add pointers to the user manual
[web/altusmetrum] / TeleMetrum / doc / telemetrum-doc.html
1 <html><head><meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=ISO-8859-1"><title>TeleMetrum</title><meta name="generator" content="DocBook XSL Stylesheets V1.75.2"></head><body bgcolor="white" text="black" link="#0000FF" vlink="#840084" alink="#0000FF"><div class="book" title="TeleMetrum"><div class="titlepage"><div><div><h1 class="title"><a name="id2681233"></a>TeleMetrum</h1></div><div><h2 class="subtitle">Owner's Manual for the TeleMetrum System</h2></div><div><div class="author"><h3 class="author"><span class="firstname">Bdale</span> <span class="surname">Garbee</span></h3></div></div><div><div class="author"><h3 class="author"><span class="firstname">Keith</span> <span class="surname">Packard</span></h3></div></div><div><p class="copyright">Copyright © 2010 Bdale Garbee and Keith Packard</p></div><div><div class="legalnotice" title="Legal Notice"><a name="id2964839"></a><p>
2         This document is released under the terms of the 
3         <a class="ulink" href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/" target="_top">
4           Creative Commons ShareAlike 3.0
5         </a>
6         license.
7       </p></div></div><div><div class="revhistory"><table border="1" width="100%" summary="Revision history"><tr><th align="left" valign="top" colspan="2"><b>Revision History</b></th></tr><tr><td align="left">Revision 0.1</td><td align="left">30 March 2010</td></tr><tr><td align="left" colspan="2">Initial content</td></tr></table></div></div></div><hr></div><div class="toc"><p><b>Table of Contents</b></p><dl><dt><span class="chapter"><a href="#id2961261">1. Introduction and Overview</a></span></dt><dt><span class="chapter"><a href="#id2945012">2. Getting Started</a></span></dt><dd><dl><dt><span class="section"><a href="#id2969939">FAQ</a></span></dt></dl></dd><dt><span class="chapter"><a href="#id2963754">3. Specifications</a></span></dt><dt><span class="chapter"><a href="#id2965995">4. Handling Precautions</a></span></dt><dt><span class="chapter"><a href="#id2979951">5. Hardware Overview</a></span></dt><dt><span class="chapter"><a href="#id2980270">6. Operation</a></span></dt><dd><dl><dt><span class="section"><a href="#id2966264">Firmware Modes </a></span></dt><dt><span class="section"><a href="#id2965911">GPS </a></span></dt><dt><span class="section"><a href="#id2977993">Ground Testing </a></span></dt><dt><span class="section"><a href="#id2962884">Radio Link </a></span></dt><dt><span class="section"><a href="#id2960257">Configurable Parameters</a></span></dt><dd><dl><dt><span class="section"><a href="#id2955134">Radio Channel</a></span></dt><dt><span class="section"><a href="#id2948360">Apogee Delay</a></span></dt><dt><span class="section"><a href="#id2982412">Main Deployment Altitude</a></span></dt></dl></dd><dt><span class="section"><a href="#id2969053">Calibration</a></span></dt><dd><dl><dt><span class="section"><a href="#id2969214">Radio Frequency</a></span></dt><dt><span class="section"><a href="#id2975078">Accelerometer</a></span></dt></dl></dd></dl></dd><dt><span class="chapter"><a href="#id2976467">7. Using Altus Metrum Products</a></span></dt><dd><dl><dt><span class="section"><a href="#id2964669">Being Legal</a></span></dt><dd><dl><dt><span class="section"><a href="#id2969459">In the Rocket</a></span></dt><dt><span class="section"><a href="#id2964682">On the Ground</a></span></dt><dt><span class="section"><a href="#id2980718">Data Analysis</a></span></dt><dt><span class="section"><a href="#id2957709">Future Plans</a></span></dt></dl></dd><dt><span class="section"><a href="#id2961256">
8           How GPS Works
9         </a></span></dt></dl></dd></dl></div><div class="chapter" title="Chapter 1. Introduction and Overview"><div class="titlepage"><div><div><h2 class="title"><a name="id2961261"></a>Chapter 1. Introduction and Overview</h2></div></div></div><p>
10       Welcome to the Altus Metrum community!  Our circuits and software reflect
11       our passion for both hobby rocketry and Free Software.  We hope their
12       capabilities and performance will delight you in every way, but by
13       releasing all of our hardware and software designs under open licenses,
14       we also hope to empower you to take as active a role in our collective
15       future as you wish!
16     </p><p>
17       The focal point of our community is TeleMetrum, a dual deploy altimeter 
18       with fully integrated GPS and radio telemetry as standard features, and
19       a "companion interface" that will support optional capabilities in the 
20       future.
21     </p><p>    
22       Complementing TeleMetrum is TeleDongle, a USB to RF interface for 
23       communicating with TeleMetrum.  Combined with your choice of antenna and 
24       notebook computer, TeleDongle and our associated user interface software
25       form a complete ground station capable of logging and displaying in-flight
26       telemetry, aiding rocket recovery, then processing and archiving flight
27       data for analysis and review.
28     </p></div><div class="chapter" title="Chapter 2. Getting Started"><div class="titlepage"><div><div><h2 class="title"><a name="id2945012"></a>Chapter 2. Getting Started</h2></div></div></div><div class="toc"><p><b>Table of Contents</b></p><dl><dt><span class="section"><a href="#id2969939">FAQ</a></span></dt></dl></div><p>
29       This chapter began as "The Mere-Mortals Quick Start/Usage Guide to 
30       the Altus Metrum Starter Kit" by Bob Finch, W9YA, NAR 12965, TRA 12350, 
31       w9ya@amsat.org.  Bob was one of our first customers for a production
32       TeleMetrum, and the enthusiasm that led to his contribution of this
33       section is immensely gratifying and highy appreciated!
34     </p><p>
35       The first thing to do after you check the inventory of parts in your 
36       "starter kit" is to charge the battery by plugging it into the 
37       corresponding socket of the TeleMetrum and then using the USB A to B 
38       cable to plug the Telemetrum into your computer's USB socket. The 
39       TeleMetrum circuitry will charge the battery whenever it is plugged 
40       into the usb socket. The TeleMetrum's on-off switch does NOT control 
41       the charging circuitry.  When the GPS chip is initially searching for
42       satellites, the unit will pull more current than it can pull from the
43       usb port, so the battery must be plugged in order to get a good 
44       satellite lock.  Once GPS is locked the current consumption goes back 
45       down enough to enable charging while 
46       running. So it's a good idea to fully charge the battery as your 
47       first item of business so there is no issue getting and maintaining 
48       satellite lock.  The yellow charge indicator led will go out when the 
49       battery is nearly full and the charger goes to trickle charge.
50     </p><p>
51       The other active device in the starter kit is the half-duplex TeleDongle 
52       rf link.  If you plug it in to your computer it should "just work",
53       showing up as a serial port device.  If you are using Linux and are
54       having problems, try moving to a fresher kernel (2.6.33 or newer), as
55       there were some ugly USB serial driver bugs in earlier versions.
56     </p><p>
57       Next you should obtain and install the AltOS utilities.  The first
58       generation sofware was written for Linux only.  New software is coming
59       soon that will also run on Windows and Mac.  For now, we'll concentrate
60       on Linux.  If you are using Debian, an 'altos' package already exists, 
61       see http://altusmetrum.org/AltOS for details on how to install it.
62       User-contributed directions for building packages on ArchLinux may be 
63       found in the contrib/arch-linux directory as PKGBUILD files.
64       Between the debian/rules file and the PKGBUILD files in 
65       contrib, you should find enough information to learn how to build the 
66       software for any other version of Linux.
67     </p><p>
68       When you have successfully installed the software suite (either from 
69       compiled source code or as the pre-built Debian package) you will 
70       have 10 executable programs all of which have names beginning with 'ao-'.
71       ('ao-view' is the lone GUI-based program. 
72       The rest are command-line based.) You will also 
73       have 10 man pages, that give you basic info on each program.
74       And you will also get this documentation in two file types,
75       telemetrum.pdf and telemetrum.html.
76       Finally you will have a couple of control files that allow the ao-view 
77       GUI-based program to appear in your menu of programs (under 
78       the 'Internet' category). 
79     </p><p>
80       Both Telemetrum and TeleDongle can be directly communicated 
81       with using USB ports. The first thing you should try after getting 
82       both units plugged into to your computer's usb port(s) is to run 
83       'ao-list' from a terminal-window (I use konsole for this,) to see what 
84       port-device-name each device has been assigned by the operating system. 
85       You will need this information to access the devices via their 
86       respective on-board firmware and data using other command line
87       programs in the AltOS software suite.
88     </p><p>
89       To access the device's firmware for configuration you need a terminal
90       program such as you would use to talk to a modem.  The software 
91       authors prefer using the program 'cu' which comes from the UUCP package
92       on most Unix-like systems such as Linux.  An example command line for
93       cu might be 'cu -l /dev/ttyACM0', substituting the correct number 
94       indicated from running the
95       ao-list program.  Another reasonable terminal program for Linux is
96       'cutecom'.  The default 'escape' 
97       character used by CU (i.e. the character you use to
98       issue commands to cu itself instead of sending the command as input 
99       to the connected device) is a '~'. You will need this for use in 
100       only two different ways during normal operations. First is to exit 
101       the program by sending a '~.' which is called a 'escape-disconnect' 
102       and allows you to close-out from 'cu'. The
103       second use will be outlined later.
104     </p><p>
105       Both TeleMetrum and TeleDongle share the concept of a two level 
106       command set in their 
107       firmware.  The first layer has several single letter commands. Once 
108       you are using 'cu' (or 'cutecom') sending (typing) a '?' 
109       returns a full list of these
110       commands. The second level are configuration sub-commands accessed 
111       using the 'c' command, for 
112       instance typing 'c?' will give you this second level of commands 
113       (all of which require the
114       letter 'c' to access).  Please note that most configuration options
115       are stored only in DataFlash memory, and only TeleMetrum has this
116       memory to save the various values entered like the channel number 
117       and your callsign when powered off.  TeleDongle requires that you
118       set these each time you plug it in, which ao-view can help with.
119     </p><p>
120       Try setting these config ('c' or second level menu) values.  A good
121       place to start is by setting your call sign.  By default, the boards
122       use 'N0CALL' which is cute, but not exactly legal!
123       Spend a few minutes getting comfortable with the units, their 
124       firmware, 'cu' (and possibly 'cutecom') For instance, try to send 
125       (type) a 'cr2' and verify the channel change by sending a 'cs'. 
126       Verify you can connect and disconnect from the units while in 'cu' 
127       by sending the escape-disconnect mentioned above.
128     </p><p>
129       Note that the 'reboot' command, which is very useful on TeleMetrum, 
130       will likely just cause problems with the dongle.  The *correct* way
131       to reset the dongle is just to unplug and re-plug it.
132     </p><p>
133       A fun thing to do at the launch site and something you can do while 
134       learning how to use these units is to play with the rf-link access 
135       of the TeleMetrum from the TeleDongle.  Be aware that you *must* create
136       some physical separation between the devices, otherwise the link will 
137       not function due to signal overload in the receivers in each device.
138     </p><p>
139       Now might be a good time to take a break and read the rest of this
140       manual, particularly about the two "modes" that the TeleMetrum 
141       can be placed in and how the position of the TeleMetrum when booting 
142       up will determine whether the unit is in "pad" or "idle" mode.
143     </p><p>
144       You can access a TeleMetrum in idle mode from the Teledongle's USB 
145       connection using the rf link
146       by issuing a 'p' command to the TeleDongle. Practice connecting and
147       disconnecting ('~~' while using 'cu') from the TeleMetrum.  If 
148       you cannot escape out of the "p" command, (by using a '~~' when in 
149       CU) then it is likely that your kernel has issues.  Try a newer version.
150     </p><p>
151       Using this rf link allows you to configure the TeleMetrum, test 
152       fire e-matches and igniters from the flight line, check pyro-match 
153       continuity and so forth. You can leave the unit turned on while it 
154       is in 'idle mode' and then place the
155       rocket vertically on the launch pad, walk away and then issue a 
156       reboot command.  The TeleMetrum will reboot and start sending data 
157       having changed to the "pad" mode. If the TeleDongle is not receiving 
158       this data, you can disconnect 'cu' from the Teledongle using the 
159       procedures mentioned above and THEN connect to the TeleDongle from 
160       inside 'ao-view'. If this doesn't work, disconnect from the
161       TeleDongle, unplug it, and try again after plugging it back in.
162     </p><p>
163       Eventually the GPS will find enough satellites, lock in on them, 
164       and 'ao-view' will both auditorially announce and visually indicate 
165       that GPS is ready.
166       Now you can launch knowing that you have a good data path and 
167       good satellite lock for flight data and recovery.  Remember 
168       you MUST tell ao-view to connect to the TeleDongle explicitly in 
169       order for ao-view to be able to receive data.
170     </p><p>
171       Both RDF (radio direction finding) tones from the TeleMetrum and 
172       GPS trekking data are available and together are very useful in 
173       locating the rocket once it has landed. (The last good GPS data 
174       received before touch-down will be on the data screen of 'ao-view'.)
175     </p><p>
176       Once you have recovered the rocket you can download the eeprom 
177       contents using either 'ao-dumplog' (or possibly 'ao-eeprom'), over
178       either a USB cable or over the radio link using TeleDongle.
179       And by following the man page for 'ao-postflight' you can create 
180       various data output reports, graphs, and even kml data to see the 
181       flight trajectory in google-earth. (Moving the viewing angle making 
182       sure to connect the yellow lines while in google-earth is the proper
183       technique.)
184     </p><p>
185       As for ao-view.... some things are in the menu but don't do anything 
186       very useful.  The developers have stopped working on ao-view to focus
187       on a new, cross-platform ground station program.  Mostly you just use 
188       the Log and Device menus.  It has a wonderful display of the incoming 
189       flight data and I am sure you will enjoy what it has to say to you 
190       once you enable the voice output!
191     </p><div class="section" title="FAQ"><div class="titlepage"><div><div><h2 class="title" style="clear: both"><a name="id2969939"></a>FAQ</h2></div></div></div><p>
192         The altimeter (TeleMetrum) seems to shut off when disconnected from the
193         computer.  Make sure the battery is adequately charged.  Remember the
194         unit will pull more power than the USB port can deliver before the 
195         GPS enters "locked" mode.  The battery charges best when TeleMetrum
196         is turned off.
197       </p><p>
198         It's impossible to stop the TeleDongle when it's in "p" mode, I have
199         to unplug the USB cable?  Make sure you have tried to "escape out" of 
200         this mode.  If this doesn't work the reboot procedure for the 
201         TeleDongle *is* to simply unplug it. 'cu' however will retain it's 
202         outgoing buffer IF your "escape out" ('~~') does not work. 
203         At this point using either 'ao-view' (or possibly
204         'cutemon') instead of 'cu' will 'clear' the issue and allow renewed
205         communication.
206       </p><p>
207         The amber LED (on the TeleMetrum/altimeter) lights up when both 
208         battery and USB are connected. Does this mean it's charging? 
209         Yes, the yellow LED indicates the charging at the 'regular' rate. 
210         If the led is out but the unit is still plugged into a USB port, 
211         then the battery is being charged at a 'trickle' rate.
212       </p><p>
213         There are no "dit-dah-dah-dit" sound like the manual mentions?
214         That's the "pad" mode.  Weak batteries might be the problem.
215         It is also possible that the unit is horizontal and the output 
216         is instead a "dit-dit" meaning 'idle'.
217       </p><p>
218         It's unclear how to use 'ao-view' and other programs when 'cu' 
219         is running. You cannot have more than one program connected to 
220         the TeleDongle at one time without apparent data loss as the 
221         incoming data will not make it to both programs intact. 
222         Disconnect whatever programs aren't currently being used.
223       </p><p>
224         How do I save flight data?   
225         Live telemetry is written to file(s) whenever 'ao-view' is connected 
226         to the TeleDongle.  The file area defaults to ~/altos
227         but is easily changed using the menus in 'ao-view'. The files that 
228         are written end in '.telem'. The after-flight
229         data-dumped files will end in .eeprom and represent continuous data 
230         unlike the rf-linked .telem files that are subject to the 
231         turnarounds/data-packaging time slots in the half-duplex rf data path. 
232         See the above instructions on what and how to save the eeprom stored 
233         data after physically retrieving your TeleMetrum.
234         </p></div></div><div class="chapter" title="Chapter 3. Specifications"><div class="titlepage"><div><div><h2 class="title"><a name="id2963754"></a>Chapter 3. Specifications</h2></div></div></div><div class="itemizedlist"><ul class="itemizedlist" type="disc"><li class="listitem"><p>
235             Recording altimeter for model rocketry.
236           </p></li><li class="listitem"><p>
237             Supports dual deployment (can fire 2 ejection charges).
238           </p></li><li class="listitem"><p>
239             70cm ham-band transceiver for telemetry downlink.
240           </p></li><li class="listitem"><p>
241             Barometric pressure sensor good to 45k feet MSL.
242           </p></li><li class="listitem"><p>
243             1-axis high-g accelerometer for motor characterization, capable of 
244             +/- 50g using default part.
245           </p></li><li class="listitem"><p>
246             On-board, integrated GPS receiver with 5hz update rate capability.
247           </p></li><li class="listitem"><p>
248             On-board 1 megabyte non-volatile memory for flight data storage.
249           </p></li><li class="listitem"><p>
250             USB interface for battery charging, configuration, and data recovery.
251           </p></li><li class="listitem"><p>
252             Fully integrated support for LiPo rechargeable batteries.
253           </p></li><li class="listitem"><p>
254             Uses LiPo to fire e-matches, support for optional separate pyro 
255             battery if needed.
256           </p></li><li class="listitem"><p>
257             2.75 x 1 inch board designed to fit inside 29mm airframe coupler tube.
258           </p></li></ul></div></div><div class="chapter" title="Chapter 4. Handling Precautions"><div class="titlepage"><div><div><h2 class="title"><a name="id2965995"></a>Chapter 4. Handling Precautions</h2></div></div></div><p>
259         TeleMetrum is a sophisticated electronic device.  When handled gently and
260         properly installed in an airframe, it will deliver impressive results.
261         However, like all electronic devices, there are some precautions you
262         must take.
263       </p><p>
264         The Lithium Polymer rechargeable batteries used with TeleMetrum have an 
265         extraordinary power density.  This is great because we can fly with
266         much less battery mass than if we used alkaline batteries or previous
267         generation rechargeable batteries... but if they are punctured 
268         or their leads are allowed to short, they can and will release their 
269         energy very rapidly!
270         Thus we recommend that you take some care when handling our batteries 
271         and consider giving them some extra protection in your airframe.  We 
272         often wrap them in suitable scraps of closed-cell packing foam before 
273         strapping them down, for example.
274       </p><p>
275         The TeleMetrum barometric sensor is sensitive to sunlight.  In normal 
276         mounting situations, it and all of the other surface mount components 
277         are "down" towards whatever the underlying mounting surface is, so
278         this is not normally a problem.  Please consider this, though, when
279         designing an installation, for example, in a 29mm airframe's see-through
280         plastic payload bay.
281       </p><p>
282         The TeleMetrum barometric sensor sampling port must be able to "breathe",
283         both by not being covered by foam or tape or other materials that might
284         directly block the hole on the top of the sensor, but also by having a
285         suitable static vent to outside air.  
286       </p><p>
287         As with all other rocketry electronics, TeleMetrum must be protected 
288         from exposure to corrosive motor exhaust and ejection charge gasses.
289       </p></div><div class="chapter" title="Chapter 5. Hardware Overview"><div class="titlepage"><div><div><h2 class="title"><a name="id2979951"></a>Chapter 5. Hardware Overview</h2></div></div></div><p>
290         TeleMetrum is a 1 inch by 2.75 inch circuit board.  It was designed to
291         fit inside coupler for 29mm airframe tubing, but using it in a tube that
292         small in diameter may require some creativity in mounting and wiring 
293         to succeed!  The default 1/4
294         wave UHF wire antenna attached to the center of the nose-cone end of
295         the board is about 7 inches long, and wiring for a power switch and
296         the e-matches for apogee and main ejection charges depart from the 
297         fin can end of the board.  Given all this, an ideal "simple" avionics 
298         bay for TeleMetrum should have at least 10 inches of interior length.
299       </p><p>
300         A typical TeleMetrum installation using the on-board GPS antenna and
301         default wire UHF antenna involves attaching only a suitable
302         Lithium Polymer battery, a single pole switch for power on/off, and 
303         two pairs of wires connecting e-matches for the apogee and main ejection
304         charges.  
305       </p><p>
306         By default, we use the unregulated output of the LiPo battery directly
307         to fire ejection charges.  This works marvelously with standard 
308         low-current e-matches like the J-Tek from MJG Technologies, and with 
309         Quest Q2G2 igniters.  However, if you
310         want or need to use a separate pyro battery, you can do so by adding
311         a second 2mm connector to position B2 on the board and cutting the
312         thick pcb trace connecting the LiPo battery to the pyro circuit between
313         the two silk screen marks on the surface mount side of the board shown
314         here [insert photo]
315       </p><p>
316         We offer two choices of pyro and power switch connector, or you can 
317         choose neither and solder wires directly to the board.  All three choices
318         are reasonable depending on the constraints of your airframe.  Our
319         favorite option when there is sufficient room above the board is to use
320         the Tyco pin header with polarization and locking.  If you choose this
321         option, you crimp individual wires for the power switch and e-matches
322         into a mating connector, and installing and removing the TeleMetrum
323         board from an airframe is as easy as plugging or unplugging two 
324         connectors.  If the airframe will not support this much height or if
325         you want to be able to directly attach e-match leads to the board, we
326         offer a screw terminal block.  This is very similar to what most other
327         altimeter vendors provide and so may be the most familiar
328         option.  You'll need a very small straight blade screwdriver to connect
329         and disconnect the board in this case, such as you might find in a
330         jeweler's screwdriver set.  Finally, you can forego both options and
331         solder wires directly to the board, which may be the best choice for
332         minimum diameter and/or minimum mass designs. 
333       </p><p>
334         For most airframes, the integrated GPS antenna and wire UHF antenna are
335         a great combination.  However, if you are installing in a carbon-fiber
336         electronics bay which is opaque to RF signals, you may need to use 
337         off-board external antennas instead.  In this case, you can order
338         TeleMetrum with an SMA connector for the UHF antenna connection, and
339         you can unplug the integrated GPS antenna and select an appropriate 
340         off-board GPS antenna with cable terminating in a U.FL connector.
341       </p></div><div class="chapter" title="Chapter 6. Operation"><div class="titlepage"><div><div><h2 class="title"><a name="id2980270"></a>Chapter 6. Operation</h2></div></div></div><div class="toc"><p><b>Table of Contents</b></p><dl><dt><span class="section"><a href="#id2966264">Firmware Modes </a></span></dt><dt><span class="section"><a href="#id2965911">GPS </a></span></dt><dt><span class="section"><a href="#id2977993">Ground Testing </a></span></dt><dt><span class="section"><a href="#id2962884">Radio Link </a></span></dt><dt><span class="section"><a href="#id2960257">Configurable Parameters</a></span></dt><dd><dl><dt><span class="section"><a href="#id2955134">Radio Channel</a></span></dt><dt><span class="section"><a href="#id2948360">Apogee Delay</a></span></dt><dt><span class="section"><a href="#id2982412">Main Deployment Altitude</a></span></dt></dl></dd><dt><span class="section"><a href="#id2969053">Calibration</a></span></dt><dd><dl><dt><span class="section"><a href="#id2969214">Radio Frequency</a></span></dt><dt><span class="section"><a href="#id2975078">Accelerometer</a></span></dt></dl></dd></dl></div><div class="section" title="Firmware Modes"><div class="titlepage"><div><div><h2 class="title" style="clear: both"><a name="id2966264"></a>Firmware Modes </h2></div></div></div><p>
342           The AltOS firmware build for TeleMetrum has two fundamental modes,
343           "idle" and "flight".  Which of these modes the firmware operates in
344           is determined by the orientation of the rocket (well, actually the
345           board, of course...) at the time power is switched on.  If the rocket
346           is "nose up", then TeleMetrum assumes it's on a rail or rod being
347           prepared for launch, so the firmware chooses flight mode.  However,
348           if the rocket is more or less horizontal, the firmware instead enters
349           idle mode.
350         </p><p>
351           At power on, you will hear three beeps ("S" in Morse code for startup)
352           and then a pause while 
353           TeleMetrum completes initialization and self tests, and decides which
354           mode to enter next.
355         </p><p>
356           In flight mode, TeleMetrum turns on the GPS system, engages the flight
357           state machine, goes into transmit-only mode on the RF link sending 
358           telemetry, and waits for launch to be detected.  Flight mode is
359           indicated by an audible "di-dah-dah-dit" ("P" for pad) on the 
360           beeper, followed by
361           beeps indicating the state of the pyrotechnic igniter continuity.
362           One beep indicates apogee continuity, two beeps indicate
363           main continuity, three beeps indicate both apogee and main continuity,
364           and one longer "brap" sound indicates no continuity.  For a dual
365           deploy flight, make sure you're getting three beeps before launching!
366           For apogee-only or motor eject flights, do what makes sense.
367         </p><p>
368           In idle mode, you will hear an audible "di-dit" ("I" for idle), and
369           the normal flight state machine is disengaged, thus
370           no ejection charges will fire.  TeleMetrum also listens on the RF
371           link when in idle mode for packet mode requests sent from TeleDongle.
372           Commands can be issued to a TeleMetrum in idle mode over either
373           USB or the RF link equivalently.
374           Idle mode is useful for configuring TeleMetrum, for extracting data 
375           from the on-board storage chip after flight, and for ground testing
376           pyro charges.
377         </p><p>
378           One "neat trick" of particular value when TeleMetrum is used with very
379           large airframes, is that you can power the board up while the rocket
380           is horizontal, such that it comes up in idle mode.  Then you can 
381           raise the airframe to launch position, use a TeleDongle to open
382           a packet connection, and issue a 'reset' command which will cause
383           TeleMetrum to reboot, realize it's now nose-up, and thus choose
384           flight mode.  This is much safer than standing on the top step of a
385           rickety step-ladder or hanging off the side of a launch tower with
386           a screw-driver trying to turn on your avionics before installing
387           igniters!
388         </p></div><div class="section" title="GPS"><div class="titlepage"><div><div><h2 class="title" style="clear: both"><a name="id2965911"></a>GPS </h2></div></div></div><p>
389           TeleMetrum includes a complete GPS receiver.  See a later section for
390           a brief explanation of how GPS works that will help you understand
391           the information in the telemetry stream.  The bottom line is that
392           the TeleMetrum GPS receiver needs to lock onto at least four 
393           satellites to obtain a solid 3 dimensional position fix and know 
394           what time it is!
395         </p><p>
396           TeleMetrum provides backup power to the GPS chip any time a LiPo
397           battery is connected.  This allows the receiver to "warm start" on
398           the launch rail much faster than if every power-on were a "cold start"
399           for the GPS receiver.  In typical operations, powering up TeleMetrum
400           on the flight line in idle mode while performing final airframe
401           preparation will be sufficient to allow the GPS receiver to cold
402           start and acquire lock.  Then the board can be powered down during
403           RSO review and installation on a launch rod or rail.  When the board
404           is turned back on, the GPS system should lock very quickly, typically
405           long before igniter installation and return to the flight line are
406           complete.
407         </p></div><div class="section" title="Ground Testing"><div class="titlepage"><div><div><h2 class="title" style="clear: both"><a name="id2977993"></a>Ground Testing </h2></div></div></div><p>
408           An important aspect of preparing a rocket using electronic deployment
409           for flight is ground testing the recovery system.  Thanks
410           to the bi-directional RF link central to the Altus Metrum system, 
411           this can be accomplished in a TeleMetrum-equipped rocket without as
412           much work as you may be accustomed to with other systems.  It can
413           even be fun!
414         </p><p>
415           Just prep the rocket for flight, then power up TeleMetrum while the
416           airframe is horizontal.  This will cause the firmware to go into 
417           "idle" mode, in which the normal flight state machine is disabled and
418           charges will not fire without manual command.  Then, establish an
419           RF packet connection from a TeleDongle-equipped computer using the 
420           P command from a safe distance.  You can now command TeleMetrum to
421           fire the apogee or main charges to complete your testing.
422         </p><p>
423           In order to reduce the chance of accidental firing of pyrotechnic
424           charges, the command to fire a charge is intentionally somewhat
425           difficult to type, and the built-in help is slightly cryptic to 
426           prevent accidental echoing of characters from the help text back at
427           the board from firing a charge.  The command to fire the apogee
428           drogue charge is 'i DoIt drogue' and the command to fire the main
429           charge is 'i DoIt main'.
430         </p></div><div class="section" title="Radio Link"><div class="titlepage"><div><div><h2 class="title" style="clear: both"><a name="id2962884"></a>Radio Link </h2></div></div></div><p>
431           The chip our boards are based on incorporates an RF transceiver, but
432           it's not a full duplex system... each end can only be transmitting or
433           receiving at any given moment.  So we had to decide how to manage the
434           link.
435         </p><p>
436           By design, TeleMetrum firmware listens for an RF connection when
437           it's in "idle mode" (turned on while the rocket is horizontal), which
438           allows us to use the RF link to configure the rocket, do things like
439           ejection tests, and extract data after a flight without having to 
440           crack open the airframe.  However, when the board is in "flight 
441           mode" (turned on when the rocket is vertical) the TeleMetrum only 
442           transmits and doesn't listen at all.  That's because we want to put 
443           ultimate priority on event detection and getting telemetry out of 
444           the rocket and out over
445           the RF link in case the rocket crashes and we aren't able to extract
446           data later... 
447         </p><p>
448           We don't use a 'normal packet radio' mode because they're just too
449           inefficient.  The GFSK modulation we use is just FSK with the 
450           baseband pulses passed through a
451           Gaussian filter before they go into the modulator to limit the
452           transmitted bandwidth.  When combined with the hardware forward error
453           correction support in the cc1111 chip, this allows us to have a very
454           robust 38.4 kilobit data link with only 10 milliwatts of transmit power,
455           a whip antenna in the rocket, and a hand-held Yagi on the ground.  We've
456           had a test flight above 12k AGL with good reception, and calculations
457           suggest we should be good to 40k AGL or more with a 5-element yagi on
458           the ground.  We hope to fly boards to higher altitudes soon, and would
459           of course appreciate customer feedback on performance in higher
460           altitude flights!
461         </p></div><div class="section" title="Configurable Parameters"><div class="titlepage"><div><div><h2 class="title" style="clear: both"><a name="id2960257"></a>Configurable Parameters</h2></div></div></div><p>
462           Configuring a TeleMetrum board for flight is very simple.  Because we
463           have both acceleration and pressure sensors, there is no need to set
464           a "mach delay", for example.  The few configurable parameters can all
465           be set using a simple terminal program over the USB port or RF link
466           via TeleDongle.
467         </p><div class="section" title="Radio Channel"><div class="titlepage"><div><div><h3 class="title"><a name="id2955134"></a>Radio Channel</h3></div></div></div><p>
468             Our firmware supports 10 channels.  The default channel 0 corresponds
469             to a center frequency of 434.550 Mhz, and channels are spaced every 
470             100 khz.  Thus, channel 1 is 434.650 Mhz, and channel 9 is 435.550 Mhz.
471             At any given launch, we highly recommend coordinating who will use
472             each channel and when to avoid interference.  And of course, both 
473             TeleMetrum and TeleDongle must be configured to the same channel to
474             successfully communicate with each other.
475           </p><p>
476             To set the radio channel, use the 'c r' command, like 'c r 3' to set
477             channel 3.  
478             As with all 'c' sub-commands, follow this with a 'c w' to write the 
479             change to the parameter block in the on-board DataFlash chip.
480           </p></div><div class="section" title="Apogee Delay"><div class="titlepage"><div><div><h3 class="title"><a name="id2948360"></a>Apogee Delay</h3></div></div></div><p>
481             Apogee delay is the number of seconds after TeleMetrum detects flight
482             apogee that the drogue charge should be fired.  In most cases, this
483             should be left at the default of 0.  However, if you are flying
484             redundant electronics such as for an L3 certification, you may wish 
485             to set one of your altimeters to a positive delay so that both 
486             primary and backup pyrotechnic charges do not fire simultaneously.
487           </p><p>
488             To set the apogee delay, use the [FIXME] command.
489             As with all 'c' sub-commands, follow this with a 'c w' to write the 
490             change to the parameter block in the on-board DataFlash chip.
491           </p></div><div class="section" title="Main Deployment Altitude"><div class="titlepage"><div><div><h3 class="title"><a name="id2982412"></a>Main Deployment Altitude</h3></div></div></div><p>
492             By default, TeleMetrum will fire the main deployment charge at an
493             elevation of 250 meters (about 820 feet) above ground.  We think this
494             is a good elevation for most airframes, but feel free to change this 
495             to suit.  In particular, if you are flying two altimeters, you may
496             wish to set the
497             deployment elevation for the backup altimeter to be something lower
498             than the primary so that both pyrotechnic charges don't fire
499             simultaneously.
500           </p><p>
501             To set the main deployment altitude, use the [FIXME] command.
502             As with all 'c' sub-commands, follow this with a 'c w' to write the 
503             change to the parameter block in the on-board DataFlash chip.
504           </p></div></div><div class="section" title="Calibration"><div class="titlepage"><div><div><h2 class="title" style="clear: both"><a name="id2969053"></a>Calibration</h2></div></div></div><p>
505           There are only two calibrations required for a TeleMetrum board, and
506           only one for TeleDongle.
507         </p><div class="section" title="Radio Frequency"><div class="titlepage"><div><div><h3 class="title"><a name="id2969214"></a>Radio Frequency</h3></div></div></div><p>
508             The radio frequency is synthesized from a clock based on the 48 Mhz
509             crystal on the board.  The actual frequency of this oscillator must be
510             measured to generate a calibration constant.  While our GFSK modulation
511             bandwidth is wide enough to allow boards to communicate even when 
512             their oscillators are not on exactly the same frequency, performance
513             is best when they are closely matched.
514             Radio frequency calibration requires a calibrated frequency counter.
515             Fortunately, once set, the variation in frequency due to aging and
516             temperature changes is small enough that re-calibration by customers
517             should generally not be required.
518           </p><p>
519             To calibrate the radio frequency, connect the UHF antenna port to a
520             frequency counter, set the board to channel 0, and use the 'C' 
521             command to generate a CW carrier.  Wait for the transmitter temperature
522             to stabilize and the frequency to settle down.  
523             Then, divide 434.550 Mhz by the 
524             measured frequency and multiply by the current radio cal value show
525             in the 'c s' command.  For an unprogrammed board, the default value
526             is 1186611.  Take the resulting integer and program it using the 'c f'
527             command.  Testing with the 'C' command again should show a carrier
528             within a few tens of Hertz of the intended frequency.
529             As with all 'c' sub-commands, follow this with a 'c w' to write the 
530             change to the parameter block in the on-board DataFlash chip.
531           </p></div><div class="section" title="Accelerometer"><div class="titlepage"><div><div><h3 class="title"><a name="id2975078"></a>Accelerometer</h3></div></div></div><p>
532             The accelerometer we use has its own 5 volt power supply and
533             the output must be passed through a resistive voltage divider to match
534             the input of our 3.3 volt ADC.  This means that unlike the barometric
535             sensor, the output of the acceleration sensor is not ratiometric to 
536             the ADC converter, and calibration is required.  We also support the 
537             use of any of several accelerometers from a Freescale family that 
538             includes at least +/- 40g, 50g, 100g, and 200g parts.  Using gravity,
539             a simple 2-point calibration yields acceptable results capturing both
540             the different sensitivities and ranges of the different accelerometer
541             parts and any variation in power supply voltages or resistor values
542             in the divider network.
543           </p><p>
544             To calibrate the acceleration sensor, use the 'c a 0' command.  You
545             will be prompted to orient the board vertically with the UHF antenna
546             up and press a key, then to orient the board vertically with the 
547             UHF antenna down and press a key.
548             As with all 'c' sub-commands, follow this with a 'c w' to write the 
549             change to the parameter block in the on-board DataFlash chip.
550           </p><p>
551             The +1g and -1g calibration points are included in each telemetry
552             frame and are part of the header extracted by ao-dumplog after flight.
553             Note that we always store and return raw ADC samples for each
554             sensor... nothing is permanently "lost" or "damaged" if the 
555             calibration is poor.
556           </p></div></div></div><div class="chapter" title="Chapter 7. Using Altus Metrum Products"><div class="titlepage"><div><div><h2 class="title"><a name="id2976467"></a>Chapter 7. Using Altus Metrum Products</h2></div></div></div><div class="toc"><p><b>Table of Contents</b></p><dl><dt><span class="section"><a href="#id2964669">Being Legal</a></span></dt><dd><dl><dt><span class="section"><a href="#id2969459">In the Rocket</a></span></dt><dt><span class="section"><a href="#id2964682">On the Ground</a></span></dt><dt><span class="section"><a href="#id2980718">Data Analysis</a></span></dt><dt><span class="section"><a href="#id2957709">Future Plans</a></span></dt></dl></dd><dt><span class="section"><a href="#id2961256">
557           How GPS Works
558         </a></span></dt></dl></div><div class="section" title="Being Legal"><div class="titlepage"><div><div><h2 class="title" style="clear: both"><a name="id2964669"></a>Being Legal</h2></div></div></div><p>
559           First off, in the US, you need an [amateur radio license](../Radio) or 
560           other authorization to legally operate the radio transmitters that are part
561           of our products.
562         </p><div class="section" title="In the Rocket"><div class="titlepage"><div><div><h3 class="title"><a name="id2969459"></a>In the Rocket</h3></div></div></div><p>
563             In the rocket itself, you just need a [TeleMetrum](../TeleMetrum) board and 
564             a LiPo rechargeable battery.  An 860mAh battery weighs less than a 9V 
565             alkaline battery, and will run a [TeleMetrum](../TeleMetrum) for hours.
566           </p><p>
567             By default, we ship TeleMetrum with a simple wire antenna.  If your 
568             electronics bay or the airframe it resides within is made of carbon fiber, 
569             which is opaque to RF signals, you may choose to have an SMA connector 
570             installed so that you can run a coaxial cable to an antenna mounted 
571             elsewhere in the rocket.
572           </p></div><div class="section" title="On the Ground"><div class="titlepage"><div><div><h3 class="title"><a name="id2964682"></a>On the Ground</h3></div></div></div><p>
573             To receive the data stream from the rocket, you need an antenna and short 
574             feedline connected to one of our [TeleDongle](../TeleDongle) units.  The
575             TeleDongle in turn plugs directly into the USB port on a notebook 
576             computer.  Because TeleDongle looks like a simple serial port, your computer
577             does not require special device drivers... just plug it in.
578           </p><p>
579             Right now, all of our application software is written for Linux.  However, 
580             because we understand that many people run Windows or MacOS, we are working 
581             on a new ground station program written in Java that should work on all
582             operating systems.
583           </p><p>
584             After the flight, you can use the RF link to extract the more detailed data 
585             logged in the rocket, or you can use a mini USB cable to plug into the 
586             TeleMetrum board directly.  Pulling out the data without having to open up
587             the rocket is pretty cool!  A USB cable is also how you charge the LiPo 
588             battery, so you'll want one of those anyway... the same cable used by lots 
589             of digital cameras and other modern electronic stuff will work fine.
590           </p><p>
591             If your rocket lands out of sight, you may enjoy having a hand-held GPS 
592             receiver, so that you can put in a waypoint for the last reported rocket 
593             position before touch-down.  This makes looking for your rocket a lot like 
594             Geo-Cacheing... just go to the waypoint and look around starting from there.
595           </p><p>
596             You may also enjoy having a ham radio "HT" that covers the 70cm band... you 
597             can use that with your antenna to direction-find the rocket on the ground 
598             the same way you can use a Walston or Beeline tracker.  This can be handy 
599             if the rocket is hiding in sage brush or a tree, or if the last GPS position 
600             doesn't get you close enough because the rocket dropped into a canyon, or 
601             the wind is blowing it across a dry lake bed, or something like that...  Keith
602             and Bdale both currently own and use the Yaesu VX-7R at launches.
603           </p><p>
604             So, to recap, on the ground the hardware you'll need includes:
605             </p><div class="orderedlist"><ol class="orderedlist" type="1"><li class="listitem"> 
606                 an antenna and feedline
607               </li><li class="listitem"> 
608                 a TeleDongle
609               </li><li class="listitem"> 
610                 a notebook computer
611               </li><li class="listitem"> 
612                 optionally, a handheld GPS receiver
613               </li><li class="listitem"> 
614                 optionally, an HT or receiver covering 435 Mhz
615               </li></ol></div><p>
616           </p><p>
617             The best hand-held commercial directional antennas we've found for radio 
618             direction finding rockets are from 
619             <a class="ulink" href="http://www.arrowantennas.com/" target="_top">
620               Arrow Antennas.
621             </a>
622             The 440-3 and 440-5 are both good choices for finding a 
623             TeleMetrum-equipped rocket when used with a suitable 70cm HT.  
624           </p></div><div class="section" title="Data Analysis"><div class="titlepage"><div><div><h3 class="title"><a name="id2980718"></a>Data Analysis</h3></div></div></div><p>
625             Our software makes it easy to log the data from each flight, both the 
626             telemetry received over the RF link during the flight itself, and the more
627             complete data log recorded in the DataFlash memory on the TeleMetrum 
628             board.  Once this data is on your computer, our postflight tools make it
629             easy to quickly get to the numbers everyone wants, like apogee altitude, 
630             max acceleration, and max velocity.  You can also generate and view a 
631             standard set of plots showing the altitude, acceleration, and
632             velocity of the rocket during flight.  And you can even export a data file 
633             useable with Google Maps and Google Earth for visualizing the flight path 
634             in two or three dimensions!
635           </p><p>
636             Our ultimate goal is to emit a set of files for each flight that can be
637             published as a web page per flight, or just viewed on your local disk with 
638             a web browser.
639           </p></div><div class="section" title="Future Plans"><div class="titlepage"><div><div><h3 class="title"><a name="id2957709"></a>Future Plans</h3></div></div></div><p>
640             In the future, we intend to offer "companion boards" for the rocket that will
641             plug in to TeleMetrum to collect additional data, provide more pyro channels,
642             and so forth.  A reference design for a companion board will be documented
643             soon, and will be compatible with open source Arduino programming tools.
644           </p><p>
645             We are also working on the design of a hand-held ground terminal that will
646             allow monitoring the rocket's status, collecting data during flight, and
647             logging data after flight without the need for a notebook computer on the
648             flight line.  Particularly since it is so difficult to read most notebook
649             screens in direct sunlight, we think this will be a great thing to have.
650           </p><p>
651             Because all of our work is open, both the hardware designs and the software,
652             if you have some great idea for an addition to the current Altus Metrum family,
653             feel free to dive in and help!  Or let us know what you'd like to see that 
654             we aren't already working on, and maybe we'll get excited about it too... 
655           </p></div></div><div class="section" title="How GPS Works"><div class="titlepage"><div><div><h2 class="title" style="clear: both"><a name="id2961256"></a>
656           How GPS Works
657         </h2></div></div></div><p>
658           Placeholder.
659         </p></div></div></div></body></html>