git.gag.com Git - web/altusmetrum/blob - TeleMetrum/index.mdwn

   1 # TeleMetrum
   2
   3 This is a recording dual-deploy altimeter for high power model rocketry
   4 with integrated GPS and telemetry link.
   5
   6 Production units will be available soon from the
   7 [Garbee and Garbee](http://auric.gag.com) web store.
   8
   9 These are photos of our current version,
  10 which includes an integrated GPS receiver and patch antenna:
  11
  12 <a href="v0.2/cimg5164-cropped.jpg"> <img src="v0.2/cimg5164-thumb.jpg"></a>
  13 <a href="v0.2/cimg5171-cropped.jpg"> <img src="v0.2/cimg5171-thumb.jpg"></a>
  14
  15 And this is a photo of our original board with serial port for off-board GPS,
  16 without the big off-board 1000uF cap from the original ejection circuit:
  17
  18 <a href="v0.1/loadedpair.jpg"> <img src="v0.1/loadedpair-thumb.jpg"></a>
  19
  20 ## Motivation ##
  21
  22 Bdale and Keith both own
  23 [BeeLine](http://www.bigredbee.com/BeeLine.htm)
  24 trackers from
  25 [Big Red Bee](http://www.bigredbee.com), and are pretty happy with them.
  26 They use a PIC processor and a TI CC1050 transmitter chip, and
  27 operate in the ham radio 70cm band.
  28
  29 One weekend while attending a conference together, we got to wondering if
  30 we couldn't adapt one to use as a downlink for the
  31 [AltusMetrum](../AltusMetrum/) altimeter board in addition to direction
  32 finding after flight.  That caused us to start thinking about other things
  33 in the design we might want to tweak, and before long we were working on the
  34 design of a new tracker board derived from the BeeLine design.
  35 Another friend at the same conference showed us a board he was working on
  36 using a different part in the same TI series, that integrated a transceiver
  37 and CPU on the same chip.
  38 It didn't take us long to realize that with such a part we could combine and
  39 simplify things by building a new altimeter with integrated RF link!  And
  40 after gaining some experience in 2009 with a first version, we realized we
  41 always want GPS on board, which lead to our current second generation boards.
  42
  43 ## Features ##
  44
  45 ### User View ###
  46
  47 * Recording altimeter for model rocketry
  48 * Supports dual deployment (can fire 2 ejection charges)
  49 * 70cm ham-band transceiver for telemetry downlink
  50 * Barometric pressure sensor good to 45k feet MSL
  51 * 1-axis high-g accelerometer for motor characterization
  52 * On-board, integrated GPS receiver
  53 * On-board non-volatile memory for flight data storage
  54 * USB for power, configuration, and data recovery
  55 * Integrated support for LiPo rechargeable batteries
  56 * Uses LiPo to fire e-matches, optional support for separate pyro battery
  57 * 2.75 x 1 inch board designed to fit inside 29mm airframe coupler tube
  58
  59 ### Developer View ###
  60
  61 * Hardware Features
  62         * [TI CC1111F32](http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/cc1111f32.html) Low Power RF System-on-Chip
  63                 * Sub-1Ghz transceiver
  64                 * 8051 MCU
  65                 * 32k Flash
  66                 * 4k RAM
  67                 * USB 2.0
  68                 * 6 12-bit analog inputs (11 bits with single-ended sensors)
  69                 * 2 channels of serial I/O
  70                 * digital I/O
  71         * [Atmel AT45DB081D](http://www.atmel.com/dyn/products/product_card.asp?part_id=3819) DataFlash memory
  72                 * 1M x 8
  73                 * 256 byte page size
  74                 * SPI interface
  75                 * other parts in this Atmel DataFlash series can optionally be used
  76         * [SkyTraq](http://www.skytraq.com.tw/) Venus634FLPx GPS receiver
  77                 * on-board passive patch antenna
  78                 * U.FL connector with 3.3V DC for optional external amplified antenna
  79                 * async serial interface
  80         * [Freescale MP3H6115A](http://www.freescale.com/webapp/search.partparamdetail.framework?PART_NUMBER=MP3H6115A6U) pressure sensor
  81         * [Freescale MMA2202EG](http://www.freescale.com/webapp/search.partparamdetail.framework?PART_NUMBER=MMA2202EG) 50g accelerometer.  Can use 40-200g variants!
  82 * Software Features
  83         * Written mostly in C with some 8051 assembler
  84         * Runs from on-chip flash, uses on-chip RAM, stores flight data to
  85                 serial DataFlash chip
  86         * USB serial emulation for "console" interface
  87 * Tools Used
  88         * [gEDA](http://www.gpleda.org/) for schematic capture and PCB layout
  89         * [SDCC](http://sdcc.sourceforge.net/) compiler and source debugger
  90 * Licenses
  91         * The hardware is licensed under the [TAPR](http://www.tapr.org) [Open Hardware License](http://www.tapr.org/ohl.html)
  92         * The software is licensed [GPL version 2](http://www.gnu.org/licenses/old-licenses/gpl-2.0.html)
  93
  94 ### v0.1 Differences  ###
  95
  96 * 2.5 x 1 inch board with all parts mounted on one side
  97 * 4-pin PicoBlade serial port connector for attachment of external GPS module
  98 * USB connector projected approximately 3mm over the edge of the board
  99 * Debug connector used 4 IC socket pins on 100 mil centers
 100 * no companion board interface
 101 * [Microchip 25LC1024](http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en520389) CMOS serial EEPROM instead of DataFlash
 102         * 128k x 8
 103         * SPI interface
 104 * [Microchip MCP9700A](http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en027103) discrete temperature sensor
 105 * used 1000uF electrolytic capacitor charged to 5V for pyro supply
 106 * two LEDs instead of one attached to CPU
 107
 108 The elimination of the discrete temperature sensor and second LED were
 109 necessary to support the companion board interface added in v0.2.
 110
 111 ## [Production History](../production) ##
 112
 113 ## [Flight Logs](flightlogs) ##
 114
 115 ## Problems ##
 116
 117 * The CC1111F32 is a 36-pin QFN package, which necessitates reflow
 118   soldering.  Since we needed to reflow solder anyway, and because TI used
 119   them in their reference design, we went a little crazy and used 0402
 120   passive parts everywhere.  That means working under a microscope to
 121   place parts!  Without an inspection microscope, loading and testing these
 122   boards might be impossible.
 123
 124 * The addition of on-board GPS in v0.2 means that the total power consumption
 125   can exceed the rate at which we draw power from the USB interface,
 126   particularly when the GPS is in cold start mode.  This means a battery must
 127   be attached during operation, and also that the battery will only charge
 128   effectively from USB when the board is turned off.
 129
 130 * The v0.1 artwork had three issues, two of which required physical rework
 131   on each board.  All of these issues were fixed in v0.2.
 132
 133         * The USB connector footprint was placed wrong, so that the
 134           connector hung out over the edge of the board instead of being
 135           flush.
 136         * We needed chip select on the SPI memory.  To fix that, we gave up the
 137           ability to put the accelerometer into self-test mode and used that
 138           GPIO line to pull chip select on the memory, which required two
 139           cuts and two jumpers.
 140         * The igniter sense circuits each needed a second resistor to
 141           complete the voltage divider so our 3.3V CPU ADC could read the
 142           5V ejection voltage.  This was fixed by changing two resistor
 143           values, and tacking two additional resistors onto the board
 144           with jumpers to ground.
 145
 146 ## Artifacts ##
 147
 148 The hardware design current gEDA files are available from
 149 [git.gag.com](http://git.gag.com) in the project
 150 [hw/telemetrum](http://git.gag.com/?p=hw/telemetrum;a=summary).
 151
 152 Work on the next version proceeds on the master branch, with occasional
 153 temporary branches created when Bdale is making some major / speculative
 154 change.  The 'v0.2' and 'v0.1' branches document what we're actually flying
 155 right now on the two respective PCB revisions.  The 'ground' branch has a
 156 cut-down schematic used to generate the BOM for partially loading v0.1 boards
 157 to used on the ground.  We call the on-the-ground version 'TeleDongle'.
 158
 159 For those who don't have ready access to the gEDA suite, here are pdf snapshots
 160 of files in more easily readable form.
 161
 162 * These are from the v0.2 branch:
 163  * [schematic](v0.2/telemetrum.pdf)
 164  * [pcb artwork](v0.2/telemetrum.pcb.pdf)
 165  * [bill of materials](v0.2/partslist.csv)
 166 * These are as of the working-v0.1 tag:
 167  * [schematic](v0.1/telemetrum.pdf)
 168  * [pcb artwork](v0.1/telemetrum.pcb.pdf)
 169  * [bill of materials](v0.1/telemetrum.bom)
 170
 171 Our [AltOS](../AltOS) firmware works well enough that we now routinely fly
 172 TeleMetrum with no backup.  Rockets with v0.1 boards have exceeded 50g
 173 acceleration, been above Mach 1, and reached altitudes greater
 174 than 12k feet AGL with great results.  Keith's ground station program
 175 called ao-view logs telemetry to disk, displays current and max values for
 176 key parameters during flight, and even includes voice synthesis
 177 during the flight so that our eyes can stay on the rockets!  We have post
 178 flight analysis software that makes it easy to extract data from the board,
 179 analyze it, and even generate KML files for viewing flights in GoogleEarth!
 180 More details on the software, including full source code and pre-built packages
 181 can be found on the [AltOS](../AltOS) page on this site.
 182
 183 ## Future Plans ##
 184
 185 As of early March 2010, three prototypes of v0.2 exist and have flown with
 186 great success.  We will initiate a production run shortly with the goal of
 187 making TeleMetrum available in assembled and tested form to others in the
 188 rocketry hobby in time for the 2010 flying season.
 189
 190 Because we understand that not everyone uses Linux, we are investigating
 191 the best way to make a cross-platform ground station program for use with
 192 [AltOS](../AltOS), perhaps in Java...