1003 RPi0 4G Cat1-Hub：修订间差异
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=== 4.1 查看硬件设备 === | === 4.1 查看硬件设备 === | ||
2024年10月18日 (五) 08:24的版本
关键词
树莓派 Zero、Zero 2W、Cat1 4G LTE、USB2.0、USB Type-C、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，利用USB的HOST功能通过USB HUB芯片扩展四路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。CAT1在树莓派官方os，ubuntu系统下免驱，自动识别，使用便捷。
二、硬件资源
1. 本扩展板是通过4个顶针连接到树莓派zero的USB口和电源口触点进行供电和通讯。
2. 引出一路USB-C电源口，和树莓派zero自身的电源口功能一样，两者二选一使用，不可同时使用。
3. 板载一路4G CAT1模块，可选带GPS功能的4G模组，其他国家用户也可选匹配频段的其他CAT1模组。
4. 采用Nano SIM卡座（在反面），并预留eSIM芯片位置(SIM卡和eSIM芯片二选一使用)，SIM插入朝向请参考板上丝印。
5. 采用IPEX一代接口，可外接4G FPC或棒状天线，如果选择GPS版本，需配GPS无源天线，且天线需甩到窗外才能定位。
6. 板载三路USB2.0 Type-C主机接口，每个USB口的供电能力为1A（注意，树莓派zero自身的OTG功能将无法再使用，而且zero自身的micro USB口也不能再接任何USB设备，否则此扩展板将无法使用）。
7. 预留调试串口和AT主串口，3.3V电平。
8. 三个LED指示灯，其中一个是扩展板电源灯，一个是4G模块的电源灯；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。
9. 板载BOOT和复位的按键位置。
10. 尺寸：66*30mm，4个M2.5的固定孔，高度为5mm，板子尺寸和树莓派zero系列板子尺寸完全兼容。
11. 可选3D打印底座，用于保护线路板。
12. 线路板采用沉金工艺，无铅生产，PCB通过UL和ROHS认证，防火等级94V-0。
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
四、树莓派系统的使用
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板相应的触点，请注意，zero自身的miro USB口不能接任何设备。
4.1.2 查看USB设备
打开树莓派OS的终端，输入命令lsusb，如下图所示：
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：
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：
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）
4.1.3 查看4G设备
打开树莓派OS的终端，输入命令ifconfig -a，如下图所示：
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4G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：
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：
sudo apt install udhcpc
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：
sudo udhcpc -i eth0
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：
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，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（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。
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：
此时应该能看到dev设备下有ttyACM0-2三个设备：
4.3.2 执行AT命令
下载minicom工具：
sudo apt-get install minicom
通过minicom打开AT命令串口：
sudo minicom -D /dev/ttyACM0
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：ate1，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。
4.3.3 GPS测试
使用GPS时，需要接GPS无源天线，且确保GPS天线甩出户外。
运行minicom，打开ttyACM0串口：
sudo minicom -D /dev/ttyACM0
并运行：
AT+CGNSPWR=1 //打开GPS
AT+CGNSAID=31,1,1,1 //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)
AT+CGNSURC=1 //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：
稍等片刻即可定位：
五、使用Raspberry Pi Connect远程连接树莓派
RPi-Connect提供了从任何地方安全接入到树莓派的服务。基于此服务，搭配Zero_Cat1_4G Cat1-Hu版即可实现在户外没有无线网络的情况下，依旧可以远程访问树莓派操作。注意：要使用此服务必须运行Bookworm及以上系统。同时，只有树莓派5，4或400可以使用屏幕分享。Zero2W只能使用Remote shell。接下来演示如何配置远程连接服务。
5.1 申请Raspberry Pi ID
如果已有Raspberry Pi ID请直接登录，如果没有请按下列步骤申请。
打开在https://id.raspberrypi.com/，输入您要使用的邮箱以及密码：
创建账号完成后需要进入邮箱验证：
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，如果安装时显示已安装则不需另外安装：
sudo apt install rpi-connect
安装完成后，我们在终端输入loginctl enable-linger确保每次重启后系统自动打开远程服务。
重启系统，在图形界面中，依次选择如下图项目后，确保Raspberry Pi Connect已打开：
然后在树莓派终端输入：
rpi-connect signin
此时显示一个网址，如上图所示，我们在浏览器（建议使用别的电脑，Zero系列因为硬件资源关系，打开浏览器时非常缓慢）中打开这个网址：
点击Sign in，按照提示进行绑定即可，首先需要设置设备名称：
点击Create device and sign in：
这样就完成了绑定，终端中也会有成功的显示：
5.3 使用远程控制
在PC上打开：https://connect.raspberrypi.com/devices：
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：
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