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.
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  14 These are photos of our current production version:
  15
  16 <a href="v1.1/telemetrum-v1.1-thside.jpg"> <img src="v1.1/telemetrum-v1.1-thside-thumb.jpg"></a>
  17 <a href="v1.1/telemetrum-v1.1-smtside.jpg"> <img src="v1.1/telemetrum-v1.1-smtside-thumb.jpg"></a>
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  19 ## Features ##
  20
  21 ### User View ###
  22
  23 * Recording altimeter for model rocketry
  24 * Supports dual deployment (can fire 2 ejection charges)
  25 * 70cm ham-band transceiver for telemetry downlink
  26 * Barometric pressure sensor good to 45k feet MSL
  27 * 1-axis high-g accelerometer for motor characterization
  28 * On-board, integrated GPS receiver
  29 * On-board non-volatile memory for flight data storage
  30 * USB for power, configuration, and data recovery
  31 * Integrated support for LiPo rechargeable batteries
  32 * Uses LiPo to fire e-matches, can be factory modified to support separate pyro battery
  33 * 2.75 x 1 inch board designed to fit inside 29mm airframe coupler tube
  34
  35 ### Developer View ###
  36
  37 * Hardware Features
  38         * [TI CC1111F32](http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/cc1111f32.html) Low Power RF System-on-Chip
  39                 * Sub-1Ghz transceiver
  40                 * 8051 MCU
  41                 * 32k Flash
  42                 * 4k RAM
  43                 * USB 2.0
  44                 * 6 12-bit analog inputs (11 bits with single-ended sensors)
  45                 * 2 channels of serial I/O
  46                 * digital I/O
  47         * [Winbond W25Q16](http://www.winbond.com/NR/exeres/A3D21C82-A0B6-4586-A770-2F0883A805FF.htm) serial flash memory
  48                 * 2M x 8
  49                 * SPI interface
  50         * [SkyTraq](http://www.skytraq.com.tw/) Venus634FLPx GPS receiver
  51                 * on-board [Taoglas AP.17A.01](http://www.taoglas.com/antennas/GPS_Antennas/Internal_GPS_-_Active_Patch_Modules/)
  52                   single-stage active patch antenna
  53                 * U.FL connector with 3.3V DC can be re-purposed for optional external amplified antennas
  54                 * async serial interface
  55         * [Freescale MP3H6115A](http://www.freescale.com/webapp/search.partparamdetail.framework?PART_NUMBER=MP3H6115A6U) pressure sensor
  56         * [Freescale MMA2202EG](http://www.freescale.com/webapp/search.partparamdetail.framework?PART_NUMBER=MMA2202EG) 50g accelerometer.  Can use 40-200g variants!
  57 * Software Features
  58         * Written mostly in C with some 8051 assembler
  59         * Runs from on-chip flash, uses on-chip RAM, stores flight data to
  60                 serial DataFlash chip
  61         * USB serial emulation for "console" interface
  62 * Tools Used
  63         * [gEDA](http://www.gpleda.org/) for schematic capture and PCB layout
  64         * [SDCC](http://sdcc.sourceforge.net/) compiler and source debugger
  65 * Licenses
  66         * The hardware is licensed under the [TAPR](http://www.tapr.org) [Open Hardware License](http://www.tapr.org/ohl.html)
  67         * The software is licensed [GPL version 2](http://www.gnu.org/licenses/old-licenses/gpl-2.0.html)
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  69 ## [Production History](../production) ##
  70
  71 ## [Flight Logs](flightlogs) ##
  72
  73 ## Artifacts ##
  74
  75 There is a single manual for TeleMetrum and all other Altus Metrum products,
  76 which is available in [html](../AltOS/doc/altusmetrum.html) and
  77 [pdf](../AltOS/doc/altusmetrum.pdf) formats.
  78
  79 The hardware design current gEDA files are available from
  80 [git.gag.com](http://git.gag.com) in the project
  81 [hw/telemetrum](http://git.gag.com/?p=hw/telemetrum;a=summary).
  82
  83 Work on the next version proceeds on the master branch, with occasional
  84 temporary branches created when Bdale is making some major / speculative
  85 change.  Branched with names like 'v0.2' document what we're actually flying
  86 on the respective PCB revisions.  The 'ground' branch has a cut-down schematic
  87 used to generate the BOM for partially loading v0.1 boards to used on the
  88 ground.  We call the on-the-ground version '[TeleDongle](../TeleDongle)', and
  89 newer versions have their own PCB design.
  90
  91 For those who don't have ready access to the gEDA suite, here are pdf snapshots
  92 of the files for Production PCB version 1.1 in more easily readable form.
  93
  94 * [schematic](v1.1/telemetrum.pdf)
  95 * [pcb artwork](v1.1/telemetrum.pcb.pdf)
  96 * [bill of materials](v1.1/partslist.csv)
  97
  98 Rockets we know of flying with TeleMetrum boards have exceeded 50g acceleration,
  99 been well above Mach 1, and reached altitudes
 100 greater than 25k feet AGL with great results.  Keith's second generation
 101 ground station program called AltosUI works on Windows, Mac, and Linux systems
 102 and logs telemetry to disk, displays current and max values for key parameters
 103 during flight, includes voice synthesis during the flight so that
 104 our eyes can stay on the rockets, and even includes live display of rocket
 105 position over moving maps!  After flight, altosui can extract the
 106 complete flight log from TeleMetrum, can display plots of the data from either
 107 the telemetry received by radio or the onboard flight log, can output a kml
 108 file for use with [Google Earth](http://earth.google.com), and can also
 109 output all the flight data as a csv file for easy import to spreadsheet
 110 programs or other analysis tools allowing you to perform whatever
 111 custom analysis you can envision!  More details on the software,
 112 including full source code and pre-built packages
 113 can be found on the [AltOS](../AltOS) page on this site.  Feel free to
 114 download the software and try it before purchasing our hardware!
 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 and later boards means that the total
 132   power consumption
 133   can exceed the rate at which we draw power from the USB interface,
 134   particularly when the GPS is in cold start mode.  This means a battery must
 135   be attached during operation, and also that the battery will only charge
 136   effectively from USB when the board is turned off.
 137
 138 ## History ##
 139
 140 ### v1.0 ###
 141
 142 These are photos of our third version, which was the basis of our first
 143 production build.  These were sold between April and December 2010, and
 144 performed very well.
 145
 146 <a href="v1.0/cimg5972-crop.jpg"> <img src="v1.0/cimg5972-thumb.jpg"></a>
 147 <a href="v1.0/cimg5974-crop.jpg"> <img src="v1.0/cimg5974-thumb.jpg"></a>
 148
 149 The differences between v1.0 and v1.1 were small:
 150
 151 * different flash memory part due to supplier availability problems
 152 * updated reset circuit to improve reliability at temperature extremes
 153 * changed the GPS antenna footprint to eliminate the large through-hole
 154   originally intended for use with a passive patch
 155 * irq line eliminated from the companion port
 156 * an additional resistor divider added to allow sampling the 5V supply
 157
 158 The schematics and PCB artwork for this version are on the v1.0 branch in
 159 our git repository, here are pdf copies for easy reference:
 160
 161 * [schematic](v1.0/telemetrum.pdf)
 162 * [pcb artwork](v1.0/telemetrum.pcb.pdf)
 163 * [bill of materials](v1.0/partslist.csv)
 164
 165
 166 ### v0.2 ###
 167
 168 These are photos of our second version, which included the integrated Venus
 169 GPS receiver, but with a passive patch antenna that turned out to have
 170 disappointing performance due to our many PCB geometry constraints.  It also
 171 used a voltage regulator with less capacity which we felt was marginal for
 172 supporting the companion boards we have planned:
 173
 174 <a href="v0.2/cimg5164-cropped.jpg"> <img src="v0.2/cimg5164-thumb.jpg"></a>
 175 <a href="v0.2/cimg5171-cropped.jpg"> <img src="v0.2/cimg5171-thumb.jpg"></a>
 176
 177 Other than cleaning up the silkscreen, the differences between v0.2 and
 178 v1.0 boards were really quite small:
 179
 180 * 100ma LDO regulator instead of the current 150ma part
 181 * no C38 footprint
 182 * different value for C36 reset capacitor
 183
 184 The schematics and PCB artwork for this version are on the v0.2 branch in
 185 our git repository, here are pdf copies for easy reference:
 186
 187  * [schematic](v0.2/telemetrum.pdf)
 188  * [pcb artwork](v0.2/telemetrum.pcb.pdf)
 189  * [bill of materials](v0.2/partslist.csv)
 190
 191 ### v0.1 ###
 192
 193 And this is a photo of our original board with serial port for off-board GPS,
 194 without the big off-board 1000uF cap from the original ejection circuit:
 195
 196 <a href="v0.1/loadedpair.jpg"> <img src="v0.1/loadedpair-thumb.jpg"></a>
 197
 198 The differences between v0.1 and later boards were substantial:
 199
 200 * 2.5 x 1 inch board with all parts mounted on one side
 201 * 4-pin PicoBlade serial port connector for attachment of external GPS module
 202 * USB connector projected approximately 3mm over the edge of the board
 203 * Debug connector used 4 IC socket pins on 100 mil centers
 204 * no companion board interface
 205 * 50ma LDO regulator on early boards, later boards used a 100ma part
 206 * [Microchip 25LC1024](http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en520389) CMOS serial EEPROM instead of DataFlash
 207         * 128k x 8
 208         * SPI interface
 209 * [Microchip MCP9700A](http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en027103) discrete temperature sensor
 210 * used 1000uF electrolytic capacitor charged to 5V for pyro supply
 211 * two LEDs instead of one attached to CPU
 212
 213 The elimination of the discrete temperature sensor and second LED were
 214 necessary to support the companion board interface added in v0.2.
 215
 216 The v0.1 artwork had three issues, two of which required physical rework
 217 on each board.  All of these issues were fixed in v0.2.
 218
 219 * The USB connector footprint was placed wrong, so that the
 220   connector hung out over the edge of the board instead of being
 221   flush.
 222 * We needed chip select on the SPI memory.  To fix that, we gave up the
 223   ability to put the accelerometer into self-test mode and used that
 224   GPIO line to pull chip select on the memory, which required two
 225   cuts and two jumpers.
 226 * The igniter sense circuits each needed a second resistor to
 227   complete the voltage divider so our 3.3V CPU ADC could read the
 228   5V ejection voltage.  This was fixed by changing two resistor
 229   values, and tacking two additional resistors onto the board
 230   with jumpers to ground.
 231
 232 The schematics and PCB artwork for this version as of the working-v0.1 tag
 233 are available here are pdf copies for easy reference:
 234
 235  * [schematic](v0.1/telemetrum.pdf)
 236  * [pcb artwork](v0.1/telemetrum.pcb.pdf)
 237  * [bill of materials](v0.1/telemetrum.bom)