【应用】瑞萨为RL78和RA系列微控制器提供基于LoRa的低功耗物联网解决方案
瑞萨为RL78和RA系列微控制器提供了基于LoRa的解决方案，例如实现了低功耗和易于设计特性的通信软件以及能够使得评估变容易的无线评估工具。在本文中，瑞萨工程师介绍适用于IoT应用的LoRa和LoRaWAN®通信，以及瑞萨提供的低功耗LoRa解决方案。
IoT应用开发的要求
考虑到物联网应用需要（在安装现场大范围内）从设备收集信息和控制设备，它们通常有以下要求：
1、 要求使用远程无线通信来构建一个网络
2、 需要较低的功耗以降低电池的容量和更换频率
3、 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作为能够实现此类需求的通信方法之一而备受关注。
远程无线通信（Long-Range Wireless Communication，LoRa）
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，该技术的距离可能只有几公里，在某些视线条件下，该距离甚至可能超过20公里。它适用于传输诸如用于监视和控制的小尺寸（去掉尺寸）数据，而不是诸如图像的大尺寸（去掉尺寸）数据。示例应用如下：
远程低功耗广域无线通信协议（Long-Range, Low-Power Wide Area Wireless Communication Protocol，LoRaWAN）
LoRaWAN是一种通信协议，它定义了通信程序，使用LoRa无线调制技术（使用LoRa无线调制技术的通信程序），并由LoRa Alliance®标准化。LoRaWAN网络由以下组件组成。
1、LoRaWAN设备（具有LoRaWAN无线通信功能等的智能仪表，以下称为设备）
2、LoRaWAN网关（以下简称网关）
3、LoRaWAN网络服务器（以下称为网络服务器）
该设备使用LoRaWAN协议与网关进行无线通信。之后，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，并控制用于每个设备和网关的无线电相关参数（频率、数据速率、发送/接收定时等），以实现高效和稳定的通信。LoRaWAN的主要功能包括以下四点。
远程通信，低功耗：LoRa的使用，可以间歇性操作
利用LoRa的无线调制技术实现了LoRaWAN的远程通信特性。此外，LoRaWAN的低功耗特性主要通过间歇性操作实现。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，它不需要与网络服务器定期通信来维护网络。因此，该设备可以采用间歇操作，其中它在大部分时间内保持睡眠状态，即功耗最低的状态，仅在必要时执行发送和接收，并返回到睡眠状态。通过延长间歇操作的间隔并尽可能减少占据大部分时间的睡眠状态下的功耗，可以实现低功耗性能。
提高通信质量和效率：动态切换频率和数据速率
通过在设备每次发送时切换频率，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，则降低数据速率以提高到网关的可达性，代价是增加通信时间。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，从而抑制了通信流量并提高了通信效率。
障碍回避：动态切换网关
当设备传输时，它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的网关处的信号强度之类的参数来选择最佳网关，并经由网关向设备发送数据。这样，通过根据通信环境动态切换到具有良好通信条件的网关，通信不太可能受到障碍等的影响，并且可以提高通信稳定性。
易于使用云服务：通过网络服务器连接到云服务
通常，与云服务的通信需要复杂的通信协议来处理诸如认证和加密之类的过程，但是在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，设备端不需要实现云服务的协议。这就是为什么LoRaWAN可以让设备轻松地使用云服务。
瑞萨基于LoRa的解决方案
瑞萨为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功能的通信软件，以及便于评估的无线评估工具。（*自2022年9月起，RA家族获得支持。）
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的长期运行的系统。
低功耗
RENESAS的超低功耗微控制器（RL78/RA2）、Semtech的LoRa收发器（SX1261/SX1262）以及为低功耗而设计的通信软件的组合，实现了微控制器和LoRa收发器在休眠模式下的总电流小于1µA（RL78/G23*1的情况下为0.55µA）。在睡眠模式下，电流为最小化，而该模式占了LoRaWAN运行的大部分时间，因此可以实现通过减少电池容量/数量来降低系统成本等好处，并且可以延长LoRaWAN设备的寿命。
*1） 有关条件的详细信息，请参阅瑞萨网站上基于LoRa®的RL78系列解决方案页面。
易于设计
瑞萨提供了符合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）一起工作以可视化传感器数据的示例应用。该软件充分利用了RL78和RA2 MCU的节能功能，并已进行了优化，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程序。
易于评估
评估工具有助于在开发前估计功耗，在原型设计后评估无线性能，并在出现问题时分析协议。因此，它们使评估开发的应用程序变得容易。由于该软件可以在RL78和RA2评估板（快速原型板）上工作，因此可以立即开始应用程序的评估。
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