The  Moo  and  Cement  Shoes:  Future  Direc*ons  of  A  Prac*cal  Sense-­‐Control-­‐Actuate  

Applica*on  

Miran  Alhaideri1,  Michael  Rushanan2,  Denis  Foo  Kune1,  Kevin  Fu1  1University  of  Michigan  

2Johns  Hopkins  University      

September  29th,  2013  (Montreal,  Canada)  

Mo*va*on  •  Cyber-­‐physical  buildings  

•  Real-­‐world  applica*on  of  sensor  swarms  

•  Monitoring  structural  integrity  –  concrete  strength  vs.  curing  temperature  –  posi*onal  changes  over  *me  

(SEC  2013)  The  Moo  and  Cement  Shoes  (Miran  Alhaideri)   2  

The  Moo  PlaQorm  •  Computa+onal  RFID  Device  

─  based  on  Intel  DL  Wisp  4.1  ─  wireless  power  &  back-­‐scaXer  communica*on  ─  programmable  MCU  with  nonvola*le  flash  memory  ─  temperature  and  accelerometer  sensors  

   •  RFID  Reader  

─  generate  UHF  RF  signal  for  power  ─  send  and  receive  data  packets  from  Moo  

3  (SEC  2013)  The  Moo  and  Cement  Shoes  (Miran  Alhaideri)  

Deployment  Process  

Firmware  Development    

PoZng  Moos    Implan*ng  Moos  in  Wall    Talking  to  Moos      

4  (SEC  2013)  The  Moo  and  Cement  Shoes  (Miran  Alhaideri)  

Firmware  Development  •  Assign  unique  ID  to  each  Moo  

•  Toggle  temperature  and  accelerometer  sensor  

•  Sample  sensor  using  the  ADC  

•  Send  data  back  to  the  reader  

(SEC  2013)  The  Moo  and  Cement  Shoes  (Miran  Alhaideri)   5  

PoZng  Devices  

(SEC  2013)  The  Moo  and  Cement  Shoes  (Miran  Alhaideri)   6  

Posi*oning  Moos  

(SEC  2013)  The  Moo  and  Cement  Shoes  (Miran  Alhaideri)   7  

Moo  Placement  in  Walls  

8  (SEC  2013)  The  Moo  and  Cement  Shoes  (Miran  Alhaideri)  

9  (SEC  2013)  The  Moo  and  Cement  Shoes  (Miran  Alhaideri)  

Scanning  the  Walls  

Sample  Results  Temperature  :me-­‐series  

Accelerometer  :me-­‐series  

10  (SEC  2013)  The  Moo  and  Cement  Shoes  (Miran  Alhaideri)  

Challenges  •  25  %  Working  Device  Yield  

–  Signal  aXenua*on  inside  (moist)  concrete  –  limita*ons  of  back-­‐scaXering  –  shortened  read  range  

 •  Limita*ons  of  Sensors  

–  noisy  (analog)  data  –  accuracy  of  sensors  over  *me  

11  (SEC  2013)  The  Moo  and  Cement  Shoes  (Miran  Alhaideri)  

Next  Genera*on  Moo  

12  (SEC  2013)  The  Moo  and  Cement  Shoes  (Miran  Alhaideri)  

•  Industry-­‐leading  low  power  MCU  (the  Wolverine)  –  4x  lower  ac*ve  mode  current  consump*on  –  FRAM  memory:  faster,  more  efficient  writes    –  crypto  co-­‐processor  

•  Limita*ons  of  Sensors  –  100x  improvement  in  power  consump*on    –  accuracy  of  sensors  over  *me  

Tech  Specs  

Feature   Moo  1.1   Moo  2.0  

Microcontroller   MSP430F2618   MSP430FR5969  

Ac*ve  Mode  @  1Mhz   365  uA   100  uA  

Max  Clock  Speed  @  1.8V   4  MHz   16  MHz  

Crypto  Co-­‐Processor   No     Yes  

Memory   116  KB  Flash   64  KB  FRAM  

Accelerometer   ADXL330   ADXL362  

13  (SEC  2013)  The  Moo  and  Cement  Shoes  (Miran  Alhaideri)  

Experiments!  

14  (SEC  2013)  The  Moo  and  Cement  Shoes  (Miran  Alhaideri)  

Moo  Details  –  Block  Diagram  

(SEC  2013)  The  Moo  and  Cement  Shoes  (Miran  Alhaideri)   15