Mo?va?on California drought Collabora?on with earth - - PowerPoint PPT Presentation

Tethys ¡

¡

Holly ¡Chiang, ¡James ¡Hong, ¡Kevin ¡Kiningham, ¡ Laurynas ¡Riliskis, ¡Philip ¡Levis, ¡Mark ¡Horowitz ¡

Mo?va?on ¡

• California ¡drought ¡
• Collabora?on ¡with ¡earth ¡

sciences ¡and ¡residen?al ¡ housing ¡departments ¡to ¡ reduce ¡water ¡usage ¡across ¡ campus ¡

• Enac?ng ¡effec?ve ¡water ¡

conserva?on ¡policies ¡needs ¡an ¡ understanding ¡of ¡the ¡paFerns ¡ driving ¡water ¡consump?on ¡

Water ¡Flow ¡Sensors ¡

Our ¡Work ¡

Design ¡a ¡water ¡flow ¡sensor ¡that ¡separates ¡data ¡ genera?on ¡from ¡collec?on ¡

• Design, ¡prototype, ¡evalua?on ¡of ¡an ¡energy ¡

harves?ng ¡water ¡flow ¡sensor ¡

• Insights ¡we ¡plan ¡to ¡gain ¡from ¡deploying ¡delay ¡

tolerant ¡networking ¡over ¡data ¡mules ¡

Design ¡Goals ¡

• Record ¡water ¡flow ¡rate ¡and ¡temperature ¡
• Low ¡maintenance ¡costs ¡
• Be ¡able ¡to ¡transmit ¡data ¡wirelessly ¡
• Be ¡easy ¡to ¡assemble ¡
• Be ¡reprogrammable ¡aPer ¡deployment ¡
• Provide ¡reliable ¡and ¡secure ¡data ¡delivery ¡

Previous ¡work ¡on ¡flow ¡rate ¡sensing ¡

• Berkeley ¡team, ¡amphiro, ¡W. ¡Hao ¡et ¡al. ¡: ¡

magne?c ¡rotor ¡

• Upstream: ¡microphones ¡
• HydroSense: ¡pressure ¡drops ¡
• Thermes: ¡temperature ¡gradient ¡

Water ¡Flow ¡and ¡Energy ¡Harves?ng ¡

• Commercial ¡electromagne?c ¡generator ¡
• Flow ¡rate ¡measured ¡through ¡frequency ¡of ¡

generated ¡voltage ¡

Embedded ¡Device ¡

• nRF51822 ¡Cortex ¡M0 ¡Bluetooth ¡SoC ¡
• Rec?fying ¡circuit ¡for ¡generator ¡power ¡
• Two ¡buck ¡converters ¡
• 500mAh ¡baFery ¡
• Voltage ¡clamp ¡for ¡ADC ¡
• Thermistor ¡

¡

33.5mm ¡x ¡38.5mm ¡

Data ¡Collec?on ¡

• Collect ¡?mestamped ¡water ¡flow ¡and ¡

temperature ¡

• ADC ¡samples ¡every ¡2 ¡ms, ¡expected ¡max ¡

frequency ¡of ¡~200Hz ¡

• Delta ¡compression ¡
• Every ¡three ¡readings ¡encrypted ¡using ¡OCB-­‑AES ¡

into ¡20 ¡bytes ¡

3D ¡prin?ng ¡

Material ¡ HDT(◦ ¡C@0.45MPa) ¡ ¡ Biocompa;ble ¡ Process ¡ ABSplus ¡ 96 ¡ No ¡ FDM ¡ Visijet ¡Crystal ¡ 56 ¡ Yes ¡ Polyjet ¡ ABS-­‑like ¡ 82 ¡ No ¡ Polyjet ¡

Sensor ¡costs ¡

Component ¡ Cost ¡($) ¡ Generator ¡ 1.49 ¡ Thermistor ¡ 0.95 ¡ BaFery ¡ 6.36 ¡ Gasket ¡ 2.25 ¡ PCB ¡ 2.25 ¡ PCB ¡Components ¡ 15.56 ¡ One ¡?me ¡tooling ¡cost ¡ 20,000 ¡ Cost ¡per ¡enclosure ¡(200 ¡pieces) ¡ 10 ¡ Cost ¡per ¡enclosure ¡(2000 ¡pieces) ¡ 3 ¡ Device ¡Total ¡(200 ¡pieces) ¡ 138.86 ¡ Device ¡Total ¡(2000 ¡pieces) ¡ 41.86 ¡

Data ¡Transmission ¡

Energy ¡Profile ¡

Ac;vity ¡ Energy/Power ¡ Idle ¡mode ¡ 0.4 ¡mW ¡ Measuring ¡flow ¡ 5.0 ¡mW ¡ Adver?sement ¡(1min ¡interval) ¡ 1.12 ¡uW ¡ Connec?on ¡ 25.6 ¡uJ ¡ Write ¡a ¡packet ¡to ¡flash ¡ 119.3 ¡uJ ¡

Deployment ¡

Measurements ¡

• Op?mal ¡adver?sing ¡interval ¡
• Temporal ¡paFerns ¡in ¡data ¡collec?on ¡
• Number ¡of ¡data ¡replica?ons ¡ ¡
• Delta ¡compression ¡efficiency ¡

¡

Ques?ons? ¡