1006 RPi0 4G MiniPCIe（MiniPCIe扩展4G模组）

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关键词

树莓派、 Raspberry Pi Zero、Zero W、Zero WH、Zero2 W、MiniPCIe Cat4 4G LTE、USB2.0-A、以太网、扩展板、SSH

一、简介

此扩展板基于树莓派Zero系列板子扩展的MiniPCIe 4G，利用树莓派Zero板子反面的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全系列所有板子，包括Zero、Zero W、Zero WH和Zero 2W，也支持香橙派Zero 2W。

4G LTE模组是针对中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，可通过此接口给整个系统供电（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（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将不可使用。

注意2：部分系统下需要禁用OTG功能并将USB模式设置为Host模式。

三、树莓派系统的操作

我们测试的板子为树莓派zero2W，使用的树莓派OS的版本为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

打开树莓派OS的终端，输入命令lsusb，如下图所示：

Device 002：外挂USB Hub；

Device 003：USB转百兆网卡；

Device 004：USB2.0-A接口；

Device 005：4G模组；

Device 006：USB2.0-A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）

3.1.2 查看网络设备

树莓派OS的终端，输入命令ifconfig -a，（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：

高通4G：

ZTE CAT4：

EC20：

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：

1. 网卡优先级的设置

2. 利用udhcpc指定DNS服务器

3. udhcpc应用场景举例

现在系统已连接WiFi和4G，可以用-I参数指定从哪个网卡开始ping包，如下所示：

ping www.mcuzone.com -I wlan0

ping www.mcuzone.com -I usb0

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

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：

sudo ifconfig usb0 down

以及通过执行下面的命令来开启usb0：

sudo ifconfig usb0 up

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：

sudo apt-get install iperf3

百兆以太网测速结果：

client模式92.3Mbps左右：

server模式94.8Mbps左右：

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：

sudo apt install surf

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

surf https://test.ustc.edu.cn

结果如下：

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lsusb，如下图所示：

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：

sudo modprobe option

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

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

然后用串口工具打开特定串口：

安装minicom工具：

sudo apt-get install minicom

通过minicom打开AT命令串口：

sudo minicom -D /dev/ttyUSB0

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：ate1：

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lsusb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：

at+cpin?

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：

at+csq

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：

at+cops?

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at+csq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：

at+cgsn

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）：

at+reset

6) 关闭射频：

at+cfun=0

开启射频：

at+cfun=1

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。

3.3.3 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：AT+GTIPPASS=1

设置IP为内网：AT+GTIPPASS=0

查询当前IP为公网还是内网：AT+GTIPPASS?

2) CAT4 4G：

执行AT命令：

AT+ROUTEIP=<newip>

注意，只支持192.168.x.1这样格式的地址，如果设置了AT+ROUTEIP=192.168.3.1，最终获得的IP为192.168.3.100，修改完后需重启。

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

测试命令：AT+ROUTEIP=?

四、OpenWrt系统的操作

我们搭配树莓派Zero 2W，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

4.1 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：

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root，默认密码为password：

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lsusb，查看是否能认到4G模块，下图红框处表示已经认到CAT4 4G：

执行ip addr，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：

4.2 设置4G模组

点击“网络 - 接口”，然后点击“添加新接口...”:

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”选择上一节确定的代表4G模组的网络名称（下面两张图各为eth1和usb0），然后点击“提交”按钮：

在防火墙设置中选择WAN口后点击“保存&应用”按钮：

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）：

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

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