0024 M4GUSB
关键词
4G LTE、CAT4、EC20、高通4G、GPS、AT命令、树莓派OS、Raspberry Pi OS、Ubuntu、OpenWrt系统、免驱、即插即用
一、简介
专为树莓派设计的4G模组扩展板，树莓派官方OS免驱，即插即用。基于树莓派的USB口设计的4G，4G全网通（支持电信，联通，移动），可选配GPS功能，有些4G支持VoLTE发短信，打电话（但是无声音）；EC20版本4G支持打电话（需安卓耳机线）和发短信功能。
二、硬件资源
1. 一路USB-C口，同时具备1.25mm 4P接口，此接口即为通讯接口也是供电口，4G可无需额外供电；
2. 三路辅助供电接口：USB-C、MicroUSB、2Pin插针辅助供电接口（若树莓派自身外设多，导致树莓派USB口给4G供电不足时，4G可以利用辅助供电接口独立供电，通过电源开关来控制）；
3. 一个电源开关，无需4G连接时可快速物理断开；
4. 一路MiniPCIe接口，用于接4G LTE模块；
5. 一路Nano SIM卡座，复用一路eSIM芯片，封装为5*6mm，预留焊盘，未焊接，需用户自行采购及焊接；eSIM芯片更稳定可靠，更适合工业设备产品；功能和Nano SIM一样，且和Nano SIM二选一使用，不可同时使用，
6. 预留一路Nano SIM卡座；
7. 一路4G复位按键，同时预留复位的插针以及顶针接口，可手动或通过GPIO复位4G模组；
8. 1代IPEX座，可用于多种天线组装方式；
9. 板载2.54mm-2P 3.3V电源接口，可用于组装侧涡轮风扇（驱动板反面），用于给树莓派散热；
10. 预留模拟音频耳机接口，用于打电话(仅为我司EC20-GPS语音简版支持，接安卓耳机线)；
11. 尺寸：85*56mm；
12. 线路板沉金工艺，无铅生产；PCB板通过UL和ROHS认证，防火等级94V-0；
13. 可选配套的铝合金外壳。
4G模块的天线接法说明，适合本文档测试的所有4G模块（GPS/GNSS为选配）：
三、测试系统版本及相关资料
3.1 测试系统版本
1. 树莓派OS：2024-07-04-raspios-bookworm-arm64.img.xz
下载地址：
https://www.raspberrypi.com/software/operating-systems/#raspberry-pi-os-64-bit
2. Ubuntu系统：ubuntu-24.04-preinstalled-desktop-arm64+raspi.img.xz
下载地址：
https://ubuntu.com/download/raspberry-pi
3. OpenWrt系统：openwrt-bcm27xx-bcm2712-rpi-5-squashfs-sysupgrade-linux-6.1.100-20240805.img.gz
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 AT命令文档下载
国产CAT4 4G：
http://www.mcuzone.com/wiki/0024_MP4GUSB/Luat4G_AT_V4.3.5.pdf
高通芯片组4G（GPS）：
http://www.mcuzone.com/wiki/0024_MP4GUSB/NL_AT_User_Manual_V1.0.0_Draft.pdf
ZTE芯片组CAT4：
http://www.mcuzone.com/wiki/0024_MP4GUSB/L716-CN-10_AT_User_Manual.pdf
四、树莓派OS的操作
4.1 4G模组的联网
4.1.1 高通4G模组（可选GPS）
系统启动后，在树莓派终端中执行ifconfig -a：
如果此时看不到4G模块（usb0），请检查连线是否正确，以及使用4.2节中提到的lsusb命令查看模块是否被系统识别。
statu灯的状态：
闪烁状态为慢闪，中间有短暂快闪，表示4G模组已经联网；否则说明SIM卡或者网络有问题，请检查SIM卡和天线。
上图我们可以看到4G模块（usb0）已经正确获得了IP地址，我们可以ping外网地址，如：
ping www.mcuzone.com
也可以通过4G模块连接外网，访问测速网站测速，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。
4.1.2 国产CAT4模组
运行树莓派官方os后，在树莓派终端中执行ifconfig -a，我们可以看到4G模块（eth1）已经正确获得了IP地址：
如果此时看不到4G模块（eth1），请检查连线是否正确，以及使用4.2节中提到的lsusb命令查看模块是否被系统识别。
Statu LED灯状态如下：
闪烁状态为1.8秒亮0.2秒灭（也可以通过亮的时间比灭的时间长来判断）表示4G模组已经联网。
闪烁状态是1.8秒灭0.2秒亮，说明SIM卡或者网络有问题，请检查SIM卡和天线。
我们可以ping外网地址，如：ping www.mcuzone.com
也可以通过4G模块连接外网，访问测速网站测速，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。
4.1.3 中兴4G CAT4模组
系统启动后，在树莓派终端中执行ifconfig -a，我们可以看到4G模块（eth1）已经正确获得了IP地址：
如果此时看不到4G模块（eth1），请检查连线是否正确，以及使用4.2节中提到的lsusb命令查看模块是否被系统识别。
我们可以ping外网地址，如：
ping www.mcuzone.com
如果报找不到服务器name，请安装udhcpc：
sudo apt install udhcpc
安装成功后请执行：
sudo udhcpc -i eth1
后再ping：
也可以通过4G模块连接外网，访问测速网站测速，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。
4.1.4 EC20模组-GPS语音简版
目前（2024年以后）我们出货的EC20模块都是已经配置好，在树莓派系统免驱，即插即用，自动识别；EC20接树莓派也可以使用拨号上网的方式，但是比较复杂和繁琐，而且每次启动系统都要设置，不建议使用。我们的免驱测试如下：
在树莓派终端中执行ifconfig -a：
可以看到系统将EC20识别成usb0设备，且已获得IP地址，我们可以ping外网地址，如：
ping www.mcuzone.com
如果报找不到服务器name，请安装udhcpc：
sudo apt install udhcpc
安装成功后请执行：
sudo udhcpc -i usb0
然后再执行ping包操作。
4G模块的测速，连接外网，访问测速网站测速，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。
4.2 操作AT命令
以高通4G模组为例，使用AT命令前，我们需要先打开串口，在树莓派终端中执行命令lsusb，如下图所示：
本模块的id为05c6 90b6，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：
sudo modprobe option
sudo sh -c 'echo 05c6 90b6 > /sys/bus/usb-serial/drivers/option1/new_id'
执行上述两条命令之后执行：
ls /dev
此时应该能看到dev设备下有ttyUSB0-2三个设备：
然后通过串口工具来使用，串口工具有2种方法，二选一使用，如下：
1）通过minicom打开AT命令串口：
sudo minicom -D /dev/ttyUSB1
2）或者执行下列命令打开CuteCom：
sudo cutecom
在CuteCom中选好串口号并打开，或者打开minicom，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 GPS测试
4.3.1 高通4G-GPS
如果你选择的是高通4G-GPS版本，则此4G附带GPS功能，需要接GPS无源天线，且确保GPS天线甩出户外。
运行minicom，打开ttyUSB1串口：
sudo minicom -D /dev/ttyUSB1
并运行：
at+gtgpspower=1
运行minicom，打开ttyUSB3串口，即可获取GPS信息：
sudo minicom -D /dev/ttyUSB3
如果觉得minicom下看原始的GPS不太直观，那么我们可以安装gpsd来提取GPS信息：
sudo apt-get install gpsd gpsd-clients
然后配置gpsd软件：
sudo gpsd /dev/ttyUSB3 -N -D 9 -F /var/run/gpsd.sock -S 3333
注：3333为监听端口，可自行定义。
不要关掉配置终端窗口，另外开一个终端窗口，运行：
cgps -s localhost:3333
从输出的界面可以看到时间，经纬度，速度，高度等信息：
4.3.2 EC20模组-GPS语音简版
使用EC20的GPS，需要接GPS有源天线，且确保GPS天线甩出户外。
运行minicom，打开ttyUSB3串口：
sudo minicom -D /dev/ttyUSB3
并运行：
AT+QGPS=1
运行minicom，打开ttyUSB1串口，即可获取GPS信息：
sudo minicom -D /dev/ttyUSB1
如果觉得minicom下看原始的GPS不太直观，那么我们可以安装gpsd来提取GPS信息：
sudo apt-get install gpsd gpsd-clients
然后配置gpsd软件：
sudo gpsd /dev/ttyUSB1 -N -D 9 -F /var/run/gpsd.sock -S 3333
注：3333为监听端口，可自行定义。
不要关掉配置终端窗口，另外开一个终端窗口，运行：
cgps -s localhost:3333
从输出的界面可以看到时间，经纬度，速度，高度等信息：
4.4 打电话和发短信操作
以EC20模组-GPS语音简版为例。
五、Ubuntu系统的操作
5.1 4G模组的联网
5.1.1 高通4G模组
系统上电启动后，在终端中执行ifconfig -a，我们可以看到4G模块（enx开头的网卡）已经正确获得了IP地址：
如果此时看不到4G模块（enx开头的网卡），请检查连线是否正确，以及使用5.2节中提到的lsusb命令查看模块是否被系统识别。
Statu灯状态：
闪烁状态为慢闪，中间有短暂快闪，表示4G模组已经联网；否则说明SIM卡或者网络有问题，请检查SIM卡和天线。
我们可以ping外网地址，如：
ping www.mcuzone.com
也可以通过4G模块连接外网，访问测速网站测速，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。
5.1.2 国产CAT4模组
系统上电启动后，在终端中执行ifconfig -a，我们可以看到4G模块（enx开头的网卡）已经正确获得了IP地址：
如果此时看不到4G模块（enx开头的网卡），请检查连线是否正确，以及使用5.2节中提到的lsusb命令查看模块是否被系统识别。
Statu灯的状态分析：
闪烁状态为1.8秒亮0.2秒灭（也可以通过亮的时间比灭的时间长来判断）表示4G模组已经联网。
闪烁状态是1.8秒灭0.2秒亮，说明SIM卡或者网络有问题，请检查SIM卡和天线。
我们可以ping外网地址，如：ping www.mcuzone.com
也可以通过4G模块连接外网，访问测速网站测速，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。
5.1.3 中兴4G CAT4模组
系统上电启动后，在树莓派终端中执行ifconfig -a：
我们可以看到系统识别4G模块（enx开头的网卡），且已经正确获得了IP地址。
Statu灯状态：
闪烁状态快闪，表示4G模组已经联网；否则说明SIM卡或者网络有问题，请检查SIM卡和天线。
我们可以ping外网地址，如：ping www.mcuzone.com
如果报找不到服务器name，请安装udhcpc：
sudo apt install udhcpc
安装成功后请执行：
sudo udhcpc -i enx344b50000000
后再ping：
.
也可以通过4G模块连接外网，访问测速网站测速，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。
5.1.4 EC20-GPS语音简版
EC20在Ubuntu系统下可以直接认到是一块enx开头的网卡（本节示例为enxf2338f529091），并且可以正确获得了IP地址上网，但是需要运行一下udhcpc才能正确获得DNS服务器。
系统启动后，在终端下运行ifconfig -a，可以看见4G模组已经获得了IP地址：
此时ping网址报错，但ping IP地址成功，说明4G模组可以正常上网，但是DNS服务器设置有问题：
在树莓派5的网卡接口插入网线，即可使用网线上网，安装切换DNS服务器软件udhcpc：
sudo apt install udhcpc
安装完毕后拔掉网线，运行：
sudo udcpc -i enxf2338f529091
成功后即可ping网址：
按此操作，4G模组即可正常上网，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模组上网而不用运行命令，需要在rc.local文件添加开机命令，可以参考这里。（以高通4G模块为例，usb0代表4G模块，名称以实际为准）：
sleep 5 && sudo udhcpc -i usb0 && sleep 5 && sudo udhcpc -i usb0 && sleep 5 && sudo udhcpc -i usb0
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。
5.2 操作AT命令
以高通4G模组为例，在使用AT命令前，我们需要先打开串口，在Ubuntu终端中执行命令lsusb，如下图所示：
本模块的id为05c6 90b6，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：
sudo modprobe option
sudo sh -c 'echo 05c6 90b6 > /sys/bus/usb-serial/drivers/option1/new_id'
执行上述两条命令之后执行：
ls /dev
此时应该能看到dev设备下有ttyUSB0-2三个设备：
然后打开串口工具，串口工具有2种方式，二选一使用，如下：
1）通过minicom打开AT命令串口：
sudo minicom -D /dev/ttyUSB1
2）打开CuteCom：
sudo cutecom
在CuteCom中选好串口号并打开，或者打开minicom
（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：
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。
六、OpenWrt系统的操作
本节以国产CAT4模组为例，讲述在4G模组在OpenWrt系统下的操作。
6.1 登录系统
将树莓派5的网口与PC的网口相连。上电后，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：
在”系统 - TTYD终端“中登录，执行ifconfig -a：
我们可以看到系统识别4G模块（eth1），但是还没有获得了IP地址。接下来我们来添加4G接口。
6.2 添加4G网络
在“网络 - 接口”中，点击“添加新接口”：
接口名称设置为WAN，接口协议选择DHCP客户端，接口选择eth1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：
此时我们在“网络 - 接口”中，可以看到eth1已经作为WAN口获取了地址：
回到”系统 - TTYD终端“，登录后执行ifconfig -a：
此时我们可以看到4G模块eth1已经正确获得了IP地址，我们可以ping外网地址，如：
ping www.mcuzone.com
PC此时可以通过4G模块连接外网，访问测速网站测速，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。
6.3 使用AT命令
如果你想在系统里使用4G的一些AT命令操作，需要系统里已经装好串口工具，如果系统里没有串口工具，将无法使用，这里演示的系统已经安装好minicom串口工具，具体操作如下：
在”系统 - TTYD终端“中登录，执行lsusb，如下图所示：
本模块的id为1286 4e3d，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：
modprobe option
sh -c 'echo 1286 4e3d > /sys/bus/usb-serial/drivers/option1/new_id'
执行上述两条命令之后执行：
ls /dev
此时应该能看到dev设备下有ttyUSB0-2三个设备：
通过minicom打开AT命令串口：
minicom -D /dev/ttyUSB1
键入AT命令，回车可以看到结果：
6.4 其它4G模块
高通4G模组的操作与上述操作过程一致，只是接口名称为usb0。
中兴4G CAT4模组与上述操作过程一致，接口名称也为eth1。
七、4G应用1（远程连接树莓派）
树莓派搭配4G，再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：
1. 在https://id.raspberrypi.com/上，申请一个Raspberry Pi ID。
2. 在树莓派OS中，安装Raspberry Pi Connect软件（如果显示已安装则不需要安装）：
sudo apt install rpi-connect
3. 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：
4. 在右上角会有一个Raspberry Pi Connect图标：
5. 点击这个图标，选择Sign in，在跳出的网页中使用之前申请的Raspberry Pi ID登录，然后设置该设备名称：
6. 登录成功后，在Windows的浏览器中访问：https://connect.raspberrypi.com/，并登录：
7. 点击Connect via，可以选择使用远程桌面还是远程命令行界面：
8. 远程桌面如下：
远程命令行界面如下：
9. 实测流量使用情况：在远程桌面下，树莓派端大约1分钟耗费2M左右流量；在远程命令行界面下，树莓派端大约1分钟耗费100K左右流量。
八、4G应用2（建立WiFi热点分享4G）
8.1 树莓派OS
在树莓派OS下，我们可以通过树莓派自带的WiFi（如树莓派5）建立热点，然后将树莓派的网络通过热点分享出去，本章介绍树莓派OS连接CAT4 4G上网，建立WiFi热点，使其它设备能通过这个热点，使用4G流量上网。操作如下：
8.1.1 建立WiFi热点
树莓派OS启动后，4G联网成功，点击右上角的网络图标，打开无线网络选项：
在”Advanced Options“下，点击”Create Wireless Hotspot...“：
在弹出的窗口中，填写热点的网络名称（即SSID），下面的无线加密选项请按需开启，设置完毕后，点击”Create“：
如果创建成功，在右上角的网络图标下立即会显示该热点的内网IP：
在树莓派终端中执行ifconfig -a，可以看到热点（wlan0）的信息：
我们也可以通过点击右上角的网络图标，在”Advanced Options“下，点击”Connection Information...“，查看热点信息：
8.1.2 应用操作
使用手机连接这个热点，在测速网站上测速，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。
PC连接这个热点，然后使用SSH工具，可以成功连接树莓派OS，这样的话就可以无需网线和其它网络，通过4G网络无线控制开发板，给在外调试带来了很大的方便：
8.2 Ubuntu OS
在Ubuntu系统下，我们可以通过树莓派自带的WiFi（如树莓派5）建立热点，然后将树莓派连接4G的上网流量通过热点分享出去，操作如下：
8.2.1 建立WiFi热点
Ubuntu系统启动后，4G联网成功，点击右上角的网络图标，点击”Wi-Fi“右侧的箭头，打开无线网络选项：
点击”All Networks“，打开Wi-Fi配置：
点击”Turn On Wi-Fi Hotspot...“，在弹出的窗口中输入热点的网络名称（即SSID）及密码（至少需要八位密码），然后点击”Turn On“：
这样就完成了热点的建立：
在终端中执行ifconfig -a，可以看到热点（wlan0）的信息：
8.2.2 应用操作
使用手机连接这个热点，在测速网站上测速，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。
九、注意事项
1. 自从2024年后，新版本的树莓派OS在有多个上网设备存在时，开机启动时有可能会把默认的上网设备指定到某一个设备上，这就是我们在上文提到的需要用udhcpc来指定新的默认上网设备的原因，这给某些需要开机即能上网的应用带来很大的不便，所以我们可以在rc.local文件里面，把udhcpc命令写进去，起到开机自动指定默认网络设备的效果。
2. 关于如何在rc.local文件添加开机命令，可以参考这里。在此我们所需添加的命令为（以高通4G模块为例，usb0代表4G模块，名称以实际为准）：
sleep 5 && sudo udhcpc -i usb0 && sleep 5 && sudo udhcpc -i usb0 && sleep 5 && sudo udhcpc -i usb0
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。
3. 综上所述，我们可以将系统设置为开机即能4G上网，然后配置好Raspberry Pi Connect（Raspberry Pi Connect默认开机自启），从而达到设备开机后等待片刻就能在PC端远程控制该设备。
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