1003 RPi0 4G Cat1-Hub

关键词

树莓派 Zero、Zero 2W、Cat1 4G LTE、USB2.0、USB Type-C、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，利用USB的HOST功能通过USB HUB芯片扩展四路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。

CAT1在树莓派官方OS和OpenWrt系统下均免驱，不需要额外装驱动，便捷；在ubuntu系统里也是免驱，但是需要ubuntu系统先开启以太网。

（注意：使用此扩展板后，树莓派Zero开发板将无法使用OTG功能。若您要使用OTG功能，则扩展板的所有接口都无法使用。）

二、硬件资源

1. 本扩展板是通过4个顶针连接到树莓派zero的USB口和电源口触点进行供电和通讯。

2. 一路USB-C电源口，和树莓派zero自身的电源micro口功能一样，两者二选一使用，不可同时使用。

3. 一路4G CAT1模块，可选带GPS功能的4G模组。

4. 一路Nano SIM卡座（在反面），并预留eSIM芯片位置(SIM卡和eSIM芯片二选一使用)。注意，本扩展板不支持SIM卡热插拔！

5. 一个4G天线接口，1代IPEX，可外接4G FPC或棒状天线；如果选择GPS版本，需配GPS无源天线，且天线需甩到窗外才能定位。

6. 三路USB2.0 Type-C主机接口，每个USB口的供电能力为1A（注意，树莓派zero自身的OTG功能将无法再使用，而且zero自身的micro USB口也不能再接任何USB设备，否则此扩展板将无法使用）。

7. 三个LED指示灯，其中一个是扩展板电源灯，一个是4G模块的电源灯；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。

8. 板载BOOT和复位的按键位置。

9. 尺寸：65*30*6.6mm，4个M2.5的固定孔，高度为5mm，板子尺寸和树莓派zero系列板子尺寸完全兼容。

10. 可选3D打印底座，用于保护线路板。

11. 线路板采用沉金工艺，无铅生产，PCB通过UL和ROHS认证，防火等级94V-0。


型号	CAT1	CAT1-GPS	CAT1-EU	CAT1-EA
频段	TDD：B34/38/39/40/41 FDD：B1/3/5/8		FDD：B1/3/7/8/20/28（A/B）	FDD：B1/3/5/7/8/28（A/B）
GNSS	无	支持GPS L1,BDS B1频段支持北斗二号/三号卫星支持AGPS 64通道冷启动灵敏度-147dBm，跟踪灵敏度-160dBm 水平精度<2.0米 CEP50	无	无
速率	TDD：MAX 8Mbps（DL）/2Mbps（UL） MAX 6Mbps（DL）/4Mbps（UL） FDD：Max 10Mbps（DL）/5Mbps（UL）		Max 10Mbps（DL）/5Mbps（UL）
灵敏度	FDD B1:-99dBm（10M) FDD B3:-99dBm（10M) FDD B5:-99dBm（10M) FDD B8:-99dBm（10M) TDD B34:-100dBm（10M) TDD B38:-100dBm（10M) TDD B39:-100dBm（10M) TDD B40:-100dBm（10M) TDD B41:-100dBm（10M)		B1: -99dBm（10M） B3: -99dBm（10M） B5: -99dBm（10M） B7: -97.5dBm（10M） B8: -98dBm（10M） B20: -98dBm（10M） B28: -98dBm（10M）

三、树莓派系统的使用

硬件平台：树莓派zero2 W+扩展板，免驱

软件平台：树莓派OS，Raspberry Pi OS with desktop，镜像为2023-05-03-raspios-bullseye-arm64.img.xz。

（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

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 查看硬件设备

3.1.1 查看USB设备

一个USB-C接口接无线键鼠，另外两个USB-C接口未接设备。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。其中：

Device 002：外挂USB Hub；

Device 003：4G模组；

Device 004：USB2.0 Type-C接口（外接无线键鼠）；

如果扩展板上的1个USB口不接任何设备，那lsusb里只有Device 001、002、003，不会出现Device 004。

如果您在启动系统时，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）

3.1.2 查看4G设备

打开树莓派OS的终端，输入命令ifconfig -a，如下图所示：

图中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。

☆ 3.2 测试4G

3.2.1 系统未设置wifi时对4G的操作

树莓派官方OS系统是WiFi默认开启，但是未连接热点（即在系统里没有设置WiFi账号和密码）；此时连接4G模块上网，我们可以进行ping操作：

ping通IP，正确显示如下：

ping通域名，正确显示如下：

此说明4G联网正常。

ping域名报错的解决方法：

一些版本的树莓派系统只能ping通IP，但在ping域名会碰到联网失败，报DNS的错误：

这说明4G模块的DNS服务器设置不正确；那我们来修改DNS服务器设置：

首先我们需要连接WiFi：

点击右上角的网络标志，选取想要连接的AP：

输入密码（如果有），然后点击“Connect”：

连接成功后即可获取路由器ip，正常上网：

然后我们安装切换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（eth0在这里代表4G模块，依照软硬件平台不同，名称会有差异）：

sudo udhcpc -i eth0

这样就实现了4G正常上网。

使用上述通过切换DNS服务器让4G上网的方法，在重启系统后会失效；如果你希望每次系统启动，即实现DNS服务器自动切换到4G模块，可进行如下操作：

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，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（eth0代表4G模块，名称以实际为准）：

sleep 5 && sudo udhcpc -i eth0 && sleep 5 && sudo udhcpc -i eth0 && sleep 5 && sudo udhcpc -i eth0

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秒左右可以正常使用4G网络。

3.2.2 系统已设置好WiFi联网，对4G的操作

如果你的系统之前是设置好WiFi的，在单独使用树莓派zero2W时，是通过WiFi提供网络；此时若装了我们的扩展板，系统启动后，默认优先通过走4G网络（不管你是否插SIM卡），若想切换到WiFi上网，可以按下列步骤操作：

关闭4G网络连接：

sudo ifconfig eth0 down

使用udhcpc，将DNS服务器切换为Wifi的DNS服务器：

sudo udhcpc -i wlan0

之后如果想切换回4G网络上网，可以运行：

sudo ifconfig eth0 up

sudo ifconfig wlan0 down

sudo udhcpc -i eth0

3.2.3 通过WiFi的SSH对4G操作

如果你想利用树莓派Zero的WiFi，通过SSH登录树莓派系统，进而对树莓派进行4G操作，需要在烧写系统前设置SSH服务，操作步骤参考这里。

或者在进入树莓派桌面后，接上键盘鼠标，进入：

左上角树莓派标志—Preferences—Raspberry Pi Configuration—Interfaces

将SSH打开，如图所示：

这样我们就可以使用MobaXterm等软件，通过WiFi连接SSH登录树莓派系统了。

☆ 3.3 使用AT命令及GPS

3.3.1 使用AT命令

系统上电启动后，在树莓派终端中执行命令：

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：

ls /dev

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","",""

3.4.2 GPS测试（仅限GPS版本）

使用GPS时，需要接GPS无源天线，且确保GPS天线甩出户外。

运行minicom，打开ttyACM0串口：

sudo minicom -D /dev/ttyACM0

并运行：

AT+CGNSPWR=1 //打开GPS

AT+CGNSAID=31,1,1,1 //使能位置辅助定位(指令立马返回OK，根据信号强度，大概2-10秒左右会定位成功)

AT+CGNSURC=1 //设置定位信息自动上报

运行成功后就可以看到该串口有GPS信息输出：

稍等片刻即可定位：

四、Ubuntu系统的使用

Ubuntu系统，使用Ubuntu Server 24.04 LTS，服务器版（树莓派Zero 2W因为性能关系不能用Desktop版），这个版本默认没有开启以太网口，所以要使用4G，需要先在系统里开启以太网。

我们使用的镜像为ubuntu-24.04-preinstalled-server-arm64+raspi.img.xz

Ubuntu系统下载地址：

https://ubuntu.com/download/raspberry-pi

（若使用树莓派Zero一代系列的板子，只支持32位系统，则没有合适的Ubuntu Server系统。)

4.1 初始化脚本

Ubuntu Server烧写完毕后，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，Ubuntu Server对USB初始化了两遍，前面一遍没有配置成host模式，需要确认下图中的红框的位置是否配置成完全，如果没有，请手动添加完整：

dtoverlay=dwc2,dr_mode=host

将TF卡插入Zero 2W，启动系统。第一次启动后会要求登录，用户名和密码均为ubuntu，登录成功后会要求修改密码。

修改完毕后就自动进入系统。系统启动后并无网络可用，需要进行后续设置后才能使用。

注意，系统默认并没有集成ifconfig工具，只有ip命令可用。

执行ip addr查看并记录下网卡名称：

其中2 enx2089846a96ab为4G模组。

然后运行下面的命令，打开网卡配置文件：

sudo nano /etc/netplan/50-cloud-init.yaml

按照下图编辑网卡配置文件：

保存退出，然后重启。

重启后即可联网，安装net-tools工具以便于使用：

sudo apt install net-tools

4.2 联网4G

执行ifconfig -a，可以看见4G模块已经正确获得了IP地址：

4.3 使用AT命令

执行命令：

ls /dev

此时应该能看到dev设备下有ttyACM0-2三个设备：

下载安装minicom工具：

sudo apt-get install minicom

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","",""

五、MMDVM软件的使用

多模式数字语音调制解调器（英语：MMDVM, Multi-Mode Digital Voice Modem），是一种供业余无线电爱好者通过网络发送多种数字模式的无线电信号进行相互通信、无线通信技术实验、自我训练、个人娱乐、无线电运动、竞赛以及应急通信的电子设备。多模式数字语音调制解调器是由英国业余无线电爱好者Jonathan Naylor（G4KLX）设计并运行于由其制作的基于树莓派开发的Pi-Star系统。

Pi-Star可以处理包括 DMR、D-STAR、YSF、P25、NXDN 和 POCSAG 在内的数字模式，在使用多模式数字语音调制解调器（MMDVM）时，还可以支持多种模式间转换（交互模式）功能。

测试平台：RPi0_4G_Cat1-Hub+Zero 2W

测试系统：Pi-Star_RPi_V4.2.2_10-Apr-2025

系统下载地址：https://www.pistar.uk/downloads/

5.1 测试Pi-Star系统

将Pi-Star使用烧写工具烧写到TF卡，从TF卡启动Zero 2W。

Pi-Star在RPi0_4G_Cat1-Hub+Zero 2W下，可以直接认到4G模块。系统启动后，登录系统（用户名：pi-star，密码：raspberry）：

执行lsusb，红框处即为4G模块：

该4G模块在Pi-Star系统下免驱免配置，执行ifconfig -a，可见该模块已经获取了IP地址：

此处的wlan0为Zero 2W的无线网卡，未获取IP地址，因此不能使用该无线网卡上网，如果需要使用该无线网卡上网，请使用命令行，手动连接无线AP。

此处的wlan0_ap为Pi-Star系统利用Zero 2W的无线网卡自动生成的一个无线AP，名称为“Pi-Star-Setup”，无密码，可以使用电脑或手机连接该AP，这样就使得电脑或手机和Pi-Star系统在同一局域网内：

执行命令route，可见eth0（4G模块）排在第一位，即当前默认通过4G模块上网：

ping公网IP和网址，都成功，说明4G模块工作正常：

如果要安装软件，请先升级系统：

sudo apt update

如果执行route后，发现不是默认通过eth0上网，则需要安装udhcpc软件：

sudo apt install udhcpc

然后执行：

sudo udhcpc -i eth0

将处于和Pi-Star相同网段，用于打开设置页面的电脑（可将电脑连接“Pi-Star-Setup”这个无线AP），在浏览器中打开Pi-Star的网络地址，即可进入MMDVM软件配置页面：

5.2 测试Pi-Star GUI

上一节我们介绍了使用和Pi-Star处于相同网段的电脑打开MMDVM软件的页面进行配置和使用，Pi-Star另外提供了一个Pi-Star GUI，安装后可以直接通过连接树莓派的显示器，进行MMDVM软件的配置和使用。

5.2.1 安装Pi-Star GUI

启动Pi-Star系统，依次运行下列命令：

▶ 打开磁盘扩展服务：

sudo pistar-expand

▶ 重启：

sudo reboot

▶ 修改读写模式：

注意：安装软件时，树莓派系统的光标提示符前一定要有“rw”字样显示，如果显示为“ro”请使用本命令切换：

rpi-rw

▶ 下载安装脚本：

wget http://pistar.uk/downloads/installGUI.sh

▶ 赋予脚本运行权限：

sudo chmod 755 ./installGUI.sh

▶ 安装Pi-Star GUI：

./installGUI.sh

安装时需要下载安装较多软件，可以直接使用4G网络进行下载，如果觉得4G网络的速度偏慢，可以外接USB网卡，通过有线网络进行下载。

5.2.2 运行Pi-Star GUI

Pi-Star GUI安装完毕后，系统会自动重启，重启后会自动进入MMDVM软件的配置页面，首先需要登录（用户名：pi-star，密码：raspberry）：

登录后进入MMDVM软件配置页面：

配置完毕后点击相应所配置的模块的“Apply Changes”按钮，稍等片刻后即配置成功。

配置结束后点击顶部栏目的“Dashboard”，即可进入软件首页：

5.3 Pi-Star系统其它功能介绍

退出MMDVM软件页面的方法是在外接键盘上按Alt+F4，退出页面后显示为全黑背景，只有一个鼠标光标，这是正常的，此时点击鼠标右键，即可弹出菜单：

点击菜单中的第一项：Terminal emulator，即可使用终端：

在终端中，我们可以按照5.1节中所述，进行网络测试和通讯故障排查等工作。

菜单中的第二项：Web browser，点击后可以启动Chromium浏览器：

菜单中的第三项：Applications，为树莓派系统的常用软件和配置工具菜单：

如果要返回MMDVM软件页面，请在终端中执行命令：

chromium-browser --noerrdialogs --kiosk --incognito http://localhost

六、(应用)Raspberry Pi Connect远程连接树莓派

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 Cat1-Hub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。