遥遥领先Renesas基于LoRa的解决方案

遥遥领先Renesas基于LoRa的解决方案

瑞萨晶振为RL78和Ra微控制器(MCU)系列提供基于LoRa的解决方案，包括实现低功耗和易于设计等特性的通信软件，以及支持轻松评估的无线评估工具。在这个博客中，我想提供一个关于劳拉和劳拉旺的概述®适合不熟悉物联网的通信，以及瑞萨提供的基于LoRa的低功耗解决方案。

瑞萨的解决方案之一包括一个低功耗RL78微控制器(RL78/G23、RL78/G22、RL78/G14)和一个LoRa®收发器(Semtech SX1261/SX1262)用于低功耗操作，蓝牙晶振，该解决方案有助于实现电池寿命长的物联网传感器终端设备。

物联网应用开发要求

考虑到物联网应用从设备收集信息并在现场大范围安装时对其进行控制，一般有以下要求。

• 需要使用远程无线通信来轻松构建网络
• 需要更低的功耗，以减少电池的容量和更换频率
• 需要在云服务中收集设备信息，并分析和可视化数据

LoRa和LoRaWAN作为能够实现这种要求的通信方法之一正引起关注。

远程无线通信

LoRa是一种无线调制技术，其最大的特点是可以远距离通信。在有许多障碍物的城市地区可能有几公里，在某些视线条件下甚至可能超过20公里。它适用于传输小数据，如用于监控和控制的数据，而不是大数据，如图像。应用示例如下:

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长距离、低功率广域无线通信协议(LoRaWAN)

LoRaWAN是一种通信协议，它定义了使用LoRa无线调制技术的通信过程，并由LoRa联盟标准化®。LoRaWAN网络由以下组件组成。

• LoRaWAN设备(具有LoRaWAN无线通信功能的智能电表等。在下文中，称为设备)
• LoRaWAN网关(以下简称网关)
• LoRaWAN网络服务器(以下简称网络服务器)

该设备使用LoRaWAN协议与网关进行无线通信。此后，网关通过互联网等与网络服务器通信。网络服务器管理整个LoRaWAN网络，并控制与无线电相关的参数(频率、数据速率、发送/接收定时等。)用于每个设备和网关，以实现高效和稳定的通信。

LoRaWAN的主要特点包括以下四点。

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长距离通信，低功耗:使用LoRa，间歇操作的可用性

利用LoRa的无线调制技术，实现了LoRaWAN的远程通信功能。此外，LoRaWAN的低功耗特性主要通过间歇运行来实现。在LoRaWAN的典型操作模式中，除了在传输之后的预定时段期间，设备不需要处于接收状态。此外，它不需要定期与网络服务器通信来维护网络。因此，该设备可以采用间歇操作，其中它在大部分时间保持休眠状态，即功耗最低的状态，仅在必要时执行发送和接收，然后返回休眠状态。低功耗性能可以通过延长间歇操作的间隔和尽可能减少睡眠状态下的功耗来实现，睡眠状态占大部分时间。

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提高通信质量和效率:动态切换频率和数据速率

通过在设备每次发射时切换频率，它减少了无线电波干扰的负面影响，并提高了鲁棒性。此外，如果通信环境不好，则降低数据速率，以增加通信时间为代价来提高到网关的可达性。如果通信环境良好，则数据速率增加，通信时间缩短。结果，通过优化(最小化)通信时间，同时根据通信环境保持通信质量，抑制了通信流量并提高了通信效率。

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避障:动态切换网关

当设备传输时，它会将数据传输到所有相邻网关。网络服务器考虑诸如从设备接收数据并通过网关向设备发送数据的网关处的信号强度等参数来选择最佳网关。这样，通过根据通信环境动态地切换到具有良好通信条件的网关，通信不太可能受到障碍物等的影响。，并且可以提高通信稳定性。

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轻松使用云服务:通过网络服务器连接到云服务

一般来说，与云服务的通信需要复杂的通信协议，用于认证和加密等过程，但在LoRaWAN中，网络服务器负责这些复杂的过程，并与云服务通信。因此，设备侧不需要实现云服务的协议。这就是为什么LoRaWAN让设备很容易与云服务配合工作。

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瑞萨基于LoRa的解决方案

瑞萨进口晶振RL78和RA MCU系列提供基于LoRa的解决方案，包括实现低功耗和易于设计等特性的通信软件，以及支持轻松评估的无线评估工具。(*从2022年9月开始支持RA家族。)

通过将瑞萨的超低功耗微控制器(RL78/RA2)与Semtech的LoRa收发器(SX1261/SX1262)相结合，可以轻松构建需要电池供电长期运行的系统。

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小功率

瑞萨的超低功耗微控制器(RL78/RA2)、塞姆泰克的LoRa收发器(SX1261/SX1262)和专为低功耗设计的通信软件相结合，实现了微控制器和LoRa收发器在睡眠模式下的总电流小于1 A(RL78/G23为0.55 A*1).由于休眠模式中的电流可以被最小化，这占了LoRaWAN工作的大部分时间，所以可以实现诸如通过减少电池的容量/数量来降低系统成本以及经历更长寿命的LoRaWAN设备的好处。

易于设计

符合LoRaWAN协议的通信软件，可由at命令控制的示例应用程序，以及与各种云服务(AWS、Azure等)一起工作的示例应用程序。)来可视化传感器数据。该软件充分利用了RL78和RA2 MCU的节能特性，石英贴片晶振，并经过优化以满足LoRaWAN协议的时间限制。因此，利用LoRaWAN协议可以轻松设计低功耗的物联网应用。

易于评估

评估工具有助于在开发前估算功耗，在原型制作后评估无线性能，以及在出现问题时分析协议。因此，它们使得评估开发的应用程序变得容易。由于软件可以在RL78和RA2评估板(快速原型制作板)上工作，因此可以立即开始评估应用。

易于开发和评估的开发环境

软件开发环境包括RL78/G23-64p快速原型板、石英晶体振荡器，RL78/G23-128p快速原型板、RL78/G22快速原型板或RL78/G14快速原型板和SemtechSX1261/SX1262。无线接收器和发射器的使用受到国际标准和国内法规的限制。因此，无线接收器和发射器的使用必须符合所在国家的适用法律法规。