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? ¡