1002 RPi0 4G Cat1

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关键词

树莓派Raspberry Pi Zero、Zero 2W、Cat1 4G LTE、扩展板、Nano SIM、eSIM、RPi-Connect、远程连接、免驱

一、简介

树莓派Zero CAT1是一款尺寸只有65*30mm的4G LTE扩展板，基于树莓派Zero系列（包括Zero、Zero W(H)以及Zero 2W）尺寸设计。

扩展板分USB版和顶针版两个版本。

顶针版是利用树莓派Zero板子反面引出的USB和电源的镀金测试点进行扩展。通过顶针将扩展板和Zero的USB口连接起来，此时树莓派Zero的microUSB不能再接任何USB设备（否则4G模块将无法使用）。

USB版可以用于树莓派3B、4B和5或者其他兼容性板子上，扩展板采用内凹设计，方便安装在树莓派3B/4B/5等板子上方，且不占用40Pin引脚的使用。

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。CAT1扩展板在树莓派官方OS下免驱。

（注意：若使用顶针版，树莓派Zero开发板将无法使用OTG功能。若您要使用OTG功能，则4G模组将无法使用。）

二、硬件资源

1. 顶针版：通过4个顶针和树莓派Zero系列通过镀金顶针连接，扩展板位于Zero下方，通过Zero的MicroUSB电源口供电，此时树莓派Zero自身的micro USB口以及板载USB-C口和1.25mm 4P接口都不能外接任何设备或电源。

2. USB版本：通过USB口和主板的USB口通讯及供电，USB口采用Type-C口和1.25mm 4P接口两种形式引出，二选一使用；

3. 一路4G CAT1 LTE；

4. 一路IPEX-1 4G天线接口；

5. 配Nano SIM卡座，并预留eSIM芯片位置(SIM卡和eSIM芯片二选一)，硬件支持热插拔，需要软件配合；

6. 两盏LED指示灯，一盏电源灯，一盏注网灯；

7. 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；

8. 尺寸：65*30*6.6mm；M2.5mm固定孔和树莓派Zero开发板完全吻合。

9. 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。

4G LTE	CAT1
频段	LTE-TDD: B34/B38/B39/B40/B41 LTE-FDD: B1/B3/B5/B8
数据	LTE-TDD: Max 8Mbps (DL)/Max 2Mbps (UL) Max 6Mbps (DL)/Max 4Mbps (UL)
数据	LTE-FDD: Max 10Mbps (DL)/Max 5Mbps (UL)
一般特性	3GPP E-UART Release 13
温度范围	-40℃ ~ +85℃

三、树莓派OS的操作

不同的树莓派系统版本，对于网络管理的策略有差异，基于64位系统版本，测试结果如下：

系统版本（64位）	测试结果
2023-02-21-bullseye	免驱免拨号，自动识别，即插即用，自动联网。
2023-05-03-bullseye	免驱免拨号，自动识别，即插即用，自动联网。
2023-12-05-bookworm	免驱免拨号，自动识别，但是可能会碰到联网失败，系统需要安装DNS软件。
2024-07-04-bookworm
2024-11-19-bookworm
2025-05-13-bookworm
2025-10-01-trixie

树莓派Zero一代系列的开发板，只支持32位操作系统，测试结果如下：

系统版本（32位）	测试结果
2023-02-21-bullseye	免驱免拨号，自动识别，即插即用，自动联网。
2023-05-03-bullseye
2023-12-05-bookworm
2024-07-04-bookworm
2024-11-19-bookworm
2025-05-13-bookworm
2025-10-01-trixie

3.1 USB版

硬件平台：RPi0_2U2E扩展板（树莓派Zero双网口扩展板）配树莓派Zero 2W+CAT1；组装方式如下图：

软件平台：系统版本：2023-05-03-raspios-bullseye-arm64.img.xz

树莓派OS下载地址：

https://www.raspberrypi.com/software/operating-systems/#raspberry-pi-os-64-bit

两个以太网口插上连接上级路由器的网线，启动系统后，执行ifconfig -a，可以看到eth2，即为4G CAT1；而eth0和eth1是双网口扩展板上的2个百兆网口：

此时我们拔掉以太网口的网线，使用4G测试ping外网IP和域名，如：

ping 220.189.255.38

ping www.mcuzone.com

均成功，说明4G CAT1工作正常：

如需查看4G运行状态，请观察LED的状态：

STAT LED亮表示4G正常运行；

NET LED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。

3.2 顶针版

3.2.1 准备工作

CAT1顶针版搭配树莓派Zero系列开发板，Zero自身只有一路USB口且被4G占用，无法连接鼠标键盘，故建议选择带WiFi的版本（如ZeroW，Zero WH和Zero 2W），在烧写时对系统进行预设置，配置WiFi并使能SSH即可进一步使用4G。

如果您要使用树莓派Zero，那只能将系统在其它开发板上调试完成所有业务逻辑并设置成开机自运行，后续无其它USB设备外接需求；4G Cat1仅用于提供网络接入，方可使用顶针版；否则建议使用USB版本。

硬件平台：树莓派Zero 2W搭配CAT1顶针版，将电源插到Zero 2W的电源PWR口，请勿占用USB口。

系统：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

3.2.2 烧录系统（需对WiFi连接及SSH服务的设置）

打开树莓派镜像烧录器，选择完设备平台、镜像和烧录位置后，点击”NEXT“：

然后点击”编辑设置“

在弹出的窗口中，GENERAL页面中，可以主机名、用户名和密码、默认连接的WiFi、区域：

在SERVICES页面中，请设置开启SSH服务：

设置完成后点击”保存“，返回上一层页面，然后点击”是“：

在警告窗口中点击”是“

这样就开始了烧写，烧写完毕后使用该TF卡启动系统，系统使用预设的用户名和密码自动登录，并自动连接至预设的WiFi（需在该WiFi热点覆盖范围内）。

3.2.3 通过WiFi进行SSH控制

系统启动后，如果WiFi连接成功，会在桌面右上角WiFi图标下面显示内网连接IP：

也可以通过查看路由器后台来获得系统内网IP：

此处使用MobaXterm软件进行SSH，MobaXterm软件下载地址：

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

打开软件，新建一个连接，选择SSH，Remote Host填入树莓派OS的IP，Specify username填入登录账号，如下图所示：

点击”OK“，然后登录，登录完成后，我们即可通过MobaXterm对树莓派Zero2W进行命令行操作：

执行lsusb

设备002就是4G LTE。执行ifconfig -a如下显示eth0即为4G，且已经获得了IP：

安装DNS切换软件udhcpc，在树莓派终端中执行：

sudo apt install udhcpc

安装完毕后，执行：

sudo udhcpc -i eth0

这样就把默认的上网网卡及DNS设置为4G了。

我们ping IP和域名，均成功，说明4G CAT1工作正常：

3.3 使用AT命令

不管USB版还是顶针版，AT命令的操作方法是一样的，这里以顶针版为例。

在SSH终端中执行命令：

lsusb

记下4G模块的ID值：19d1 0001

使用下列命令打开串口，其中echo后面的值就是上面记录的ID值：

sudo modprobe option

sudo sh -c 'echo 19d1 0001 > /sys/bus/usb-serial/drivers/option1/new_id'

执行以上两条命令后系统应该会在dev设备下有ttyACM0-2三个设备，输入ls /dev可以查看：

下载安装minicom工具：

sudo apt-get install minicom

在默认情况下，AT命令串口为ttyACM0。

通过minicom打开AT命令串口：

sudo minicom -D /dev/ttyACM0

（注意，典型情况下会出现ttyACM0-2三个端口，一般系统下AT口是ttyACM0，如果不行，可以尝试其它端口如ttyACM2。如果有多个USB转串口设备，则需要进一步的尝试直至找到正确的AT端口。）

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。

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。

7. APN设置

普通手机SIM卡，不需要任何设置，直接使用；有些物联网卡需要设置APN才能使用，以下是用户使用提供的参考，具体的APN代码需要SIM卡运营商提供。

移动卡：

AT+CPNETAPN=0,"cmnet","",""

电信卡：

AT+CPNETAPN=0,"ctnet","",""

3.4 开启SIM卡热插拔功能

本扩展板支持SIM卡热插拔，但是这个功能默认状态下是关闭的，如果要开启，不插SIM卡，打开AT命令串口：

sudo minicom -D /dev/ttyACM0

执行：

at+csdt=1

如果输出OK，说明设置成功。

可以用at+csdt?来检测当前状态，返回1代表已经开启SIM卡热插拔功能。

不断电的情况下插入SIM卡，分别执行下列命令，都成功（eth0是4G模组），说明支持热插拔：

sudo udhcpc -i eth0

ping www.mcuzone.com -I eth0

3.5 注意事项

USB版若接树莓派Zero系列开发板，一般需要再搭配带USB接口的扩展板使用，且无论USB版还是顶针版，4G模组都是USB Host设备，因此需要在系统的config.txt文件里面启用USB Host模式，否则会导致USB设备无法使用，甚至系统卡在树莓派logo处无法启动：

处理方法如下：

硬件方面，请仔细观察顶针是否对准了镀金触点；系统方面，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）

四、4G的应用（远程控制）

RPi-Connect提供了从任何地方安全接入到树莓派的服务。基于此服务，搭配Zero_Cat1_4G顶针版即可实现在户外没有无线网络的情况下，依旧可以远程访问树莓派操作。注意：要使用此服务必须运行Bookworm及以上系统。同时，只有树莓派5，4或400可以使用屏幕分享。Zero2W只能使用Remote shell。接下来演示如何配置远程连接服务。