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

M4GUSB为专为树莓派5设计的4G模组扩展板，在树莓派官方OS、Ubuntu和OpenWRT均免驱免拨号、自动识别、即插即用。4G LTE是USB设备，基于树莓派USB口设计，4G全网通（支持电信，联通，移动），可选配GPS功能，有些4G型号支持VoLTE发短信，打电话（但是无声音）；EC20-GPS版本还支持打电话（需安卓耳机线）和发短信功能。我们使用的4G模块具有CAT4速率，理论速率值为150Mbps(DL)/50Mbps(UL)。4G模组也适用于树莓派4B/3B。

二、硬件资源

1. 一路USB-C口，同时引出1.25mm 4P接口，此接口即为通讯接口，也是供电接口，4G模块可无需额外供电；

2. 具有三路辅助供电接口：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系统是经Mcuzone所编译的，版本为：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的使用

4G在树莓派系统里自动识别，免驱免拨号。其中国产CAT4 4G在系统里识别成eth设备，高通4G和EC20在系统里识别成usb0设备。

4.1 高通4G（可选GPS）

4.1.1 联网4G

系统启动后，在树莓派终端中执行ifconfig -a：

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。

Status LED灯状态如下：

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。

4.1.2 GPS测试

如果你选择的是高通4G-GPS版本，则此4G模块附带GPS功能，需要接GPS无源天线，且确保GPS天线甩出户外。GPS是通过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：

4.2 国产CAT4 4G

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：

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。

Status 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。

4.3 ZTE CAT4 4G

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：

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。

Status LED灯状态如下：

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。

4.4 EC20-GPS语音简版

4.4.1 联网4G

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。

4.4.2 发短信

发短信是使用AT命令操作，这里介绍使用英文字符发送短信的流程。使用AT命令前，需先打开串口，在树莓派终端中执行命令lsusb，如下图所示：

本模块的id为2c7c 0125，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 2c7c 0125 > /sys/bus/usb-serial/drivers/option1/new_id'

然后运行sudo minicom -s，选择“Serial port setup”：

按A和F ，修改串口号和流控如下图所示：

修改完毕后按回车返回上一层菜单，选择“Exit”退出：

依次执行下列AT命令：

AT+CMGF=1 //将短信字符设置为英文

AT+CMGS="13xxxxxxxxx" //设置接收短信的号码

回车后在>后面输入短信内容，然后按Ctrl+Z发送，发送成功会显示“+CMGS 14”：

4.4.3 接听或拨打电话

打电话或接听电话也是通过AT命令操作，需要接安卓耳机线。打开AT命令方法请参考“发短信”章节。

打电话：

执行AT命令：

ATD13xxxxxxxxx; //所需拨打的电话号码，注意需以半角的“;”结尾

稍等片刻拨打成功，报“OK”，对方即会振铃，接听没有提示，接听完毕后挂机报“NO CARRIER”。

下面演示了一个拨打 - 振铃 - 接听 -挂机的过程：

接电话：

如果有来电，minicom中会显示“RING”作为振铃提示，然后可以用下列AT命令进行控制：

ATA //接电话

ATH //挂电话

下面演示了一个振铃 - 接听 -挂机的过程：

4.4.4 GPS测试

使用EC20的GPS，需要接GPS有源天线，且确保GPS天线甩出户外，GPS是通过AT命令操作。

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信息不太直观，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：

五、Ubuntu的使用

5.1 联网4G

4G模块在Ubuntu系统里自动识别，免驱免拨号，自动识别成以enx开头的设备。

5.1.1 高通4G和CAT4 4G

系统启动后，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：

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：

CAT4 4G：

高通4G：

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。

（高通4G）Status灯：

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。

（CAT4 4G）Status灯：

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。

5.1.2 ZTE CAT4 4G模组

系统上电启动后，在Ubuntu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，这里是enx344b50000000，请以实际为准），且已经正确获得了IP地址。

我们可以ping外网地址，如：ping www.mcuzone.com

如果ping外网失败，需要安装udhcpc：

sudo apt install udhcpc

安装成功后请执行：

sudo udhcpc -i enx344b50000000

后再ping：

.

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。

（ZTE CAT4 4G）Statu灯：

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。

5.1.3 EC20-GPS语音简版

EC20模块在出厂时已经配置完毕，模块在Ubuntu系统下是免驱免拨号，自动识别，并识别成以enx开头的设备。

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的千兆网口插入网线，先用网线上网，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：

现在已经可以通过4G网络正常上网，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网络上网，需要在rc.local文件添加开机命令，可以参考如下步骤：

开启rc-local服务：

sudo systemctl enable --now rc-local

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，即：

sleep 5 && sudo udhcpc -i enxf2338f529091 && sleep 5 && sudo enxf2338f529091 -i usb0 && sleep 5 && sudo enxf2338f529091 -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。

然后保存文件，这样就可以开机即可实现自动通过4G模组上网。

EC20模组的发送短信、接打电话和GPS功能的操作步骤与在树莓派系统一致，请参阅上一章的相关内容。

六、4G的操作

6.1 使用AT命令

树莓派系统和Ubuntu系统下，AT命令使用方法是一样的，这里操作以树莓派系统为例。

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操作AT命令，有2种串口工具，二选一使用：

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。

6.2 修改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 4G：

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。

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=?

3. EC20的IP地址不清楚如何修改，如有需要，需要用户自行研究。

七、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。

7.1 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。

7.2 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。

7.3 使用AT命令

如果你想在系统里使用一些4G模块的AT命令，需要在系统里安装串口工具，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：

八、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。

九、4G应用2（建立WiFi热点分享4G）

9.1 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：

9.1.1 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（下图中左起第四个上下箭头的图标）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...“（红框处），查看热点信息：

9.1.2 应用操作

使用手机连接这个热点：

然后在测速网站上测速，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上下载安装终端软件MobaXterm，MobaXterm下载地址：

https://mobaxterm.mobatek.net/download-home-edition.html

PC连接这个热点，然后使用MobaXterm等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：

9.2 Ubuntu系统

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：

9.2.1 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：

9.2.2 应用操作

使用手机连接这个热点：

然后在测速网站上测速，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。

十、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，可以参考如下步骤（以高通4G模块为例，usb0代表4G模块，名称以实际为准）：

开启rc-local服务：

sudo systemctl enable --now rc-local

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，即：

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。

然后保存文件，这样就可以开机即可实现自动通过4G模组上网。

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。