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 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>
  14
  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:
  18
  19 <a href="v0.2/cimg5164-cropped.jpg"> <img src="v0.2/cimg5164-thumb.jpg"></a>
  20 <a href="v0.2/cimg5171-cropped.jpg"> <img src="v0.2/cimg5171-thumb.jpg"></a>
  21
  22 And this is a photo of our original board with serial port for off-board GPS,
  23 without the big off-board 1000uF cap from the original ejection circuit:
  24
  25 <a href="v0.1/loadedpair.jpg"> <img src="v0.1/loadedpair-thumb.jpg"></a>
  26
  27 ## Motivation ##
  28
  29 Bdale and Keith both own
  30 [BeeLine](http://www.bigredbee.com/BeeLine.htm)
  31 trackers from
  32 [Big Red Bee](http://www.bigredbee.com), and are pretty happy with them.
  33 They use a PIC processor and a TI CC1050 transmitter chip, and
  34 operate in the ham radio 70cm band.
  35
  36 One weekend while attending a conference together, we got to wondering if
  37 we couldn't adapt one to use as a downlink for the
  38 [AltusMetrum](../AltusMetrum/) altimeter board in addition to direction
  39 finding after flight.  That caused us to start thinking about other things
  40 in the design we might want to tweak, and before long we were working on the
  41 design of a new tracker board derived from the BeeLine design.
  42 Another friend at the same conference showed us a board he was working on
  43 using a different part in the same TI series, that integrated a transceiver
  44 and CPU on the same chip.
  45 It didn't take us long to realize that with such a part we could combine and
  46 simplify things by building a new altimeter with integrated RF link!  And
  47 after gaining some experience in 2009 with a first version, we realized we
  48 always want GPS on board, which lead to our current second generation boards.
  49
  50 ## Features ##
  51
  52 ### User View ###
  53
  54 * Recording altimeter for model rocketry
  55 * Supports dual deployment (can fire 2 ejection charges)
  56 * 70cm ham-band transceiver for telemetry downlink
  57 * Barometric pressure sensor good to 45k feet MSL
  58 * 1-axis high-g accelerometer for motor characterization
  59 * On-board, integrated GPS receiver
  60 * On-board non-volatile memory for flight data storage
  61 * USB for power, configuration, and data recovery
  62 * Integrated support for LiPo rechargeable batteries
  63 * Uses LiPo to fire e-matches, optional support for separate pyro battery
  64 * 2.75 x 1 inch board designed to fit inside 29mm airframe coupler tube
  65
  66 ### Developer View ###
  67
  68 * Hardware Features
  69         * [TI CC1111F32](http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/cc1111f32.html) Low Power RF System-on-Chip
  70                 * Sub-1Ghz transceiver
  71                 * 8051 MCU
  72                 * 32k Flash
  73                 * 4k RAM
  74                 * USB 2.0
  75                 * 6 12-bit analog inputs (11 bits with single-ended sensors)
  76                 * 2 channels of serial I/O
  77                 * digital I/O
  78         * [Atmel AT45DB081D](http://www.atmel.com/dyn/products/product_card.asp?part_id=3819) DataFlash memory
  79                 * 1M x 8
  80                 * 256 byte page size
  81                 * SPI interface
  82                 * other parts in this Atmel DataFlash series can optionally be used
  83         * [SkyTraq](http://www.skytraq.com.tw/) Venus634FLPx GPS receiver
  84                 * on-board [Taoglas AP.17A.01[(http://www.taoglas.com/antennas/GPS_Antennas/Internal_GPS_-_Active_Patch_Modules/)
  85                   single-stage active patch antenna
  86                 * U.FL connector with 3.3V DC can be re-purposed for optional external amplified antennas
  87                 * async serial interface
  88         * [Freescale MP3H6115A](http://www.freescale.com/webapp/search.partparamdetail.framework?PART_NUMBER=MP3H6115A6U) pressure sensor
  89         * [Freescale MMA2202EG](http://www.freescale.com/webapp/search.partparamdetail.framework?PART_NUMBER=MMA2202EG) 50g accelerometer.  Can use 40-200g variants!
  90 * Software Features
  91         * Written mostly in C with some 8051 assembler
  92         * Runs from on-chip flash, uses on-chip RAM, stores flight data to
  93                 serial DataFlash chip
  94         * USB serial emulation for "console" interface
  95 * Tools Used
  96         * [gEDA](http://www.gpleda.org/) for schematic capture and PCB layout
  97         * [SDCC](http://sdcc.sourceforge.net/) compiler and source debugger
  98 * Licenses
  99         * The hardware is licensed under the [TAPR](http://www.tapr.org) [Open Hardware License](http://www.tapr.org/ohl.html)
 100         * The software is licensed [GPL version 2](http://www.gnu.org/licenses/old-licenses/gpl-2.0.html)
 101
 102 ### v0.1 Differences  ###
 103
 104 * 2.5 x 1 inch board with all parts mounted on one side
 105 * 4-pin PicoBlade serial port connector for attachment of external GPS module
 106 * USB connector projected approximately 3mm over the edge of the board
 107 * Debug connector used 4 IC socket pins on 100 mil centers
 108 * no companion board interface
 109 * [Microchip 25LC1024](http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en520389) CMOS serial EEPROM instead of DataFlash
 110         * 128k x 8
 111         * SPI interface
 112 * [Microchip MCP9700A](http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en027103) discrete temperature sensor
 113 * used 1000uF electrolytic capacitor charged to 5V for pyro supply
 114 * two LEDs instead of one attached to CPU
 115
 116 The elimination of the discrete temperature sensor and second LED were
 117 necessary to support the companion board interface added in v0.2.
 118
 119 ## [Production History](../production) ##
 120
 121 ## [Flight Logs](flightlogs) ##
 122
 123 ## Problems ##
 124
 125 * The CC1111F32 is a 36-pin QFN package, which necessitates reflow
 126   soldering.  Since we needed to reflow solder anyway, and because TI used
 127   them in their reference design, we went a little crazy and used 0402
 128   passive parts everywhere.  That means working under a microscope to
 129   place parts!  Without an inspection microscope, loading and testing these
 130   boards might be impossible.
 131
 132 * The addition of on-board GPS in v0.2 means that the total 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 * The v0.1 artwork had three issues, two of which required physical rework
 139   on each board.  All of these issues were fixed in v0.2.
 140
 141         * The USB connector footprint was placed wrong, so that the
 142           connector hung out over the edge of the board instead of being
 143           flush.
 144         * We needed chip select on the SPI memory.  To fix that, we gave up the
 145           ability to put the accelerometer into self-test mode and used that
 146           GPIO line to pull chip select on the memory, which required two
 147           cuts and two jumpers.
 148         * The igniter sense circuits each needed a second resistor to
 149           complete the voltage divider so our 3.3V CPU ADC could read the
 150           5V ejection voltage.  This was fixed by changing two resistor
 151           values, and tacking two additional resistors onto the board
 152           with jumpers to ground.
 153
 154 ## Artifacts ##
 155
 156 The hardware design current gEDA files are available from
 157 [git.gag.com](http://git.gag.com) in the project
 158 [hw/telemetrum](http://git.gag.com/?p=hw/telemetrum;a=summary).
 159
 160 Work on the next version proceeds on the master branch, with occasional
 161 temporary branches created when Bdale is making some major / speculative
 162 change.  The 'v0.2' and 'v0.1' branches document what we're actually flying
 163 right now on the two respective PCB revisions.  The 'ground' branch has a
 164 cut-down schematic used to generate the BOM for partially loading v0.1 boards
 165 to used on the ground.  We call the on-the-ground version 'TeleDongle'.
 166
 167 For those who don't have ready access to the gEDA suite, here are pdf snapshots
 168 of files in more easily readable form.
 169
 170 * These are from the v0.2 branch:
 171  * [schematic](v0.2/telemetrum.pdf)
 172  * [pcb artwork](v0.2/telemetrum.pcb.pdf)
 173  * [bill of materials](v0.2/partslist.csv)
 174 * These are as of the working-v0.1 tag:
 175  * [schematic](v0.1/telemetrum.pdf)
 176  * [pcb artwork](v0.1/telemetrum.pcb.pdf)
 177  * [bill of materials](v0.1/telemetrum.bom)
 178
 179 Our [AltOS](../AltOS) firmware works well enough that we now routinely fly
 180 TeleMetrum with no backup.  Rockets with v0.1 boards have exceeded 50g
 181 acceleration, been above Mach 1, and reached altitudes greater
 182 than 12k feet AGL with great results.  Keith's ground station program
 183 called ao-view logs telemetry to disk, displays current and max values for
 184 key parameters during flight, and even includes voice synthesis
 185 during the flight so that our eyes can stay on the rockets!  We have post
 186 flight analysis software that makes it easy to extract data from the board,
 187 analyze it, and even generate KML files for viewing flights in GoogleEarth!
 188 More details on the software, including full source code and pre-built packages
 189 can be found on the [AltOS](../AltOS) page on this site.
 190
 191 ## Future Plans ##
 192
 193 As of early March 2010, three prototypes of v0.2 exist and have flown with
 194 great success.  We will initiate a production run shortly with the goal of
 195 making TeleMetrum available in assembled and tested form to others in the
 196 rocketry hobby in time for the 2010 flying season.
 197
 198 Because we understand that not everyone uses Linux, we are investigating
 199 the best way to make a cross-platform ground station program for use with
 200 [AltOS](../AltOS), perhaps in Java...