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Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iii

Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v

List of Figures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . viii

1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.2 Problem Deﬁnition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.3 Desired Equipment Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.4 Proposed Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.5 Scope of Impact . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2 Subject Review . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.1 Current Methods of Subsurface Property Estimation . . . . . . . . . . . . . 8

2.2 Current Methods of Environmental Property Determination . . . . . . . . . 9

2.3 The ZigBee Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.4 Missing Analysis Opportunities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.5 Survey of Existing Product . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.5.1 Campbell Scientiﬁc Incorporated . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.5.2 Sutron Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.5.3 Automata Incorporated . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.5.4 Decagon Devices Incorporated . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.6 Summary of Product Reviews . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3 Product Deﬁnition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.1 Design Requirement Survey . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.2 Hardware Platform Breakdow n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.2.1 Power Supply Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3.2.2 Controller Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3.2.3 SDI-12 Communications Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.2.4 Analog Measurement Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3.2.5 Digital Measurement Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3.2.6 Switched Power Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3.2.7 Serial Communications Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.2.8 ZigBee Communications Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.2.9 External Flash Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.2.10 Removable Flash Memory Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.2.11 User Interface Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.3 Firmware Breakdown . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26