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 These are photos of our current version,
   7 which includes an integrated GPS receiver and patch antenna:
   8
   9 <a href="v0.2/cimg5164-cropped.jpg"> <img src="v0.2/cimg5164-thumb.jpg"></a>
  10 <a href="v0.2/cimg5171-cropped.jpg"> <img src="v0.2/cimg5171-thumb.jpg"></a>
  11
  12 And this is a photo of our original board with serial port for off-board GPS,
  13 without the big off-board 1000uF cap from the original ejection circuit:
  14
  15 <a href="v0.1/loadedpair.jpg"> <img src="v0.1/loadedpair-thumb.jpg"></a>
  16
  17 ## Motivation ##
  18
  19 Bdale and Keith both own
  20 [BeeLine](http://www.bigredbee.com/BeeLine.htm)
  21 trackers from
  22 [Big Red Bee](http://www.bigredbee.com), and are pretty happy with them.
  23 They use a PIC processor and a TI CC1050 transmitter chip, and
  24 operate in the ham radio 70cm band.
  25
  26 One weekend while attending a conference together, we got to wondering if
  27 we couldn't adapt one to use as a downlink for the
  28 [AltusMetrum](../AltusMetrum/) altimeter board in addition to direction
  29 finding after flight.  That caused us to start thinking about other things
  30 in the design we might want to tweak, and before long we were working on the
  31 design of a new tracker board derived from the BeeLine design.
  32 Another friend at the same conference showed us a board he was working on
  33 using a different part in the same TI series, that integrated a transceiver
  34 and CPU on the same chip.
  35 It didn't take us long to realize that with such a part we could combine and
  36 simplify things by building a new altimeter with integrated RF link!  And
  37 after gaining some experience in 2009 with a first version, we realized we
  38 always want GPS on board, which lead to our current second generation boards.
  39
  40 ## Features ##
  41
  42 ### User View ###
  43
  44 * Recording altimeter for model rocketry
  45 * Supports dual deployment (can fire 2 ejection charges)
  46 * 70cm ham-band transceiver for telemetry downlink
  47 * Barometric pressure sensor good to 45k feet MSL
  48 * Temperature sensor
  49 * 1-axis high-g accelerometer for motor characterization
  50 * On-board non-volatile memory for flight data storage
  51 * Serial port for attachment of GPS module
  52 * USB for power, configuration, and data recovery
  53 * Integrated support for LiPo rechargeable batteries
  54 * 2.5 x 1 inch board designed to fit inside 29mm airframe coupler tube
  55
  56 ### Developer View ###
  57
  58 * [TI CC1111F32](http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/cc1111f32.html) Low Power RF System-on-Chip
  59         * Sub-1Ghz transceiver
  60         * 8051 MCU
  61         * 32k Flash
  62         * 4k RAM
  63         * USB 2.0
  64         * 6 12-bit analog inputs (11 bits with single-ended sensors)
  65         * 2 channels of serial I/O
  66         * digital I/O
  67 * [Microchip 25LC1024](http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en520389) CMOS serial EEPROM
  68         * 128k x 8
  69         * SPI interface
  70 * Various Sensors
  71         * [Freescale MP3H6115A](http://www.freescale.com/webapp/search.partparamdetail.framework?PART_NUMBER=MP3H6115A6U) pressure sensor
  72         * [Freescale MMA2202EG](http://www.freescale.com/webapp/search.partparamdetail.framework?PART_NUMBER=MMA2202EG) 50g accelerometer.  Can use 40-200g variants!
  73         * [Microchip MCP9700A](http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en027103) temperature sensor
  74 * Software Features (planned)
  75         * Written mostly in C with some 8051 assembler
  76         * Runs from on-chip flash, uses on-chip RAM, stores flight data to
  77                 serial EEPROM chip
  78         * USB serial emulation for "console" interface
  79 * Tools Used
  80         * [gEDA](http://www.gpleda.org/) for schematic capture and PCB layout
  81         * [SDCC](http://sdcc.sourceforge.net/) compiler and source debugger
  82 * Licenses
  83         * The hardware is licensed under the [TAPR](http://www.tapr.org) [Open Hardware License](http://www.tapr.org/ohl.html)
  84         * The software is licensed [GPL version 2](http://www.gnu.org/licenses/old-licenses/gpl-2.0.html)
  85
  86 ## [Production History](production) ##
  87
  88 ## [Flight Logs](flightlogs) ##
  89
  90 ## Problems ##
  91
  92 * The CC1111F32 is a 36-pin QFN package, which necessitates reflow
  93   soldering.  Since we needed to reflow solder anyway, and because TI used
  94   them in their reference design, we went a little crazy and used 0402
  95   passive parts everywhere.  That means working under a microscope to
  96   place parts!  Without an inspection microscope, loading and testing these
  97   boards might be impossible.
  98
  99 * The v0.1 artwork has the USB connector footprint placed wrong, so that the
 100   connector hangs out over the edge of the board instead of being flush with
 101   the edge.
 102
 103 * The v0.1 artwork has two issues that require cuts and jumps.  The first is
 104   that we need chip select on the SPI memory.  To fix that, we give up the
 105   ability to put the accelerometer into self-test mode and use that GPIO line
 106   to pull chip select on the memory.  The second is that the igniter sense
 107   circuits each need a second resistor to complete the voltage divider so our
 108   3.3V CPU ADC can read the 5V ejection voltage.  This is fixed by changing
 109   two resistor values, and tacking two additional resistors onto the board
 110   with jumpers to ground.
 111
 112 ## Artifacts ##
 113
 114 The hardware design current gEDA files are available from
 115 [git.gag.com](http://git.gag.com) in the project
 116 [hw/telemetrum](http://git.gag.com/?p=hw/telemetrum;a=summary).
 117
 118 Work on the next version proceeds on the master branch, with occasional
 119 temporary branches created when Bdale is making some major / speculative
 120 change.  The 'v0.2' and 'v0.1' branches document what we're actually flying
 121 right now on the two respective PCB revisions.  The 'ground' branch has a
 122 cut-down schematic used to generate the BOM for partially loading v0.1 boards
 123 to used on the ground.  We call the on-the-ground version 'TeleDongle'.
 124
 125 For those who don't have ready access to the gEDA suite, here are pdf snapshots
 126 of files in more easily readable form.
 127
 128 * These are from the v0.2 branch:
 129  * [schematic](v0.2/telemetrum.pdf)
 130  * [pcb artwork](v0.2/telemetrum.pcb.pdf)
 131  * [bill of materials](v0.2/partslist.csv)
 132 * These are as of the working-v0.1 tag:
 133  * [schematic](v0.1/telemetrum.pdf)
 134  * [pcb artwork](v0.1/telemetrum.pcb.pdf)
 135  * [bill of materials](v0.1/telemetrum.bom)
 136
 137 We have firmware that works well enough that we now routinely allow TeleMetrum
 138 to control flights by firing ejection charges.  We've flown v0.1 boards in
 139 rockets exceeding 50g acceleration, above Mach 1, and to altitudes greater
 140 than 12k feet AGL with great results.  Keith wrote a ground station program
 141 called
 142 ao-view that logs telemetry to disk, displays current and max
 143 values for key parameters during flight, and even includes voice synthesis
 144 during the flight so that our eyes can stay on the rockets!  We have post
 145 flight analysis software that makes it easy to extract data from the board,
 146 analyze it, and even generate KML files for viewing flights in GoogleEarth!
 147 More details on the software, including full source code and pre-built packages
 148 can be found on the [AltOS](../AltOS) page on this site.
 149
 150 ## Future Plans ##
 151
 152 Work is underway on a second revision of TeleMetrum with the following changes:
 153
 154 * stretch board length by 0.25 inches
 155 * adjust USB connector position to be flush with edge of board
 156 * eliminate temperature sensor, since baro sensor is already compensated and there's a sensor on the cc1111
 157 * eliminate serial port connector
 158 * integrate SkyTraq Venus GPS receiver and patch antenna on-board
 159 * change debug connector to 4 pin Tyco MicroMaTch
 160 * add 8 pin Tyco MicroMaTch connector for companion board interface
 161 * use v_lipo as pyro power, eliminating the huge 1000uF capacitor and instead
 162   adding ballast capacitance on the 3.3V rail to prevent brownouts
 163 * move all connectors, beeper, and GPS patch antenna to the "other side" of the board from the surface mount parts
 164 * add a rectangle of silk screen material for improved serial number labeling
 165
 166 As of early December 2009, the layout work for v0.2 is done and we're busy
 167 verifying it and deciding exactly how we're going to build them.  We hope to
 168 have first prototypes to test in time to show the new version at LCA in late
 169 January 2010.  If it works out as well as we hope, v0.2 may be made available
 170 in assembled and tested form to others in the rocketry hobby who have
 171 expressed interest sometime in 2010.