1003 RPi0 4G Cat1-Hub
关键词
树莓派、 Raspberry Pi Zero、Zero 2W、Cat1 4G LTE、USB2.0、USB Type-C、扩展板、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，通过USB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。
二、硬件资源
1. 本扩展板可通过USB-C或者1.25mm 4P USB接口进行供电和通讯，需搭配其它扩展板使用，也可以通过USB连接至其它嵌入式平台或PC。
2. 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。
3. IPEX一代接口，可外接FPC或棒状天线。
4. 引出调试串口和AT主串口，3.3V电平。
5. 两个LED指示灯，其中STAT表示模块正常运行，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。
6. 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。
7. 扩展板采用内凹设计，方便安装在Zero系列上方的时候不影响或尽量少影响40Pin引脚的外接。
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、树莓派系统下使用演示
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板相应的触电。
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：
01.jpg
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 查看网络设备
打开树莓派OS的终端，输入命令ifconfig -a，如下图所示：
02.jpg
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 测试网络设备
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：
03.jpg
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
04.jpg
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：
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：
sudo udhcpc -i eth0
sleep 5
sudo udhcpc -i eth0
sleep 5
sudo udhcpc -i eth0
05.jpg
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。