3007 CM4 4G Mini
关键词
树莓派、香橙派、英伟达、友善、CM4 4G Mini、CAT4 4G、高通4G、高通4G-GPS、ZTE CAT4、免驱免拨号、自动识别、即插即用、树莓派系统、Ubuntu、Debian、Android、OpenWrt
一、简介
CM4 4G Mini是一款尺寸和树莓派CM4/CM5核心板一致的4G模组，CM4 4G Mini适配不同的4G模组，针对不同的系统和成本需求。CM4 4G Mini采用USB口通讯，使用USB-C和1.25mm 4Pin双接口（二选一），USB-C接口适用于绝大多数应用场合，连接方式为外挂使用，如树莓派，香橙派，英伟达等嵌入式平台、PC、各种盒子等；1.25mm 4Pin接口可与我司绝大部分树莓派扩展板搭配适用，4G模组可直接架在CM4/CM5核心板上方，通过1.25mm 4Pin接口连接至扩展板。CM4 4G Mini采用自弹式Nano SIM卡槽并预留eSIM位置，根据不同的模组功能具备1-3根IPEX一代接口，可搭配FPC天线或SMA天线使用。
4G模块在树莓派、香橙派和英伟达等开发板官方OS下均免驱免拨号、自动识别、即插即用、无需额外装驱动；有部分4G模组附带GPS功能，可以让研发者更节约空间，操作简便，GPS功能需另接无源GPS天线。
4G模组从CPU方案来分，有国产方案和高通方案，其中CAT4 4G和ZTE CAT4为国产方案，高通4G和高通4G-GPS模组为高通方案。
二、硬件资源
1. 采用高效进口DC-DC电路，待机电流0.15A，全速下载时工作电流小于0.3A；
2. 板载4G LTE模块，适用于树莓派、香橙派、英伟达等开发板的官方系统，免驱免拨号；
3. 一路USB口，为4G通讯和供电口，板载2种封装，一路USB-C和1.25mm-4P接口，二选一使用；
4. 一路自弹式Nano SIM卡座，同时预留eSIM芯片位置，封装为5*6mm，Nano SIM和eSIM二选一使用；
5. 两路1代IPEX座，天线只需接MAIN接口即可；预留一路1代IPEX GPS天线座（适用于带GPS功能的4G模块）；
6. 两盏LED灯：一个注网指示灯，一个工作状态灯（不同模块有不同的指示方式）；
7. 尺寸：40*55mm，完全兼容树莓派CM4/CM5的尺寸；线路板沉金工艺，无铅生产，板材通过UL和ROHS认证，防火等级94V-0。
可选塑料外壳：
| LED灯说明 | 注网指示灯（mode） | 工作状态灯（status） |
|---|---|---|
| CAT4 4G | 常亮 | 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。 | ||
| 高通4G | 无 | 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。 |
| ZTE CAT4 | 无 | 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。 |
三、树莓派OS的使用
我们测试用的树莓派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
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3.1 联网4G
上电运行树莓派官方OS后，在树莓派终端中执行命令lsusb，如下图所示：
在树莓派终端中执行ifconfig -a，我们可以看到4G模块（eth1或usb0）：
4G模组正确获得ip地址后，我们可以ping外网地址，如：
ping www.mcuzone.com
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。
3.2 GPS测试（适用于高通4G-GPS版本）
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。GPS是使用AT命令操作。
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：
运行minicom，打开ttyUSB0串口：
sudo minicom -D /dev/ttyUSB0
并运行：
at+gtgpsepo=1 //开启AGPS
at+gtgpspower=1 //打开GPS
稍等片刻待定位成功，运行：
at+gtgps? //查看NMEA信息
就可以看到GPS信息输出：
四、树莓派的Ubuntu OS使用
我们测试用的Ubuntu系统版本为ubuntu-24.04-preinstalled-desktop-arm64+raspi.img.xz，
Ubuntu OS下载地址：
https://ubuntu.com/download/raspberry-pi
4G模块在Ubuntu系统里也是免驱，都自动识别成以enx开头的设备。
上电启动运行Ubuntu系统后，在终端中执行命令lsusb，如下图所示：
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：
4G模组正确获得ip地址后，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。
五、英伟达的Ubuntu OS使用
测试采用的系统为英伟达官方Ubuntu系统，4G均免驱，即插即用，版本为：jetson-nano-jp461-sd-card-image.zip
下载地址：
我们使用的是JETSON NANO搭配4G模块进行测试，CAT4 4G和ZTE CAT4在系统里识别成eth设备，高通4G识别成USB0/1设备，另外也可选配我们的4G载板，和英伟达板子可上下叠加组装：
在系统终端中执行lsusb，可以看到4G模组已经识别，如下图所示：
执行ip addr，我们可以看到4G模组（eth...或usb...）：
4G模组正确获得ip地址后，我们可以ping外网地址，如：
ping 220.189.288.38
ping www.mcuzone.com
以CAT4 4G模块为例，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。
六、香橙派的Debian OS使用
测试采用的系统为香橙派官方Debian系统，版本为：Orangepi3-lts_3.0.8_debian_bullseye_desktop_xfce_linux5.16.17.img
下载地址：
我们使用的是香橙派3 LTS搭配4G模块进行测试，香橙派官方OS免驱；CAT4 4G和ZTE CAT4都识别成enx设备，高通4G识别成usb0设备。
在系统终端中执行lsusb，可以看到4G模组已经识别，如下图所示：
执行ip addr，我们可以看到4G模组（enx开头的网卡或usb0）：
4G模组正确获得ip地址后，我们可以ping外网地址，如：
ping 220.189.288.38
ping www.mcuzone.com
以CAT4 4G模块为例，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。
七、树莓派的OpenWrt使用
我们测试用的OpenWrt系统版本为：openwrt-bcm27xx-bcm2712-rpi-5-squashfs-sysupgrade-linux-6.6.66-20241219.img.gz
OpenWrt系统下可配置为一进一出的交换机模式，即4G可作为WAN口，树莓派5自身的网口配置为LAN口，用于连接PC。
高通4G、CAT4 4G和ZTE CAT4 4G都免驱免拨号，识别成eth1设备。
7.1 登录操作界面
将树莓派5连接至PC网口，启动系统，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192.168.1.1：
然后打开网页浏览器输入192.168.1.1进入OpenWrt系统。默认用户名为root，默认密码为password。
登录后进入“服务 - 终端”，使用用户名为root、密码为password进行登录：
输入ifconfig -a，可以看到有标识为eth1的网卡，即为高通4G模组：
7.2 设置4G为WAN口
进入OpenWrt系统后，然后进入“网络 - 接口”，点击“添加新接口”：
新接口的设置如下图，其中”eth1“即为4G模块，名称可以自定义：
然后点击”创建接口“。
在”防火墙设置“中，“创建/分配防火墙区域”选择”wan“，然后点击”保存“：
自动回到接口页面，点击”保存并应用“：
稍等片刻，我们在”网络 - 接口“中就能看到刚才设置的WAN口已经通过4G模块获得了IP：
此时我们在“服务 - 终端”中，执行ifconfig -a，就能看到eth1已成功获取IP地址，ping公网地址也能成功，说明此时可以通过4G模块上网：
同时我们可以在与树莓派相连的PC的网卡连接中，看到以太网的连接状态是Internet，表示此时PC也可以通过这个4G模组上网：
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：
注意：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。
八、NanoPi M6的Android使用
友善NanoPi M6搭配4G模组进行Android系统测试，4G模组是免驱即插即用，需要插入手机Nano SIM卡，SIM卡需要支持4G或以上。4G模组的型号为CM4 4G mini（ZTE CAT4 4G）。
采用的系统为友善官方Android系统，版本为：rk3588-sd-android12-20240821.img.gz
下载地址：
https://download.friendlyelec.com/NanoPiM6
将系统烧写在TF卡上，从TF卡启动系统后，即可直接通过ZTE CAT4上网，桌面的右上角状态栏有连接网络成功的标志，如下图：
打开Chrome，连接外网，访问测速网站测速，结果如下：
注意：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。
如果需要查看网络的详细情况，可下载并安装终端软件Termux进行查看，下载地址：
http://www.mcuzone.com/wiki/3007_CM4_4G_Mini/termux_1020.apk
安装完毕Termux后，打开该软件，在终端中执行ifconfig -a，如图所示：
eth2即为ZTE CAT4。
我们可以ping外网地址，如：
ping 220.189.288.38
ping www.mcuzone.com
九、4G的AT命令使用
9.1 使用AT命令
以CAT4 4G为例，在树莓派终端中执行命令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：
sudo modprobe option
sudo sh -c 'echo 1286 4e3d > /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/ttyUSB*可以查看：
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
（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）
第一次输入AT命令可能没有回显，此时如果输入命令at后回车，有返回OK，就说明工作正常。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。
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。
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。
9.2 修改4G的IP地址
如果出厂的4G IP地址和用户使用的IP地址有冲突，或有修改IP地址的需求，可按照下列步骤进行修改：
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，修改完后需断电重启系统。
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=?
高通4G模块、ZTE CAT4模块：
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?
修改IP完毕后需要断电重启才能生效。
十、4G模组的功耗测试
注意：本节测试数据均为本公司实测得到，仅代表当次测试结果，仅供参考，不代表产品最终数据。
4G模组接树莓派5的USB口，关闭树莓派5的WiFi，不接网线，只用4G模组上网，此时4G模组的功耗如下：
CAT4 4G：
不下载文件，4G模组的电流为0.13A，功率为0.65W；
持续满速下载文件，4G模组的电流为0.19A，功率为0.95W。
持续满速上传文件，4G模组的电流为0.38A，功率为1.9W。
高通4G：
不下载文件，4G模组的电流为0.15A，功率为0.75W；
持续满速下载文件，4G模组的电流为0.29A，功率为1.45W。
持续满速上传文件，4G模组的电流为0.4A，功率为2W。
ZTE CAT4：
不下载文件，4G模组的电流为0.14A，功率为0.7W；
持续满速下载文件，4G模组的电流为0.21A，功率为1.05W。
持续满速上传文件，4G模组的电流为0.51A，功率为2.55W。
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