树莓派Zero尺寸4G Cat1(4G Cat1+USB2.0-C)扩展板用户手册

Mcuzone_Robin

关键词：
树莓派 Zero USB扩展  4G LTE Cat1  可选GPS  USB-C主机 USB-C供电 支持PD Nano SIM eSIM  芯片SIM卡  镀金顶针  触点

概述：
树莓派Zero(包括带和不带Wifi模组的Zero W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。
本扩展板通过顶针将扩展板和Zero系列连接起来，通过USB Hub扩展出4路USB主机口，其中一路用来连接4G LTE Cat1模组，另外两路以USB-C主机口形态引出。
4G LTE Cat1模组支持4G全网通，采用IPEX一代接口外接FPC或者SMA天线。采用Nano SIM，预留eSIM芯片SIM卡位置。Cat1下行可达10Mbps，上行可达5Mbps，性价比很高，功耗较低，非常适合中速物联网应用。

图解：

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安装示意图和尺寸图：

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Zero尺寸Cat1扩展板在树莓派系统下的使用演示：
硬件：
树莓派Zero 2W
Zero尺寸Cat1扩展板

软件：
Raspberry Pi OS 64-bit
2023-10-10


1，执行lsusb，可以看到4G Cat1和USB Hub都已经自动识别，要注意的是4G模组被识别成了一个BYD EigenComm Compo的设备。执行ifconfig可以看到4G Cat1已经被识别为eth0网络设备，但是ping包失败：


正常情况下可以即插即用免驱免拨号使用，如果出现域名解析报错或者因为有外挂USB转有线网卡导致出现优先级问题我们可以再做调整。

2，如报域名解释失败，我们需要添加nameserver，执行如下命令：
sudo nano /etc/resolv.conf
可以看到里面没有nameserver，我们添加114：
nameserver 114.114.114.114



3，添加完毕后重新执行ping包测试：


可以看到支持IPv4和IPv6

4，为了对4G模组进行AT命令操作，我们需要打开串口，但要注意的是此模块和之前的其它模块有所不同，之前我们是以ttyUSB设备形态来进行AT命令交互，但是这款4G Cat1模组已经被系统自动识别为了ttyACM设备，我们可以执行以下命令来查看详细信息：
sudo cat /sys/kernel/debug/usb/devices



5，接下来安装minicom，打开ttyACM设备：



6，进入AT后执行常规的AT命令对模块状态进行检查：


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

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Zero尺寸Cat1扩展板在Ubuntu系统下的使用演示：
硬件：
树莓派Zero 2W
Zero尺寸Cat1扩展板

软件：
Ubuntu Server 22.04.03 64-bit
注意1，Ubuntu Desktop需要2GB及以上内存，Zero 2W内存不够无法直接运行。
注意2，Ubuntu Server烧写完毕后请打开config.txt检查USB的初始化脚本，22.04.03对USB初始化了两遍，前面一遍没有配置成host模式，需要添加全：
dtoverlay=dwc2,dr_mode=host

1，烧写Ubuntu Server系统并启动：
注意1，非常重要！！烧写完毕后打开config.txt确认USB部分的配置，如果有两处配置都要确保有host尾缀，即USB OTG配置为host模式：
dtoverlay=dwc2,dr_mode=host
注意2，系统启动后会要求登陆，用户名和密码均为ubuntu，登陆后会要求修改密码。系统启动后并无网络可用，需要进行后续设置后才能使用。

2，执行ip addr查看并记录下网卡名称：
注意，系统默认并没有集成ifconfig工具，只有ip命令可用。



3，进入到/etc/netplan目录，打开50开头的yaml文件并添加网卡：



保存退出，然后重启。

4，重启后即可联网，安装net-tools方便查看信息和测试：
sudo apt install net-tools
然后用ifconfig查看网卡信息并ping包，可以看到4G cat1支持IPv6：


5，和树莓派系统一样，Ubuntu Server下4G Cat1的交互串口也被识别成了ttyACM：


6，进入AT后可以进行常规交互：

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Zero尺寸Cat1模组的高级使用：
一，4G Cat1模组的AT命令演示
1，打开ttyACM串口：
与其它4G模组不同的是，本Zero尺寸4G Cat1模组会被树莓派系统自动识别为ttyACM设备，可以通过ls /dev确认ttyACM0-2设备已经识别。
然后通过minicom打开AT命令串口：
sudo minicom -D /dev/ttyACM0
如果没有minicom也可以用其它串口工具，网络连通的情况下也可以尝试下载，比如：
sudo apt-get install minicom
然后就可以开启minicom检查4G网络情况

二，带GNSS/GPS功能版本的使用方式
1，打开GPS：
AT+CGNSPWR=1
AT+CGNSTST=1



2，等待GNSS/GPS获取定位：


快则1-2分钟，慢则3-5分钟，如果5分钟之后还没定位建议检查天线位置。

注意1：GNSS/GPS是物理定位，不是基站定位，所以GNSS/GPS天线需要甩出窗外，不能有遮挡。
注意2：默认为无源天线，请仔细核对天线是否匹配。一般有源天线会比无源天线信号稍好一些，如果需要改用有源天线可以在GPS的IPEX座子右侧焊接一个10uH或者0R电阻来切换至有源天线。如下图所示：

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注意事项：
1，本扩展板支持PD供电；

2，系统烧写完毕后需要在config.txt文件里面对USB进行配置，请打开config.txt文件确认是否添加了host尾缀：
dtoverlay=dwc2,dr_mode=host
Ubuntu Server 22.04会对USB初始化两次，两条初始化命令都要加上host尾缀；

3，4G Cat1模组的交互串口在树莓派系统下会被自动识别为ttyACM设备类型，不再是之前常用的ttyUSB设备类型；

4，Zero只有一个USB OTG端口，通过顶针和扩展板连接起来之后这个USB OTG不能再外接任何USB设备，也不要用这个OTG端口来供电，更不能用来连接电脑。切记！！！

Mcuzone_Robin

更新记录：
2023-11-08：新创建，树莓派系统和Ubuntu Server下操作演示

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