1002 RPi0 4G Cat1

关键词

树莓派Raspberry Pi Zero、Zero 2W、Cat1 4G LTE、USB2.0、USB Type-C、扩展板、Nano SIM、eSIM、RPi-Connect、远程连接、免驱即插即用

一、简介

树莓派zero CAT1是一款尺寸只有65*30mm的4G LTE扩展板，基于树莓派Zero系列（包括Zero、Zero W(H)以及Zero 2W）尺寸设计，利用树莓派zero板子反面引出的USB和电源的镀金测试点，进行外设扩展。扩展板分USB版和顶针版两个版本，其中顶针版是通过顶针将扩展板和Zero的USB口连接起来，此时无法再通过树莓派Zero的microUSB外接键盘鼠标等USB设备，而我们可以通过远程界面来控制本设备。USB版（不焊接顶针）也可以用于树莓派3B,4B和5上，扩展板采用内凹设计，方便安装在树莓派3B/4B/5等板子上方的时候，不影响或尽量少影响40Pin引脚的外接。

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。CAT1扩展板在树莓派官方OS下免驱，即插即用。

二、硬件资源

1. 本扩展板顶针版通过4个顶针和树莓派Zero系列通过镀金顶针连接，扩展板位于Zero下方，通过Zero的MicroUSB供电，此时板载USB-C口和1.25mm 4P接口不能外接任何设备或电源。

2. USB版本（不焊接顶针）通过USB口和开发板通讯及供电，USB口采用Type-C口和1.25mm 4P接口两种形式引出，二选一使用；

3. 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。

4. 4G天线接口采用IPEX一代接口，可接4G FPC天线或棒状天线。

5. 引出调试串口和AT主串口，3.3V电平。

6. 两个LED指示灯，其中STAT灯亮表示CAT1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。

7. 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。

8. 尺寸：65*30*5.5mm；

9. M2.5mm固定孔和树莓派zero开发板完全吻合。PCB板通过UL和ROHS认证，防火等级94V-0。

三、系统烧写

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

点击直达烧写方法说明。

四、树莓派OS的操作

4.1 USB版本

USB版若接树莓派zero系列开发板，一般需要再搭配带USB接口的扩展板使用，所以只要在config.txt里面启用USB Host模式即可；

此处我们是基于我司树莓派zero双网口扩展板组装好树莓派zero 2W后，再接CAT1-USB版；

CAT1-USB版占用zeo双网口扩展板（下图）右侧USB-A口，此USB口不能外接任何设备，不然4G将无法使用：

启动系统后，执行ifconfig-a，可以看到eth2，即为4G CAT1；而eth0和eth1是双网口扩展板上的2个百兆网口：

4.2 顶针版

4.2.1 准备工作

供电请插Zero 2W标注PWR的USB电源口，如果插到USB口或者扩展板上的USB口，都会造成4G模块被屏蔽。

Zero 2W的自身只有一个USB口，现被4G占用，因此无键盘鼠标可用，后续操作只能通过WiFi或者4G联网进行，所以在烧写时需要对系统进行预设置，配置WiFi并使能SSH才能进一步使用（如果是树莓派zeroW或zero WH，使用方法一样）。

（如果你是使用树莓派zero，因为没有wifi功能，那只能先在其它扩展板上调试完成所有业务逻辑并设置成开机自运行，4G Cat1仅用于提供网络接入，后续无其它USB设备外接需求；否则建议使用USB版本。）

4.2.2 烧录前预设置WiFi连接及SSH服务

打开树莓派镜像烧录器，选择完设备平台、镜像和烧录位置后，点击”NEXT“：

然后点击”编辑设置“

在弹出的窗口中，GENERAL页面中，可以主机名、用户名和密码、默认连接的WiFi、区域：

在SERVICES页面中，请设置开启SSH服务：

设置完成后点击”保存“，返回上一层页面，然后点击”是“：

在警告窗口中点击”是“

这样就开始了烧写，烧写完毕后使用该TF卡启动系统，系统使用预设的用户名和密码自动登录，并自动连接至预设的WiFi（需在该WiFi热点覆盖范围内）。

如果系统卡在树莓派logo处无法启动：

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：

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：

# otg_mode=1（建议按此注释掉）

dtoverlay=dwc2,dr_mode=host（两处必须确保加上）

五、远程连接举例

5.1 通过WiFi远程控制

如果设备本身带有WiFi，我们可以在系统启动后，通过WiFi对该设备进行SSH连接控制。

系统启动后，如果WiFi连接成功，会在桌面左上角WiFi图标下面显示连接IP：

本文档使用MobaXterm软件，MobaXterm软件下载地址：

https://mobaxterm.mobatek.net/download-home-edition.html

打开MobaXterm软件，新建一个连接，选择SSH，Remote Host填入树莓派OS的IP，Specify username填入登录账号，如下图所示：

点击”OK“，然后登录，登录完成后，我们即可通过MobaXterm对设备进行命令行操作：

在连接WiFi的情况下，我们也可以Raspberry Pi Connect远程连接并控制树莓派OS，配置方法见下一节。

配置完毕后，可以使系统每次启动时都能通过WiFi上网，并开启Raspberry Pi Connect远程服务，我们就可以在PC上通过远程命令行界面控制设备。

5.2 使用Raspberry Pi Connect远程连接

如果设备需要使用4G上网，我们就要先在兼容平台（如USB版，或者Zero 4G Cat1-Hub等）上对系统设置为开机启动4G上网功能。因为4G模块是默认开机自动连接的，所以在每次开机就可以实现4G自动连接，但是为了不引起DNS服务器冲突，还需要对开机自启动进行如下设置：

安装切换DNS服务器的软件udhcpc：

sudo apt install udhcpc

开启rc-local服务：

sudo sudo systemctl enable --now rc-local

通过下面的命令打开rc.local：

sudo nano /etc/rc.local

在exit 0上面添加你要开机执行的命令，然后保存文件（eth0代表4G模块，名称以实际为准）：

sleep 5 && sudo udhcpc -i eth0 && sleep 5 && sudo udhcpc -i eth0 && sleep 5 && sudo udhcpc -i eth0

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。

再配置Raspberry Pi Connect远程连接，配置方法见下：

使用Raspberry Pi Connect远程连接树莓派

配置完毕后，可以使系统每次启动时都能通过4G上网，并开启Raspberry Pi Connect远程服务，我们就可以在PC上通过远程命令行界面控制设备。

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