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Raspberry Pi 4G LTE HAT 入门指南

概述​

4G Raspberry Pi HAT 是一款功能强大且多用途的扩展板，设计用于与 Raspberry Pi 各型号（包括 A+、B+、Pi 2、Pi 3、Pi 4、Pi 5 和 Zero）以及 PC 的无缝集成。配备 40 针 GPIO 接口，确保即插即用的兼容性。该 HAT 搭载 Quectel EG25-GL CAT4 LTE 模块，提供高速 4G 通信、短信功能以及 IoT 和 M2M 应用的云平台集成。此外，它还通过 Qualcomm® IZat 技术提供精准的 GNSS 定位，非常适合工业路由器、坚固型平板电脑、视频传输和数字标牌等应用。HAT 支持通过 UART 和 USB 进行通信，并附带软件工具，便于通过 AT 指令进行配置和调试。

核心模块 EG25-GL 提供强大的性能，支持全球频段，确保在 LTE、UMTS/HSPA+ 和 GSM/GPRS/EDGE 网络中的可靠连接。向后兼容 4G、3G 和 2G，支持多种通信协议，如 MIMO、DFOTA 和 DTMF。其多星座 GNSS 接收器确保定位精准且快速。

包装内容​

4G LTE HAT 包装内包含安装和操作所需的所有组件：

  • 螺丝和螺柱 提供安装和固定 HAT 所需的所有硬件。
  • 螺丝刀 便于安装的工具。
  • 2 根 4G 天线 确保可靠的 LTE 连接。
  • USB-A 转 USB-C 转接头 用于连接 HAT 和 Raspberry Pi 的 USB 3.0 接口。
  • 2x20 针叠加排针 提供安装时所需的高度和对齐间隙。
  • 0.3 米 Type-C 数据线 支持供电和数据传输。

硬件准备​

Raspberry Pi 5GPS 天线Raspberry Pi 4G LTE CAT4 HAT
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特性​

  • 支持全球频段，无区域限制。
  • 即插即用，适配树莓派，无需安装驱动。
  • 包含2根LTE天线及所有必要的安装配件，无需额外购买。
  • 高速LTE CAT4通信，支持最高150 Mbps（下行）和最高50 Mbps（上行）。
  • 支持拨号、短信、TCP、UDP、PPP、FTP、HTTP、NTP、PING、QMI、NITZ、SMTP、MQTT、CMUX、HTTPS、FTPS、SMTPS、SSL、MMS、文件传输。
  • 支持GNSS：GPS、GLONASS、北斗（BDS）、伽利略（Galileo）、QZSS。
  • 通过USB 2.0接口实现树莓派/PC的高速4G通信。
  • 额外的支持PD协议的USB-C电源接口，可为4G帽和树莓派分别提供高达27W的电力，提供更高的负载能力。
  • 板载LED PWR/NET状态灯，便于监控网络状态和模块运行。
  • 板载RST PWR按钮，可快速手动复位和控制模块开/关。
  • RST/PWR/RX/TX引脚通过40针GPIO连接到树莓派，可通过DIP开关启用复位、模块开/关和UART通信控制。

规格​

EG25-GL 4G模块规格​

属性详情
区域/运营商全球
尺寸（mm）29.0 × 32.0 × 2.4
重量（g）约4.9
工作温度-35°C 至 +75°C
扩展温度-40°C 至 +85°C
频段
- LTE-FDDB1/2/3/4/5/7/8/12/13/18/19/20/25/26/28/66
- LTE-TDDB34/38/39/40/41
- WCDMAB1/2/4/5/6/8/19
- TD-SCDMA不支持
- GSM/EDGEB2/3/5/8
GNSSGPS/GLONASS/北斗（BDS）/伽利略（Galileo）/QZSS
增强功能
- DTMF支持
- DFOTA支持
- QMI/RmNet支持
- QuecFile®支持
- (U)SIM卡检测支持
最大数据速率
- LTE-FDD（Mbps）150（下行）/50（上行）
- LTE-TDD（Mbps）130（下行）/30（上行）
- DC-HSPA+（Mbps）42（下行）/5.76（上行）
- WCDMA（kbps）384（下行）/384（上行）
- EDGE（kbps）296（下行）/236.8（上行）
- GPRS（kbps）107（下行）/85.6（上行）
支持的协议TCP、UDP、PPP、FTP、HTTP、NTP、PING、QMI、NITZ、SMTP、MQTT、CMUX、HTTPS、FTPS、SMTPS、SSL、MMS、文件传输
电气特性
- 电源电压范围3.3–4.3 V，典型值3.8 V
- 功耗（关机）7 µA
- 功耗（睡眠）1.3 mA
- 功耗（空闲）15.7 mA

硬件概览​

4G LTE HAT 与 Raspberry Pi GPIO 连接​

4G LTE HAT 通过标准的 40 针 GPIO 接口与 Raspberry Pi 连接，实现无缝集成。主要的 GPIO 连接及其功能如下：

  • 电源供应 (5V)：HAT 通过 GPIO 接口上的 5V 引脚从 Raspberry Pi 获取电源。在连接 PowerMode 开关跳线后，Raspberry Pi 也可以通过这些引脚反向供电。

  • UART 通信 (RX/TX)：Raspberry Pi 的 GPIO 引脚 8 (TXD) 和 10 (RXD) 连接到 HAT，作为与 4G 模块通信的主要 UART 接口。需要注意的是，PCB 上的 DIP 开关需要进行调整。具体设置将在后续的 DIP 开关部分详细讨论。

  • 复位 (RST)：GPIO 引脚 29 连接到 4G 模块的复位引脚，允许 Raspberry Pi 通过切换信号复位 4G 模块（默认低电平，高电平触发复位）。需要注意的是，PCB 上的 DIP 开关需要进行调整。具体设置将在后续的 DIP 开关部分详细讨论。

  • 电源控制 (PWR)：GPIO 引脚 31 连接到 4G 模块的电源控制引脚，使 Raspberry Pi 能够通过高电平信号打开模块，或通过低电平信号关闭模块。

这些连接确保了 Raspberry Pi 能够有效地为 4G LTE HAT 供电、通信和控制。需要注意的是，PCB 上的 DIP 开关需要进行调整。具体设置将在后续的 DIP 开关部分详细讨论。

电源供应​

4G LTE HAT 支持多种电源供应模式，以确保灵活性和兼容性：

  1. Raspberry Pi 40 针 5V 电源供应：HAT 可以直接从 Raspberry Pi 的 40 针 GPIO 接口上的 5V 引脚获取电源。这种方式适用于小型应用，但对于较大的功率需求可能不足，需要进行可靠性测试。
  1. Raspberry Pi USB-A 或 USB-C 电源供应：HAT 可以通过 Raspberry Pi 的板载 USB-A 或 USB-C 接口供电。套件中包含的适配器简化了此设置，允许直接连接到 HAT。

由 Raspberry Pi 供电。

由 PC 供电。

  1. 外部 USB-C 电源供应：可以为 HAT 连接一个独立的 USB-C 电源，该电源支持 5-15V PD 电源供应，最大可提供 27W 功率。通过使用跳线，HAT 还可以通过 40 针 GPIO 接口直接为 Raspberry Pi 供电。

这些选项提供了灵活性，以满足不同应用需求和功率需求。需要注意的是，PCB 上的 DIP 开关需要进行调整。具体设置将在后续的 DIP 开关部分详细讨论。

单独为 4G HAT 供电。

同时为 4G HAT 和 Raspberry Pi 供电。

SIM 卡插槽​

4G LTE HAT 包含一个用于 CAT4 模块的 SIM 卡插槽，支持 3V 或 1.8V 电压的 Nano SIM 卡。为了正确安装，SIM 卡插槽应与位于其下方的 Raspberry Pi 网络端口垂直对齐。这可以确保连接安全并实现最佳性能。

天线连接​

4G LTE HAT 支持三个天线连接，每个连接使用 IPEX 1 接口：

  1. 主 LTE 天线接口：用于主要的 LTE 连接。
  2. 辅助 LTE 天线接口：提供辅助 LTE 支持，以增强性能。
  3. GPS/GNSS 天线接口：专用于 GPS 和 GNSS 功能，确保精确定位。

这些天线选项确保了 LTE 和基于位置的应用的强大可靠连接。

LED 指示灯​

4G LTE HAT 配备了两个 LED 指示灯，用于状态监控：

  • PWR LED（红色）：亮起表示 HAT 的电源状态。
  • NET LED（蓝色）：指示网络连接状态。在活动连接和数据传输期间以特定间隔闪烁，如果未建立连接则保持关闭。

网络指示灯状态及对应的网络状态

指示灯指示灯状态对应的网络状态
NET_STATUS闪烁 (200 毫秒亮 / 1800 毫秒灭)已注册到 2G 网络
闪烁 (1800 毫秒亮 / 200 毫秒灭)已注册到 4G 网络
常亮数据传输中
熄灭无网络连接

这些 LED 提供了关于 HAT 电源和网络活动的快速视觉反馈。

USB-C 接口​

4G LTE HAT 包含两个具有不同功能的 USB-C 接口：

  1. USB-C 1 接口
  • 集成了 EC25 模块，支持 USB 2.0 功能。
  • 支持 AT 命令通信、数据传输、GNSS NMEA 输出、软件调试和固件升级。
  1. USB-C 2 接口
  • 用于为 LTE HAT 提供高达 5V-15V 的高功率供电。
  • 电源供电可以通过 DIP 开关进行切换。
  • 连接 PowerMode 开关跳线后，该接口可直接为 Raspberry Pi 供电。

这些接口确保了 HAT 的高效通信、调试和电源传输。 这些接口为 HAT 提供了高效的通信和调试功能，其中 USB-C 2 接口专用于电源传输。

Boot Pads​

  • 提供对 LTE 模块的 USB_BOOT 引脚和 1.8V VDD 的访问。
  • 短接 USB_BOOT 引脚可强制 LTE 模块进入启动模式，从而通过 USB-C 1 接口进行固件烧录。

RST/PWR 按钮​

  • RST 按钮：一键重置 LTE 模块。按钮为水平安装，设计便于操作。
  • PWR 按钮：
    • 在关闭状态下，按下按钮可开启 HAT。
    • 在开启状态下，长按按钮可关闭 HAT。

DIP 开关​

  • 自动开机开关：
    • 0（关闭）：禁用。
    • 1（开启）：在通电后自动开启 LTE HAT。
  • 外部电源开关：
    • 0（关闭）：禁用。
    • 1（开启）：允许通过 USB-C 2 接口提供外部电源。
  • RX 连接开关：
    • 0（关闭）：禁用。
    • 1（开启）：启用与 Raspberry Pi UART-RX 的通信。
  • TX 连接开关：
    • 0（关闭）：禁用。
    • 1（开启）：启用与 Raspberry Pi UART-TX 的通信。
  • RST 连接开关：
    • 0（关闭）：禁用。
    • 1（开启）：允许 Raspberry Pi 通过 GPIO 控制 LTE 模块的重置。
  • PWR 连接开关：
    • 0（关闭）：禁用。
    • 1（开启）：允许 Raspberry Pi 通过 GPIO 控制 LTE 模块的电源状态。

布局​

4G LTE HAT 的设计经过精心对齐和布局，以便与 Raspberry Pi 5 无缝集成：

  • USB-C 1 接口：安装后，与 Raspberry Pi 5 的 USB 3.0 接口垂直对齐。
  • USB-C 2 接口：与 Raspberry Pi 5 的 USB-C 电源端口垂直对齐。
  • Nano SIM 卡槽：与 Raspberry Pi 5 的以太网端口垂直对齐。
  • 状态指示灯（PWR/NET）：这些指示灯与 Raspberry Pi 5 的状态 LED 垂直对齐，便于清晰查看。
  • 天线连接器：三个均匀分布的天线连接器位于板后部，便于连接。
  • Boot Pads：方便地位于板的外缘，允许用户轻松短接以进行启动模式操作。

这种周到的布局确保了与 Raspberry Pi 5 的兼容性、易用性和整洁的安装设置。

HAT 结构与 Raspberry Pi 兼容性​

4G LTE HAT 的设计与 Raspberry Pi 的尺寸相匹配，确保无缝集成。主要的兼容性和结构特点包括：

  • 40 针 GPIO 对齐：HAT 通过 40 针 GPIO 接头连接，并与 Raspberry Pi 完美对齐。添加了堆叠连接器以保持与官方 Raspberry Pi 散热器的兼容性。

  • 支持 USB-A 转 USB-C 适配器：安装堆叠连接器后，USB-C 1 端口位于适当的高度，可直接连接 USB-A 转 USB-C 适配器。

  • 摄像头连接器访问：PCB 布局为 Raspberry Pi 5 的摄像头连接器预留了空间，并提供了孔位以便摄像头线缆轻松通过。

  • 固定安装孔：HAT 包含四个安装孔，与 Raspberry Pi 5 的安装点对齐，可通过铜柱和螺钉确保牢固固定。

  • 高度调整：堆叠接头将 HAT 提升到 Raspberry Pi 上方的适当高度，为组件提供足够的间隙，并确保 USB-C 1 端口可用。

这些设计考虑使 HAT 完全兼容 Raspberry Pi 5，同时保持易于安装和功能性。

安装指南​

软件准备​

对于 Windows​

步骤 1：安装驱动程序

对于 Windows 用户，下载并安装 模块所需的驱动程序。 这是与模块正常通信的必要条件。

步骤 2：连接模块 使用 USB 线缆将模块插入 PC。 确保 SIM 卡已正确插入模块。

步骤 3：启动模块 按下模块上的电源按钮以启动模块。

步骤 4：访问通信端口 安装驱动程序后，您将看到三个独立的 COM 端口可用于与模块通信。

步骤 5：安装 GUI 工具 (QCOM v1.6)

下载并安装 QCOM v1.6，这是一个用于与模块交互的图形界面工具。 打开工具以开始发送 AT 命令。

步骤 6：配置并测试 COM 端口

打开 GUI 工具并选择模块的相应 COM 端口。 根据需要调整通信设置（例如波特率）。

在命令输入框中输入以下测试命令：

AT

步骤 7：验证输出

如果设置成功，模块将返回以下输出：

OK

Raspberry Pi​

步骤 1：安装驱动程序

  • 1.1. 验证内核兼容性 确保您的 Raspberry Pi 安装了最新的内核。使用以下命令检查内核版本：
uname -r

本指南使用的内核版本为 6.6.xx（Bookworm）。安装相应的 Quectel USB 驱动程序。

  • 1.2. 更新并安装所需工具 运行以下命令更新系统并安装必要的工具：
sudo apt upgrade
sudo apt install git make gcc
  • 1.3. 下载并安装 Quectel USB 驱动程序 克隆驱动程序仓库并构建驱动程序：
git clone https://github.com/QuecPython/Quectel_Linux_USB_Serial_Option_Driver.git
cd Quectel_Linux_USB_Serial_Option_Driver/src/v6.4.11
sudo make install
  • 1.4. 连接并验证

通过 USB 将模块连接到 Raspberry Pi。 按下模块上的电源按钮。 验证模块是否被正确检测：

lsusb
ls /dev/ttyUSB*

对于 AT 命令，使用 /dev/ttyUSB2 作为通信端口。

步骤 2：安装 Minicom

  • 2.1. 安装 Minicom 安装 Minicom 工具以发送 AT 命令：
sudo apt install minicom
  • 2.2. 配置 Minicom 以设置模式运行 Minicom：
sudo minicom -s

配置以下设置：

端口: /dev/ttyUSB2
波特率: 9600
校验: N

步骤 3：使用 AT 命令测试

  • 3.1 在配置的端口上打开 Minicom
sudo minicom -D /dev/ttyUSB2

输入以下命令测试通信：

AT

模块应返回以下响应：

OK

资源​

技术支持与产品讨论​

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