智能農(nóng)業(yè)可以出現(xiàn)在最意想不到的地方，例如smaXtec中的奶牛瘤胃，使用STM32WL微控制器（MCU）的奧地利同名公司的健康監(jiān)測系統(tǒng)，以及ST三軸MEMS加速度計。smaXtec的第一個版本使用STM32L4。幾年后，該公司希望改進(jìn)其設(shè)計。因此，它采用了STM32WL，因為它將MCU和無線電收發(fā)器集成到同一個外殼上。

為什么智能農(nóng)業(yè)渴望更好的數(shù)據(jù)？

smaXtec： 第一個支持 LoRa 的推注

瘤胃是牛消化道的第一個腔室。這是動物混合并開始消化食物的地方。因此，自 1970 年代以來，農(nóng)民一直利用它來儲存名為推注的小膠囊。第一次推注僅含有維生素和礦物質(zhì)，會在一個月內(nèi)溶解。然后，科學(xué)家使用推注來給藥或跟蹤動物的生命體征。smaXtec是第一個支持LoRa的推注。它很小（105 mm x 35 mm），可監(jiān)測生理數(shù)據(jù)，如pH值，飲水量，溫度，內(nèi)部收縮等。 它有助于確定奶牛何時發(fā)情或即將生病，從而顯著增加受精的機(jī)會或減少抗生素的使用。

優(yōu)化人工授精，提高繁殖率

與自然服務(wù)相比，人工授精為農(nóng)民節(jié)省了大量資金，消除了繁殖和照顧公牛的成本。盡管如此，人工授精仍然是一個熱門的科學(xué)話題，因為學(xué)者們正在尋找能夠產(chǎn)生最佳結(jié)果的技術(shù)。賓夕法尼亞州立大學(xué)農(nóng)業(yè)科學(xué)學(xué)院估計，最近接受培訓(xùn)的技術(shù)人員的平均育種率約為70%。因此，還有改進(jìn)的余地，尤其是在公牛精液價格繼續(xù)上漲的情況下。在下面的證詞中，一位農(nóng)民解釋了在安裝smaXtec推注后，他的“懷孕時間”如何縮短了近一半。

將抗生素使用量減少70%，實(shí)現(xiàn)更健康的農(nóng)業(yè)

在動物飼料中過度使用抗生素是另一個關(guān)鍵問題。根據(jù)《紐約時報》2018年發(fā)表的一項調(diào)查，一些飼養(yǎng)員在飼料和水中添加了抗生素，即使動物沒有任何疾病跡象。他們以預(yù)防疾病的名義這樣做，因為這些藥物確保奶牛生長得更快。問題在于，它會導(dǎo)致耐藥細(xì)菌的滋生，然后這些細(xì)菌將生活在人體消化道中并造成嚴(yán)重破壞。得益于其智能推注，smaXtec 使農(nóng)民將抗生素的使用減少了 70%。

如何獲得更好的數(shù)據(jù)？

精密傳感器

為了解決授精挑戰(zhàn)，smaXtec系統(tǒng)必須精確地確定奶牛何時不僅處于發(fā)情狀態(tài)，而且何時開始發(fā)情。事實(shí)上，正是在這個時間，動物將最有生育能力，但它發(fā)生在“站立發(fā)情”階段結(jié)束時。一旦動物達(dá)到這個階段，農(nóng)民只有大約 12 個小時的時間來誘導(dǎo)排卵，以免為時已晚。因此，該過程需要準(zhǔn)確讀取動物的狀態(tài)，而視覺分析無法提供。部分歸功于ST傳感器，smaXtec推注可以跟蹤飲酒行為和瘤胃的pH值，從而提供更準(zhǔn)確的讀數(shù)。

快速轉(zhuǎn)賬

同樣，smaXtec上的傳感器可以跟蹤溫度和其他行為，以預(yù)測動物何時會生病。此外，在檢測到發(fā)熱或發(fā)燒的情況下，信息必須快速傳輸?shù)皆贫艘酝ㄖr(nóng)民。因此，smaXtec采用STM32WL和LoRaWAN?將數(shù)據(jù)發(fā)送到云平臺。飼養(yǎng)員在智能手機(jī)上收到通知，因此可以近乎實(shí)時地監(jiān)控牲畜的狀態(tài)。傳感器每分鐘記錄一次信息，微控制器每十分鐘將數(shù)據(jù)發(fā)送到云端。

能效

為了實(shí)用起見，smaXtec 推注必須在單個電池上持續(xù)四年。原因是這是奶牛生產(chǎn)的典型時間范圍。電池壽命長意味著飼養(yǎng)員每只動物只需要推注一次。因此，這家奧地利公司使用了具有低功耗模式的意法半導(dǎo)體MEMS加速度計。同樣，smaXtec使用STM32WL進(jìn)一步提高效率。無線電收發(fā)器與MCU位于同一封裝內(nèi)，這意味著需要供電的外部組件更少。

smaXtec推注提高效率的另一種方法是使用限制發(fā)送到云的數(shù)據(jù)量的處理算法。在本地執(zhí)行某些操作始終比長時間喚醒 RF 更有效。因此，STM32WL的效率更高，不會對性能造成任何影響。

實(shí)際應(yīng)用

另一個重要的考慮因素是系統(tǒng)的占用空間。推注太大會對動物產(chǎn)生明顯的不適。因此，smaXtec選擇了采用小型薄型封裝的意法半導(dǎo)體MEMS。該公司還轉(zhuǎn)向了STM32WL，因為它簡化了整體設(shè)計并縮小了PCB。例如，多虧了MCU，smaXtec團(tuán)隊只需要為Cortex?內(nèi)核和LoRa收發(fā)器使用一個晶體。它使整體設(shè)計保持小巧，使其易于吞咽，并幫助農(nóng)民更快地安裝推注。據(jù)他們的客戶說，農(nóng)民可以在一天內(nèi)安裝400個推注。

如何開始？

smaXtec移動應(yīng)用程序

smaXtec使用我們的Nucleo板來測試我們的一些MCU，并試驗我們的一些軟件解決方案。為了促進(jìn)開發(fā)，該公司使用了我們的STM32CubeWL，該軟件包在硬件抽象層和低級API之上包含STM32CubeMX圖形用戶界面，確保開發(fā)人員在我們的MCU上快速啟動他們的應(yīng)用程序。STM32CubeWL還包括一個LoRaWAN堆棧，可快速創(chuàng)建亞千兆赫應(yīng)用。使用意法半導(dǎo)體代碼還有助于更快地獲得區(qū)域無線認(rèn)證。由于我們確保我們的實(shí)施符合最常見的法規(guī)要求，因此使用我們的代碼可以幫助開發(fā)人員更自信地開始認(rèn)證過程。

審核編輯：郭婷