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   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 store.
   8
   9 These are photos of our current production version, which includes an
  10 integrated GPS receiver with active patch antenna:
  11
  12 <a href="v1.0/cimg5972-crop.jpg"> <img src="v1.0/cimg5972-thumb.jpg"></a>
  13 <a href="v1.0/cimg5974-crop.jpg"> <img src="v1.0/cimg5974-thumb.jpg"></a>
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  15 These are photos of our second version, which included the integrated Venus
  16 GPS receiver, but with a passive patch antenna that turned out to have
  17 disappointing performance due to our many PCB geometry constraints.  It also
  18 used a voltage regulator with less capacity which we felt was marginal for
  19 supporting the companion boards we have planned:
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  21 <a href="v0.2/cimg5164-cropped.jpg"> <img src="v0.2/cimg5164-thumb.jpg"></a>
  22 <a href="v0.2/cimg5171-cropped.jpg"> <img src="v0.2/cimg5171-thumb.jpg"></a>
  23
  24 And this is a photo of our original board with serial port for off-board GPS,
  25 without the big off-board 1000uF cap from the original ejection circuit:
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  27 <a href="v0.1/loadedpair.jpg"> <img src="v0.1/loadedpair-thumb.jpg"></a>
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  29 ## Motivation ##
  30
  31 Bdale and Keith both own
  32 [BeeLine](http://www.bigredbee.com/BeeLine.htm)
  33 trackers from
  34 [Big Red Bee](http://www.bigredbee.com), and are pretty happy with them.
  35 They use a PIC processor and a TI CC1050 transmitter chip, and
  36 operate in the ham radio 70cm band.
  37
  38 One weekend while attending a conference together, we got to wondering if
  39 we couldn't adapt one to use as a downlink for the
  40 [AltusMetrum](../AltusMetrum/) altimeter board in addition to direction
  41 finding after flight.  That caused us to start thinking about other things
  42 in the design we might want to tweak, and before long we were working on the
  43 design of a new tracker board derived from the BeeLine design.
  44 Another friend at the same conference showed us a board he was working on
  45 using a different part in the same TI series, that integrated a transceiver
  46 and CPU on the same chip.
  47 It didn't take us long to realize that with such a part we could combine and
  48 simplify things by building a new altimeter with integrated RF link!  And
  49 after gaining some experience in 2009 with a first version, we realized we
  50 always want GPS on board, which lead to our current second generation boards.
  51
  52 ## Features ##
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  54 ### User View ###
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  56 * Recording altimeter for model rocketry
  57 * Supports dual deployment (can fire 2 ejection charges)
  58 * 70cm ham-band transceiver for telemetry downlink
  59 * Barometric pressure sensor good to 45k feet MSL
  60 * 1-axis high-g accelerometer for motor characterization
  61 * On-board, integrated GPS receiver
  62 * On-board non-volatile memory for flight data storage
  63 * USB for power, configuration, and data recovery
  64 * Integrated support for LiPo rechargeable batteries
  65 * Uses LiPo to fire e-matches, optional support for separate pyro battery
  66 * 2.75 x 1 inch board designed to fit inside 29mm airframe coupler tube
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  68 ### Developer View ###
  69
  70 * Hardware Features
  71         * [TI CC1111F32](http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/cc1111f32.html) Low Power RF System-on-Chip
  72                 * Sub-1Ghz transceiver
  73                 * 8051 MCU
  74                 * 32k Flash
  75                 * 4k RAM
  76                 * USB 2.0
  77                 * 6 12-bit analog inputs (11 bits with single-ended sensors)
  78                 * 2 channels of serial I/O
  79                 * digital I/O
  80         * [Atmel AT45DB081D](http://www.atmel.com/dyn/products/product_card.asp?part_id=3819) DataFlash memory
  81                 * 1M x 8
  82                 * 256 byte page size
  83                 * SPI interface
  84                 * other parts in this Atmel DataFlash series can optionally be used
  85         * [SkyTraq](http://www.skytraq.com.tw/) Venus634FLPx GPS receiver
  86                 * on-board [Taoglas AP.17A.01[(http://www.taoglas.com/antennas/GPS_Antennas/Internal_GPS_-_Active_Patch_Modules/)
  87                   single-stage active patch antenna
  88                 * U.FL connector with 3.3V DC can be re-purposed for optional external amplified antennas
  89                 * async serial interface
  90         * [Freescale MP3H6115A](http://www.freescale.com/webapp/search.partparamdetail.framework?PART_NUMBER=MP3H6115A6U) pressure sensor
  91         * [Freescale MMA2202EG](http://www.freescale.com/webapp/search.partparamdetail.framework?PART_NUMBER=MMA2202EG) 50g accelerometer.  Can use 40-200g variants!
  92 * Software Features
  93         * Written mostly in C with some 8051 assembler
  94         * Runs from on-chip flash, uses on-chip RAM, stores flight data to
  95                 serial DataFlash chip
  96         * USB serial emulation for "console" interface
  97 * Tools Used
  98         * [gEDA](http://www.gpleda.org/) for schematic capture and PCB layout
  99         * [SDCC](http://sdcc.sourceforge.net/) compiler and source debugger
 100 * Licenses
 101         * The hardware is licensed under the [TAPR](http://www.tapr.org) [Open Hardware License](http://www.tapr.org/ohl.html)
 102         * The software is licensed [GPL version 2](http://www.gnu.org/licenses/old-licenses/gpl-2.0.html)
 103
 104 ### v0.2 Differences  ###
 105
 106 * 100ma LDO regulator instead of the current 150ma part
 107 * no C38 footprint
 108 * different value for C36 reset capacitor
 109
 110 ### v0.1 Differences  ###
 111
 112 * 2.5 x 1 inch board with all parts mounted on one side
 113 * 4-pin PicoBlade serial port connector for attachment of external GPS module
 114 * USB connector projected approximately 3mm over the edge of the board
 115 * Debug connector used 4 IC socket pins on 100 mil centers
 116 * no companion board interface
 117 * 50ma LDO regulator on early boards, later boards used a 100ma part
 118 * [Microchip 25LC1024](http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en520389) CMOS serial EEPROM instead of DataFlash
 119         * 128k x 8
 120         * SPI interface
 121 * [Microchip MCP9700A](http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en027103) discrete temperature sensor
 122 * used 1000uF electrolytic capacitor charged to 5V for pyro supply
 123 * two LEDs instead of one attached to CPU
 124
 125 The elimination of the discrete temperature sensor and second LED were
 126 necessary to support the companion board interface added in v0.2.
 127
 128 ## [Production History](../production) ##
 129
 130 ## [Flight Logs](flightlogs) ##
 131
 132 ## Problems ##
 133
 134 * The CC1111F32 is a 36-pin QFN package, which necessitates reflow
 135   soldering.  Since we needed to reflow solder anyway, and because TI used
 136   them in their reference design, we went a little crazy and used 0402
 137   passive parts everywhere.  That means working under a microscope to
 138   place parts!  Without an inspection microscope, loading and testing these
 139   boards might be impossible.
 140
 141 * The addition of on-board GPS in v0.2 means that the total power consumption
 142   can exceed the rate at which we draw power from the USB interface,
 143   particularly when the GPS is in cold start mode.  This means a battery must
 144   be attached during operation, and also that the battery will only charge
 145   effectively from USB when the board is turned off.
 146
 147 * The v0.1 artwork had three issues, two of which required physical rework
 148   on each board.  All of these issues were fixed in v0.2.
 149
 150         * The USB connector footprint was placed wrong, so that the
 151           connector hung out over the edge of the board instead of being
 152           flush.
 153         * We needed chip select on the SPI memory.  To fix that, we gave up the
 154           ability to put the accelerometer into self-test mode and used that
 155           GPIO line to pull chip select on the memory, which required two
 156           cuts and two jumpers.
 157         * The igniter sense circuits each needed a second resistor to
 158           complete the voltage divider so our 3.3V CPU ADC could read the
 159           5V ejection voltage.  This was fixed by changing two resistor
 160           values, and tacking two additional resistors onto the board
 161           with jumpers to ground.
 162
 163 ## Artifacts ##
 164
 165 The hardware design current gEDA files are available from
 166 [git.gag.com](http://git.gag.com) in the project
 167 [hw/telemetrum](http://git.gag.com/?p=hw/telemetrum;a=summary).
 168
 169 Work on the next version proceeds on the master branch, with occasional
 170 temporary branches created when Bdale is making some major / speculative
 171 change.  The 'v0.2' and 'v0.1' branches document what we're actually flying
 172 right now on the two respective PCB revisions.  The 'ground' branch has a
 173 cut-down schematic used to generate the BOM for partially loading v0.1 boards
 174 to used on the ground.  We call the on-the-ground version 'TeleDongle'.
 175
 176 For those who don't have ready access to the gEDA suite, here are pdf snapshots
 177 of files in more easily readable form.
 178
 179 * Production PCB version v1.0:
 180  * [schematic](v1.0/telemetrum.pdf)
 181  * [pcb artwork](v1.0/telemetrum.pcb.pdf)
 182  * [bill of materials](v1.0/partslist.csv)
 183 * These are from the v0.2 branch:
 184  * [schematic](v0.2/telemetrum.pdf)
 185  * [pcb artwork](v0.2/telemetrum.pcb.pdf)
 186  * [bill of materials](v0.2/partslist.csv)
 187 * These are as of the working-v0.1 tag:
 188  * [schematic](v0.1/telemetrum.pdf)
 189  * [pcb artwork](v0.1/telemetrum.pcb.pdf)
 190  * [bill of materials](v0.1/telemetrum.bom)
 191
 192 Our [AltOS](../AltOS) firmware works well enough that we now routinely fly
 193 TeleMetrum with no backup.  Rockets with v0.1 boards have exceeded 50g
 194 acceleration, been above Mach 1, and reached altitudes greater
 195 than 12k feet AGL with great results.  Keith's ground station program
 196 called ao-view logs telemetry to disk, displays current and max values for
 197 key parameters during flight, and even includes voice synthesis
 198 during the flight so that our eyes can stay on the rockets!  We have post
 199 flight analysis software that makes it easy to extract data from the board,
 200 analyze it, and even generate KML files for viewing flights in GoogleEarth!
 201 More details on the software, including full source code and pre-built packages
 202 can be found on the [AltOS](../AltOS) page on this site.
 203
 204 ## Future Plans ##
 205
 206 As of May 2010, version v1.0 is available for sale from the
 207 [Garbee and Garbee](http://auric.gag.com) web store.
 208
 209 Because we understand that not everyone uses Linux, development of a new
 210 cross-platform ground station program written in Java is underway for use with
 211 [AltOS](../AltOS).