MEMS可更好地为奶牛授精并预防耐药细菌

智能农业可以出现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）的奥地利同名公司的健康监测系统，以及ST三轴MEMS加速度计。smaXtec的第一个版本使用STM32L4。几年后，该公司希望改进其设计。因此，它采用了STM32WL，因为它将MCU和无线电收发器集成到同一个外壳上。

为什么智能农业渴望更好的数据？

smaXtec： 第一个支持 LoRa 的推注

瘤胃是牛消化道的第一个腔室。这是动物混合并开始消化食物的地方。因此，自 1970 年代以来，农民一直利用它来储存名为推注的小胶囊。第一次推注仅含有维生素和矿物质，会在一个月内溶解。然后，科学家使用推注来给药或跟踪动物的生命体征。smaXtec是第一个支持LoRa的推注。它很小（105 mm x 35 mm），可监测生理数据，如pH值，饮水量，温度，内部收缩等。 它有助于确定奶牛何时发情或即将生病，从而显着增加受精的机会或减少抗生素的使用。

优化人工授精，提高繁殖率

与自然服务相比，人工授精为农民节省了大量资金，消除了繁殖和照顾公牛的成本。尽管如此，人工授精仍然是一个热门的科学话题，因为学者们正在寻找能够产生最佳结果的技术。宾夕法尼亚州立大学农业科学学院估计，最近接受培训的技术人员的平均育种率约为70%。因此，还有改进的余地，尤其是在公牛精液价格继续上涨的情况下。在下面的证词中，一位农民解释了在安装smaXtec推注后，他的“怀孕时间”如何缩短了近一半。

将抗生素使用量减少70%，实现更健康的农业

在动物饲料中过度使用抗生素是另一个关键问题。根据《纽约时报》2018年发表的一项调查，一些饲养员在饲料和水中添加了抗生素，即使动物没有任何疾病迹象。他们以预防疾病的名义这样做，因为这些药物确保奶牛生长得更快。问题在于，它会导致耐药细菌的滋生，然后这些细菌将生活在人体消化道中并造成严重破坏。得益于其智能推注，smaXtec 使农民将抗生素的使用减少了 70%。

如何获得更好的数据？

精密传感器

为了解决授精挑战，smaXtec系统必须精确地确定奶牛何时不仅处于发情状态，而且何时开始发情。事实上，正是在这个时间，动物将最有生育能力，但它发生在“站立发情”阶段结束时。一旦动物达到这个阶段，农民只有大约 12 个小时的时间来诱导排卵，以免为时已晚。因此，该过程需要准确读取动物的状态，而视觉分析无法提供。部分归功于ST传感器，smaXtec推注可以跟踪饮酒行为和瘤胃的pH值，从而提供更准确的读数。

快速转账

同样，smaXtec上的传感器可以跟踪温度和其他行为，以预测动物何时会生病。此外，在检测到发热或发烧的情况下，信息必须快速传输到云端以通知农民。因此，smaXtec采用STM32WL和LoRaWAN®将数据发送到云平台。饲养员在智能手机上收到通知，因此可以近乎实时地监控牲畜的状态。传感器每分钟记录一次信息，微控制器每十分钟将数据发送到云端。

能效

为了实用起见，smaXtec 推注必须在单个电池上持续四年。原因是这是奶牛生产的典型时间范围。电池寿命长意味着饲养员每只动物只需要推注一次。因此，这家奥地利公司使用了具有低功耗模式的意法半导体MEMS加速度计。同样，smaXtec使用STM32WL进一步提高效率。无线电收发器与MCU位于同一封装内，这意味着需要供电的外部组件更少。

smaXtec推注提高效率的另一种方法是使用限制发送到云的数据量的处理算法。在本地执行某些操作始终比长时间唤醒 RF 更有效。因此，STM32WL的效率更高，不会对性能造成任何影响。

实际应用

另一个重要的考虑因素是系统的占用空间。推注太大会对动物产生明显的不适。因此，smaXtec选择了采用小型薄型封装的意法半导体MEMS。该公司还转向了STM32WL，因为它简化了整体设计并缩小了PCB。例如，多亏了MCU，smaXtec团队只需要为Cortex®内核和LoRa收发器使用一个晶体。它使整体设计保持小巧，使其易于吞咽，并帮助农民更快地安装推注。据他们的客户说，农民可以在一天内安装400个推注。

如何开始？

smaXtec移动应用程序

smaXtec使用我们的Nucleo板来测试我们的一些MCU，并试验我们的一些软件解决方案。为了促进开发，该公司使用了我们的STM32CubeWL，该软件包在硬件抽象层和低级API之上包含STM32CubeMX图形用户界面，确保开发人员在我们的MCU上快速启动他们的应用程序。STM32CubeWL还包括一个LoRaWAN堆栈，可快速创建亚千兆赫应用。使用意法半导体代码还有助于更快地获得区域无线认证。由于我们确保我们的实施符合最常见的法规要求，因此使用我们的代码可以帮助开发人员更自信地开始认证过程。

审核编辑：郭婷