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

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发表于 2023-11-8 15:12:28 | 显示全部楼层 | 阅读模式
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:
香橙派zero 2W 扩展板 02(1).jpg
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发表于 2023-11-8 15:13:17 | 显示全部楼层
安装示意图和尺寸图:

树莓派zero扩展板.jpg




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发表于 2023-11-8 15:20:34 | 显示全部楼层
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:
Zero尺寸Cat1_01_ping_fail.png

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
Zero尺寸Cat1_02_nameserver.png


3,添加完毕后重新执行ping包测试:
Zero尺寸Cat1_03_ping.png

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
Zero尺寸Cat1_04_acm.png


5,接下来安装minicom,打开ttyACM设备:
Zero尺寸Cat1_05_dev_minicom.png


6,进入AT后执行常规的AT命令对模块状态进行检查:
Zero尺寸Cat1_06_at.png

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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发表于 2023-11-8 15:21:28 | 显示全部楼层
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。
Zero尺寸Cat1_Ubuntu_Server_02_ipaddr.png


3,进入到/etc/netplan目录,打开50开头的yaml文件并添加网卡:
Zero尺寸Cat1_Ubuntu_Server_03_netplan.png


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:
Zero尺寸Cat1_Ubuntu_Server_04_ipv6.png

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:
Zero尺寸Cat1_Ubuntu_Server_05_ttyACM.png

6,进入AT后可以进行常规交互:
Zero尺寸Cat1_Ubuntu_Server_06_at.png




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发表于 2023-11-8 15:24:32 | 显示全部楼层
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
Cat1_GPS01.png


2,等待GNSS/GPS获取定位:
Cat1_GPS02.png

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:
CAT1_GPS_PAnt.png



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发表于 2023-11-8 15:32:43 | 显示全部楼层
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!!!




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发表于 2023-11-8 16:15:35 | 显示全部楼层
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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淘宝:mcuzone.taobao.com 或者搜索店铺:野芯科技
销售QQ: 735148854
技术支持邮件:mcuzone@vip.qq.com
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