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).
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  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 ##
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  21 ### User View ###
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  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 1.0 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.
 114
 115 ## Future Plans ##
 116
 117 TeleMetrum v1.1 meets all of our expectations, except for one mis-placed
 118 trace also present in v1.0.  The error makes use of a separate pyro battery
 119 less trivial than intended.  We'll fix that for a future production run.
 120
 121 ## Problems ##
 122
 123 * The CC1111F32 is a 36-pin QFN package, which necessitates reflow
 124   soldering.  Since we needed to reflow solder anyway, and because TI used
 125   them in their reference design, we went a little crazy and used 0402
 126   passive parts everywhere.  That means working under a microscope to
 127   place parts!  Without an inspection microscope, loading and testing these
 128   boards might be impossible.
 129
 130 * The addition of on-board GPS in v0.2 means that the total power consumption
 131   can exceed the rate at which we draw power from the USB interface,
 132   particularly when the GPS is in cold start mode.  This means a battery must
 133   be attached during operation, and also that the battery will only charge
 134   effectively from USB when the board is turned off.
 135
 136 ## History ##
 137
 138 ### v1.0 ###
 139
 140 These are photos of our third version, which was the basis of our first
 141 production build.  These were sold between April and December 2010, and
 142 performed very well.
 143
 144 <a href="v1.0/cimg5972-crop.jpg"> <img src="v1.0/cimg5972-thumb.jpg"></a>
 145 <a href="v1.0/cimg5974-crop.jpg"> <img src="v1.0/cimg5974-thumb.jpg"></a>
 146
 147 The differences between v1.0 and v1.1 were small:
 148
 149 * different flash memory part due to supplier availability problems
 150 * updated reset circuit to improve reliability at temperature extremes
 151 * changed the GPS antenna footprint to eliminate the large through-hole
 152   originally intended for use with a passive patch
 153 * irq line eliminated from the companion port
 154 * an additional resistor divider added to allow sampling the 5V supply
 155
 156 The schematics and PCB artwork for this version are on the v1.0 branch in
 157 our git repository, here are pdf copies for easy reference:
 158
 159 * [schematic](v1.0/telemetrum.pdf)
 160 * [pcb artwork](v1.0/telemetrum.pcb.pdf)
 161 * [bill of materials](v1.0/partslist.csv)
 162
 163
 164 ### v0.2 ###
 165
 166 These are photos of our second version, which included the integrated Venus
 167 GPS receiver, but with a passive patch antenna that turned out to have
 168 disappointing performance due to our many PCB geometry constraints.  It also
 169 used a voltage regulator with less capacity which we felt was marginal for
 170 supporting the companion boards we have planned:
 171
 172 <a href="v0.2/cimg5164-cropped.jpg"> <img src="v0.2/cimg5164-thumb.jpg"></a>
 173 <a href="v0.2/cimg5171-cropped.jpg"> <img src="v0.2/cimg5171-thumb.jpg"></a>
 174
 175 Other than cleaning up the silkscreen, the differences between v0.2 and
 176 v1.0 boards were really quite small:
 177
 178 * 100ma LDO regulator instead of the current 150ma part
 179 * no C38 footprint
 180 * different value for C36 reset capacitor
 181
 182 The schematics and PCB artwork for this version are on the v0.2 branch in
 183 our git repository, here are pdf copies for easy reference:
 184
 185  * [schematic](v0.2/telemetrum.pdf)
 186  * [pcb artwork](v0.2/telemetrum.pcb.pdf)
 187  * [bill of materials](v0.2/partslist.csv)
 188
 189 ### v0.1 ###
 190
 191 And this is a photo of our original board with serial port for off-board GPS,
 192 without the big off-board 1000uF cap from the original ejection circuit:
 193
 194 <a href="v0.1/loadedpair.jpg"> <img src="v0.1/loadedpair-thumb.jpg"></a>
 195
 196 The differences between v0.1 and later boards were substantial:
 197
 198 * 2.5 x 1 inch board with all parts mounted on one side
 199 * 4-pin PicoBlade serial port connector for attachment of external GPS module
 200 * USB connector projected approximately 3mm over the edge of the board
 201 * Debug connector used 4 IC socket pins on 100 mil centers
 202 * no companion board interface
 203 * 50ma LDO regulator on early boards, later boards used a 100ma part
 204 * [Microchip 25LC1024](http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en520389) CMOS serial EEPROM instead of DataFlash
 205         * 128k x 8
 206         * SPI interface
 207 * [Microchip MCP9700A](http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en027103) discrete temperature sensor
 208 * used 1000uF electrolytic capacitor charged to 5V for pyro supply
 209 * two LEDs instead of one attached to CPU
 210
 211 The elimination of the discrete temperature sensor and second LED were
 212 necessary to support the companion board interface added in v0.2.
 213
 214 The v0.1 artwork had three issues, two of which required physical rework
 215 on each board.  All of these issues were fixed in v0.2.
 216
 217 * The USB connector footprint was placed wrong, so that the
 218   connector hung out over the edge of the board instead of being
 219   flush.
 220 * We needed chip select on the SPI memory.  To fix that, we gave up the
 221   ability to put the accelerometer into self-test mode and used that
 222   GPIO line to pull chip select on the memory, which required two
 223   cuts and two jumpers.
 224 * The igniter sense circuits each needed a second resistor to
 225   complete the voltage divider so our 3.3V CPU ADC could read the
 226   5V ejection voltage.  This was fixed by changing two resistor
 227   values, and tacking two additional resistors onto the board
 228   with jumpers to ground.
 229
 230 The schematics and PCB artwork for this version as of the working-v0.1 tag
 231 are available here are pdf copies for easy reference:
 232
 233  * [schematic](v0.1/telemetrum.pdf)
 234  * [pcb artwork](v0.1/telemetrum.pcb.pdf)
 235  * [bill of materials](v0.1/telemetrum.bom)