派zero的micro USB OTG作为HOST使用，OTG是2个功能接口二选一使用；故，若您想用USB gadget，那只能放弃我们的扩展板，直接用树莓派zero即可。

=== 4.4 供电怎么供？ ===
问4:  扩展板上的电源USB-C口供电后，树莓派zero的micro 电源口还需要再供电么？

答4:  供电二选一使用，您可以只用扩展板上的USB-C供电，也可以只用树莓派zero自身的micro 电源口供电。

=== 4.5 可以看到4G的IP地址，但是不能联网，怎么办？ ===
问5: ifconfig -a执行后，4G设备识别了，也看到IP地址，能ping IP，但是不能ping域名（如下图），怎么办呢？

http://www.mcuzone.com/wiki/0024_MP4GUSB/0024_MP4GUSB_77.jpg

答5：若ping IP地址成功，说明4G模组可以正常上网；ping域名失败，这说明系统对4G的DNS解析有问题，需做如下操作：将扩展板的网口接上级路由器，让树莓派zero能上网，需要安装udhcpc（此处以ZET CAT4 4G为例）：

<code>sudo apt install udhcpc</code>

安装成功后请执行（-i 后面的设备号请从执行 ifconfig -a里查看4G）：

<code>sudo udhcpc -i enx344b50000000</code>

后再ping：

http://www.mcuzone.com/wiki/0024_MP4GUSB/0024_MP4GUSB_23.jpg

=== 4.6 每次启动后都要udhcpc，怎么办？ ===
问6：对于4G要解析DNS服务器的，安装udcpc后可正常联网，但是每次系统重启都需要运行一次udcpc；如果想开机即可自动通过4G网络上网，怎么办？

答6：需要在rc.local文件添加开机命令，可以参考如下步骤（高通4G为例，usb0是4G的设备名称，从执行<code>ifconfig -a</code>，可以看到，用户以实物为准）：

开启rc-local服务：

<code>sudo 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，即：

<code>sleep 5 && sudo udhcpc -i usb0 && sleep 5 && sudo udhcpc -i usb0 && sleep 5 && sudo udhcpc -i usb0</code>

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。

然后保存文件，这样就可以开机即可实现自动通过4G模组上网。

== '''五、OpenWrt系统的操作''' ==
我们搭配树莓派Zero 2W，使用CAT4 4G做演示；在OpenWrt系统下可配置为一进一出的交换机模式，扩展板上的4G可作为WAN口（直接4G上网），网口配置为LAN口，用于连接PC。

使用的OpenWrt系统为：openwrt-bcm27xx-bcm2709-rpi-2-squashfs-sysupgrade-linux-6.1.98-20240723.img.gz

=== 5.1 配置系统 ===
用网线将扩展板的网口连接至PC网口，插上TF系统卡和手机SIM卡，上电启动系统；待网口连接成功后，我们在Windows设置中找到网络和Internet，在以太网中打开连接的网络查看默认网关的IP地址，这个地址就是OpenWrt系统的后台配置页面地址，如图所示，本文测试的地址为192.168.198.1：

http://www.mcuzone.com/wiki/1006_RPi0_4G_MiniPCIe/1006_RPi0_4G_MiniPCIe_31.jpg

然后打开网页浏览器输入192.168.198.1进入OpenWrt系统。默认用户名为<code>root</code>，默认密码为<code>password：</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/1006_RPi0_4G_MiniPCIe/1006_RPi0_4G_MiniPCIe_32.jpg

登录OpenWrt系统后，点击“系统 - TTYD终端”，使用刚才登录OpenWrt系统的用户名和密码登录TTYD终端，然后运行<code>lsusb</code>，查看是否能认到4G模块，下图红框处表示已经认到CAT4 4G：

http://www.mcuzone.com/wiki/1006_RPi0_4G_MiniPCIe/1006_RPi0_4G_MiniPCIe_33.jpg

执行<code>ip addr</code>，查看所有的网络设备，下图中的第6项eth1即代表4G模组的网络名称，按4G型号不同，这个网络名称也可能是usb0等，请以实际为准：

http://www.mcuzone.com/wiki/1006_RPi0_4G_MiniPCIe/1006_RPi0_4G_MiniPCIe_49.jpg

=== 5.2 设置4G为WAN口 ===
点击“网络 - 接口”，然后点击“添加新接口...”:

http://www.mcuzone.com/wiki/1006_RPi0_4G_MiniPCIe/1006_RPi0_4G_MiniPCIe_34.jpg

按照下图进行设置，“新接口名称”为WAN，“新接口的协议”选择DHCP客户端，“包括以下接口”选择“eth1”，然后点击“提交”按钮：

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如果4G模块显示的设备名称是USB0，那选择如下：

http://www.mcuzone.com/wiki/1006_RPi0_4G_MiniPCIe/1006_RPi0_4G_MiniPCIe_39.jpg

在防火墙设置中选择WAN口后点击“保存&应用”按钮：

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回到“网络 - 接口”，稍等片刻，就可以看见新建的WAN接口获取了IP地址，这样PC就可以通过4G LTE模组上网了（下面两张图各为eth1和usb0）：

http://www.mcuzone.com/wiki/1006_RPi0_4G_MiniPCIe/1006_RPi0_4G_MiniPCIe_37.jpg

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在PC端打开<nowiki/>https://www.speedtest.cn/<nowiki/>进行测速，此时流量走的是4G模块，测试结果如下（CAT4 4G）：

http://www.mcuzone.com/wiki/1006_RPi0_4G_MiniPCIe/1006_RPi0_4G_MiniPCIe_23.jpg

== '''六、扩展板选型表''' ==
http://www.mcuzone.com/wiki/1006_RPi0_4G_MiniPCIe/1006_RPi0_4G_MiniPCIe_64.jpg

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