1001 RPi0 4G Cat1-ETH（百兆网络 4G Cat1 USB2.0-A 485版本可选）

关键词

树莓派、 Raspberry Pi Zero、Cat1 4G LTE、USB2.0-A、以太网、扩展板、USB HUB 集线器

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转百兆有线以太网,一路USB接4G Cat1模组以及两路USB2.0-A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

三、系统烧写

3.1 本文档使用的镜像为2024-07-04-raspios-bookworm-arm64.img.xz（树莓派OS，Raspberry Pi OS with desktop）。

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、树莓派系统下使用演示

4.1 查看硬件设备

4.1.1 查看USB设备

打开树莓派OS的终端，输入命令lsusb，如下图所示：

可以看到系统识别到了USB HUB和4G模组，以及其它诸如键盘和U盘等USB外设。

如果系统没有识别到USB HUB和4G模组请仔细观察顶针是否对准了镀金触点，并执行下面的命令打开config.txt：

sudo nano /boot/firmware/config.txt

或者：

sudo mousepad /boot/firmware/config.txt

检查里面关于USB的配置，确保已经配置为host模式，即有如下配置信息：

dtoverlay=dwc2,dr_mode=host

如果没有，请加上并保存文件。

4.1.2 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：

可以看到eth0为USB转以太网，eth1为4G Cat1（上图中IP地址默认为192.168.5.8）。

4.2 测试网络设备

4.2.1 ping包测试

测试的时候有优先级，如果eth0已连接则优先走eth0。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。

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 eth0

ping www.mcuzone.com -I eth1

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eth0，可执行下面的命令：

sudo ifconfig eth0 down

以及通过执行下面的命令来开启eth0：

sudo ifconfig eth0 up

4.2.2 设置网卡优先级

要设置网卡的优先级,需要修改网卡的metric值，我们首先需要安装ifmetric软件：

sudo apt install ifmetric

安装完毕后就可以修改网卡的metric值，如需要将eth0的metric值修改为102，可执行：

sudo ifmetric eth0 102

修改完毕后再用route命令查看，我们可以看到eth0的metric值已修改为102：

但是这样修改仅仅是临时修改，如果系统重启的话还是会恢复到原样，如果我们需要永久修改eth0的metric值为102，则需通过编辑启动文件rc.local来达到目的。

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sudo ifmetric eth0 102，然后保存文件，这样就可以实现每次启动系统修改eth0的metric：

修改完metric值后，有可能系统的nameserver（即DNS服务器）还是原来优先级高的网卡的，因为此时默认网卡已改变，就会造成域名无法解析，所以我们还需要修改nameserver。

通过下面的命令打开resolv.conf文件：

sudo nano /etc/resolv.conf

查看此时的nameserver是否正确，如果不正确，请将其改为目前优先级高的网卡的nameserver或者一些通用的nameserver地址（如114.114.114.114等）。

4.2.3 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70Mbps左右，server模式90Mbps左右：

注意：USB转百兆有线受Zero 2W性能和USB Hub以及4G Cat1带宽占用影响并不能跑满，请知悉。

4G网络测速受网络信号和测试方法影响，速度请以实际为准。

五、树莓派系统下4G Cat1模组的AT命令演示

在树莓派下要对4G进行AT命令操作,首先要打开AT命令串口,打开方法如下:

5.1 打开AT命令串口方法

5.1.1 打开ttyUSB串口

输入命令lsusb，如下图所示：

记下4G模块的ID值：1782 4e00

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 1782 4e00 > /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。

5.1.2 用串口工具打开

下载minicom工具：

sudo apt-get install minicom

通过minicom打开AT命令串口：

sudo minicom -D /dev/ttyUSB0

或

sudo minicom -D /dev/ttyUSB1

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。

5.2 常用AT命令

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

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

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。

六、OpenWrt系统操作演示

6.1 概述

此扩展板搭配树莓派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。

6.2 准备工作

本文使用的OpenWrt系统为：openwrt-bcm27xx-bcm2709-rpi-2-squashfs-sysupgrade-linux-6.1.98-20240723.img.gz

烧写OpenWrt系统并上电启动后，我们通过树莓派自带网口连接网线至PC网口，待PC的网卡与树莓派的网口连接成功后，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：