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 are available from the
   7 [Garbee and Garbee](http://auric.gag.com) web
   8 store.  TeleMetrum starter kits are also now available from
   9 [Apogee Components](http://www.apogeerockets.com/Altus_Metrum_GPS.asp).
  10
  11 For the latest TeleMetrum firmware and related ground station software, please
  12 visit the [AltOS](../AltOS) page on this site.
  13
  14 These are photos of our current production version, which includes an
  15 integrated GPS receiver with active patch antenna:
  16
  17 <a href="v1.1/telemetrum-v1.1-thside.jpg"> <img src="v1.1/telemetrum-v1.1-thside-thumb.jpg"></a>
  18 <a href="v1.1/telemetrum-v1.1-smtside.jpg"> <img src="v1.1/telemetrum-v1.1-smtside-thumb.jpg"></a>
  19
  20 ## Features ##
  21
  22 ### User View ###
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  24 * Recording altimeter for model rocketry
  25 * Supports dual deployment (can fire 2 ejection charges)
  26 * 70cm ham-band transceiver for telemetry downlink
  27 * Barometric pressure sensor good to 45k feet MSL
  28 * 1-axis high-g accelerometer for motor characterization
  29 * On-board, integrated GPS receiver
  30 * On-board non-volatile memory for flight data storage
  31 * USB for power, configuration, and data recovery
  32 * Integrated support for LiPo rechargeable batteries
  33 * Uses LiPo to fire e-matches, can be factory modified to support separate pyro battery
  34 * 2.75 x 1 inch board designed to fit inside 29mm airframe coupler tube
  35
  36 ### Developer View ###
  37
  38 * Hardware Features
  39         * [TI CC1111F32](http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/cc1111f32.html) Low Power RF System-on-Chip
  40                 * Sub-1Ghz transceiver
  41                 * 8051 MCU
  42                 * 32k Flash
  43                 * 4k RAM
  44                 * USB 2.0
  45                 * 6 12-bit analog inputs (11 bits with single-ended sensors)
  46                 * 2 channels of serial I/O
  47                 * digital I/O
  48         * [Winbond W25Q16](http://www.winbond.com/NR/exeres/A3D21C82-A0B6-4586-A770-2F0883A805FF.htm) serial flash memory
  49                 * 2M x 8
  50                 * SPI interface
  51         * [SkyTraq](http://www.skytraq.com.tw/) Venus634FLPx GPS receiver
  52                 * on-board [Taoglas AP.17A.01](http://www.taoglas.com/antennas/GPS_Antennas/Internal_GPS_-_Active_Patch_Modules/)
  53                   single-stage active patch antenna
  54                 * U.FL connector with 3.3V DC can be re-purposed for optional external amplified antennas
  55                 * async serial interface
  56         * [Freescale MP3H6115A](http://www.freescale.com/webapp/search.partparamdetail.framework?PART_NUMBER=MP3H6115A6U) pressure sensor
  57         * [Freescale MMA2202EG](http://www.freescale.com/webapp/search.partparamdetail.framework?PART_NUMBER=MMA2202EG) 50g accelerometer.  Can use 40-200g variants!
  58 * Software Features
  59         * Written mostly in C with some 8051 assembler
  60         * Runs from on-chip flash, uses on-chip RAM, stores flight data to
  61                 serial DataFlash chip
  62         * USB serial emulation for "console" interface
  63 * Tools Used
  64         * [gEDA](http://www.gpleda.org/) for schematic capture and PCB layout
  65         * [SDCC](http://sdcc.sourceforge.net/) compiler and source debugger
  66 * Licenses
  67         * The hardware is licensed under the [TAPR](http://www.tapr.org) [Open Hardware License](http://www.tapr.org/ohl.html)
  68         * The software is licensed [GPL version 2](http://www.gnu.org/licenses/old-licenses/gpl-2.0.html)
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  70 ## [Production History](../production) ##
  71
  72 ## [Flight Logs](flightlogs) ##
  73
  74 ## Artifacts ##
  75
  76 There is a single manual for TeleMetrum and all other Altus Metrum products,
  77 which is available in [html](../AltOS/doc/altusmetrum.html) and
  78 [pdf](../AltOS/doc/altusmetrum.pdf) formats.
  79
  80 The hardware design current gEDA files are available from
  81 [git.gag.com](http://git.gag.com) in the project
  82 [hw/telemetrum](http://git.gag.com/?p=hw/telemetrum;a=summary).
  83
  84 Work on the next version proceeds on the master branch, with occasional
  85 temporary branches created when Bdale is making some major / speculative
  86 change.  Branched with names like 'v0.2' document what we're actually flying
  87 on the respective PCB revisions.  The 'ground' branch has a cut-down schematic
  88 used to generate the BOM for partially loading v0.1 boards to used on the
  89 ground.  We call the on-the-ground version '[TeleDongle](../TeleDongle)', and
  90 newer versions have their own PCB design.
  91
  92 For those who don't have ready access to the gEDA suite, here are pdf snapshots
  93 of the files for Production PCB version 1.0 in more easily readable form.
  94
  95 * [schematic](v1.1/telemetrum.pdf)
  96 * [pcb artwork](v1.1/telemetrum.pcb.pdf)
  97 * [bill of materials](v1.1/partslist.csv)
  98
  99 Rockets we know of flying with TeleMetrum boards have exceeded 50g acceleration,
 100 been well above Mach 1, and reached altitudes
 101 greater than 25k feet AGL with great results.  Keith's second generation
 102 ground station program called altosui works on Windows, Mac, and Linux systems
 103 and logs telemetry to disk, displays current and max values for key parameters
 104 during flight, includes voice synthesis during the flight so that
 105 our eyes can stay on the rockets, and even includes live display of rocket
 106 position over moving maps!  After flight, altosui can extract the
 107 complete flight log from TeleMetrum, can display plots of the data from either
 108 the telemetry received by radio or the onboard flight log, can output a kml
 109 file for use with [Google Earth](http://earth.google.com), and can also
 110 output all the flight data as a csv file for easy import to spreadsheet
 111 programs or other analysis tools allowing you to perform whatever
 112 custom analysis you can envision!  More details on the software,
 113 including full source code and pre-built packages
 114 can be found on the [AltOS](../AltOS) page on this site.
 115
 116 ## Future Plans ##
 117
 118 TeleMetrum v1.1 meets all of our expectations, except for one mis-placed
 119 trace also present in v1.0.  The error makes use of a separate pyro battery
 120 less trivial than intended.  We'll fix that for a future production run.
 121
 122 ## Problems ##
 123
 124 * The CC1111F32 is a 36-pin QFN package, which necessitates reflow
 125   soldering.  Since we needed to reflow solder anyway, and because TI used
 126   them in their reference design, we went a little crazy and used 0402
 127   passive parts everywhere.  That means working under a microscope to
 128   place parts!  Without an inspection microscope, loading and testing these
 129   boards might be impossible.
 130
 131 * The addition of on-board GPS in v0.2 means that the total power consumption
 132   can exceed the rate at which we draw power from the USB interface,
 133   particularly when the GPS is in cold start mode.  This means a battery must
 134   be attached during operation, and also that the battery will only charge
 135   effectively from USB when the board is turned off.
 136
 137 ## History ##
 138
 139 ### v1.0 ###
 140
 141 These are photos of our third version, which was the basis of our first
 142 production build.  These were sold between April and December 2010, and
 143 performed very well.
 144
 145 <a href="v1.0/cimg5972-crop.jpg"> <img src="v1.0/cimg5972-thumb.jpg"></a>
 146 <a href="v1.0/cimg5974-crop.jpg"> <img src="v1.0/cimg5974-thumb.jpg"></a>
 147
 148 The differences between v1.0 and v1.1 were small:
 149
 150 * different flash memory part due to supplier availability problems
 151 * updated reset circuit to improve reliability at temperature extremes
 152 * changed the GPS antenna footprint to eliminate the large through-hole
 153   originally intended for use with a passive patch
 154 * irq line eliminated from the companion port
 155 * an additional resistor divider added to allow sampling the 5V supply
 156
 157 The schematics and PCB artwork for this version are on the v1.0 branch in
 158 our git repository, here are pdf copies for easy reference:
 159
 160 * [schematic](v1.0/telemetrum.pdf)
 161 * [pcb artwork](v1.0/telemetrum.pcb.pdf)
 162 * [bill of materials](v1.0/partslist.csv)
 163
 164
 165 ### v0.2 ###
 166
 167 These are photos of our second version, which included the integrated Venus
 168 GPS receiver, but with a passive patch antenna that turned out to have
 169 disappointing performance due to our many PCB geometry constraints.  It also
 170 used a voltage regulator with less capacity which we felt was marginal for
 171 supporting the companion boards we have planned:
 172
 173 <a href="v0.2/cimg5164-cropped.jpg"> <img src="v0.2/cimg5164-thumb.jpg"></a>
 174 <a href="v0.2/cimg5171-cropped.jpg"> <img src="v0.2/cimg5171-thumb.jpg"></a>
 175
 176 Other than cleaning up the silkscreen, the differences between v0.2 and
 177 v1.0 boards were really quite small:
 178
 179 * 100ma LDO regulator instead of the current 150ma part
 180 * no C38 footprint
 181 * different value for C36 reset capacitor
 182
 183 The schematics and PCB artwork for this version are on the v0.2 branch in
 184 our git repository, here are pdf copies for easy reference:
 185
 186  * [schematic](v0.2/telemetrum.pdf)
 187  * [pcb artwork](v0.2/telemetrum.pcb.pdf)
 188  * [bill of materials](v0.2/partslist.csv)
 189
 190 ### v0.1 ###
 191
 192 And this is a photo of our original board with serial port for off-board GPS,
 193 without the big off-board 1000uF cap from the original ejection circuit:
 194
 195 <a href="v0.1/loadedpair.jpg"> <img src="v0.1/loadedpair-thumb.jpg"></a>
 196
 197 The differences between v0.1 and later boards were substantial:
 198
 199 * 2.5 x 1 inch board with all parts mounted on one side
 200 * 4-pin PicoBlade serial port connector for attachment of external GPS module
 201 * USB connector projected approximately 3mm over the edge of the board
 202 * Debug connector used 4 IC socket pins on 100 mil centers
 203 * no companion board interface
 204 * 50ma LDO regulator on early boards, later boards used a 100ma part
 205 * [Microchip 25LC1024](http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en520389) CMOS serial EEPROM instead of DataFlash
 206         * 128k x 8
 207         * SPI interface
 208 * [Microchip MCP9700A](http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en027103) discrete temperature sensor
 209 * used 1000uF electrolytic capacitor charged to 5V for pyro supply
 210 * two LEDs instead of one attached to CPU
 211
 212 The elimination of the discrete temperature sensor and second LED were
 213 necessary to support the companion board interface added in v0.2.
 214
 215 The v0.1 artwork had three issues, two of which required physical rework
 216 on each board.  All of these issues were fixed in v0.2.
 217
 218 * The USB connector footprint was placed wrong, so that the
 219   connector hung out over the edge of the board instead of being
 220   flush.
 221 * We needed chip select on the SPI memory.  To fix that, we gave up the
 222   ability to put the accelerometer into self-test mode and used that
 223   GPIO line to pull chip select on the memory, which required two
 224   cuts and two jumpers.
 225 * The igniter sense circuits each needed a second resistor to
 226   complete the voltage divider so our 3.3V CPU ADC could read the
 227   5V ejection voltage.  This was fixed by changing two resistor
 228   values, and tacking two additional resistors onto the board
 229   with jumpers to ground.
 230
 231 The schematics and PCB artwork for this version as of the working-v0.1 tag
 232 are available here are pdf copies for easy reference:
 233
 234  * [schematic](v0.1/telemetrum.pdf)
 235  * [pcb artwork](v0.1/telemetrum.pcb.pdf)
 236  * [bill of materials](v0.1/telemetrum.bom)