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   1 # TeleMetrum
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   3 This is a recording dual-deploy altimeter for high power model rocketry
   4 with integrated GPS and telemetry link.
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   6 These are photos of our current version,
   7 which includes an integrated GPS receiver and patch antenna:
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   9 <a href="v0.2/cimg5164-cropped.jpg"> <img src="v0.2/cimg5164-thumb.jpg"></a>
  10 <a href="v0.2/cimg5171-cropped.jpg"> <img src="v0.2/cimg5171-thumb.jpg"></a>
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  12 And these are photos of our original board with serial port for off-board GPS:
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  14 <a href="v0.1/loadedpair.jpg"> <img src="v0.1/loadedpair-thumb.jpg"></a>
  15 <a href="v0.1/rawfront.jpg"> <img src="v0.1/rawfront-thumb.jpg"></a>
  16 <a href="v0.1/rawback.jpg"> <img src="v0.1/rawback-thumb.jpg"></a>
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  18 ## Motivation ##
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  20 Bdale and Keith both own
  21 [BeeLine](http://www.bigredbee.com/BeeLine.htm)
  22 trackers from
  23 [Big Red Bee](http://www.bigredbee.com), and are pretty happy with them.
  24 They use a PIC processor and a TI CC1050 transmitter chip, and
  25 operate in the ham radio 70cm band.
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  27 One weekend while attending a conference together, we got to wondering if
  28 we couldn't adapt one to use as a downlink for the
  29 [AltusMetrum](../AltusMetrum/) altimeter board in addition to direction
  30 finding after flight.  That caused us to start thinking about other things
  31 in the design we might want to tweak, and before long we were working on the
  32 design of a new tracker board derived from the BeeLine design.
  33 Another friend at the same conference showed us a board he was working on
  34 using a different part in the same TI series, that integrated a transceiver
  35 and CPU on the same chip.
  36 It didn't take us long to realize that with such a part we could combine and
  37 simplify things by building a new altimeter with integrated RF link!  And
  38 after gaining some experience in 2009 with a first version, we realized we
  39 always want GPS on board, which lead to our current second generation boards.
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  41 ## Features ##
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  43 ### User View ###
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  45 * Recording altimeter for model rocketry
  46 * Supports dual deployment (can fire 2 ejection charges)
  47 * 70cm ham-band transceiver for telemetry downlink
  48 * Barometric pressure sensor good to 45k feet MSL
  49 * Temperature sensor
  50 * 1-axis high-g accelerometer for motor characterization
  51 * On-board non-volatile memory for flight data storage
  52 * Serial port for attachment of GPS module
  53 * USB for power, configuration, and data recovery
  54 * Integrated support for LiPo rechargeable batteries
  55 * 2.5 x 1 inch board designed to fit inside 29mm airframe coupler tube
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  57 ### Developer View ###
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  59 * [TI CC1111F32](http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/cc1111f32.html) Low Power RF System-on-Chip
  60         * Sub-1Ghz transceiver
  61         * 8051 MCU
  62         * 32k Flash
  63         * 4k RAM
  64         * USB 2.0
  65         * 6 12-bit analog inputs (11 bits with single-ended sensors)
  66         * 2 channels of serial I/O
  67         * digital I/O
  68 * [Microchip 25LC1024](http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en520389) CMOS serial EEPROM
  69         * 128k x 8
  70         * SPI interface
  71 * Various Sensors
  72         * [Freescale MP3H6115A](http://www.freescale.com/webapp/search.partparamdetail.framework?PART_NUMBER=MP3H6115A6U) pressure sensor
  73         * [Freescale MMA2202EG](http://www.freescale.com/webapp/search.partparamdetail.framework?PART_NUMBER=MMA2202EG) 50g accelerometer.  Can use 40-200g variants!
  74         * [Microchip MCP9700A](http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en027103) temperature sensor
  75 * Software Features (planned)
  76         * Written mostly in C with some 8051 assembler
  77         * Runs from on-chip flash, uses on-chip RAM, stores flight data to
  78                 serial EEPROM chip
  79         * USB serial emulation for "console" interface
  80 * Tools Used
  81         * [gEDA](http://www.gpleda.org/) for schematic capture and PCB layout
  82         * [SDCC](http://sdcc.sourceforge.net/) compiler and source debugger
  83 * Licenses
  84         * The hardware is licensed under the [TAPR](http://www.tapr.org) [Open Hardware License](http://www.tapr.org/ohl.html)
  85         * The software is licensed [GPL version 2](http://www.gnu.org/licenses/old-licenses/gpl-2.0.html)
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  87 ## [Production History](production) ##
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  89 ## [Flight Logs](flightlogs) ##
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  91 ## Problems ##
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  93 * The CC1111F32 is a 36-pin QFN package, which necessitates reflow
  94   soldering.  Since we needed to reflow solder anyway, and because TI used
  95   them in their reference design, we went a little crazy and used 0402
  96   passive parts everywhere.  That means working under a microscope to
  97   place parts!  Without an inspection microscope, loading and testing these
  98   boards might be impossible.
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 100 * The v0.1 artwork has the USB connector footprint placed wrong, so that the
 101   connector hangs out over the edge of the board instead of being flush with
 102   the edge.
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 104 * The v0.1 artwork has two issues that require cuts and jumps.  The first is
 105   that we need chip select on the SPI memory.  To fix that, we give up the
 106   ability to put the accelerometer into self-test mode and use that GPIO line
 107   to pull chip select on the memory.  The second is that the igniter sense
 108   circuits each need a second resistor to complete the voltage divider so our
 109   3.3V CPU ADC can read the 5V ejection voltage.  This is fixed by changing
 110   two resistor values, and tacking two additional resistors onto the board
 111   with jumpers to ground.
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 113 ## Artifacts ##
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 115 The hardware design current gEDA files are available from
 116 [git.gag.com](http://git.gag.com) in the project
 117 [hw/telemetrum](http://git.gag.com/?p=hw/telemetrum;a=summary).
 118
 119 Work on the next version proceeds on the master branch, with occasional
 120 temporary branches created when Bdale is making some major / speculative
 121 change.  The 'v0.2' and 'v0.1' branches document what we're actually flying
 122 right now on the two respective PCB revisions.  The 'ground' branch has a
 123 cut-down schematic used to generate the BOM for partially loading v0.1 boards
 124 to used on the ground.  We call the on-the-ground version 'TeleDongle'.
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 126 For those who don't have ready access to the gEDA suite, here are pdf snapshots
 127 of files in more easily readable form.
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 129 * These are from the v0.2 branch:
 130  * [schematic](v0.2/telemetrum.pdf)
 131  * [pcb artwork](v0.2/telemetrum.pcb.pdf)
 132  * [bill of materials](v0.2/partslist.csv)
 133 * These are as of the working-v0.1 tag:
 134  * [schematic](v0.1/telemetrum.pdf)
 135  * [pcb artwork](v0.1/telemetrum.pcb.pdf)
 136  * [bill of materials](v0.1/telemetrum.bom)
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 138 We have firmware that works well enough that we now routinely allow TeleMetrum
 139 to control flights by firing ejection charges.  We've flown v0.1 boards in
 140 rockets exceeding 50g acceleration, above Mach 1, and to altitudes greater
 141 than 12k feet AGL with great results.  Keith wrote a ground station program
 142 called
 143 ao-view that logs telemetry to disk, displays current and max
 144 values for key parameters during flight, and even includes voice synthesis
 145 during the flight so that our eyes can stay on the rockets!  We have post
 146 flight analysis software that makes it easy to extract data from the board,
 147 analyze it, and even generate KML files for viewing flights in GoogleEarth!
 148 More details on the software, including full source code and pre-built packages
 149 can be found on the [AltOS](../AltOS) page on this site.
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 151 ## Future Plans ##
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 153 Work is underway on a second revision of TeleMetrum with the following changes:
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 155 * stretch board length by 0.25 inches
 156 * adjust USB connector position to be flush with edge of board
 157 * eliminate temperature sensor, since baro sensor is already compensated and there's a sensor on the cc1111
 158 * eliminate serial port connector
 159 * integrate SkyTraq Venus GPS receiver and patch antenna on-board
 160 * change debug connector to 4 pin Tyco MicroMaTch
 161 * add 8 pin Tyco MicroMaTch connector for companion board interface
 162 * use v_lipo as pyro power, eliminating the huge 1000uF capacitor and instead
 163   adding ballast capacitance on the 3.3V rail to prevent brownouts
 164 * move all connectors, beeper, and GPS patch antenna to the "other side" of the board from the surface mount parts
 165 * add a rectangle of silk screen material for improved serial number labeling
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 167 As of early December 2009, the layout work for v0.2 is done and we're busy
 168 verifying it and deciding exactly how we're going to build them.  We hope to
 169 have first prototypes to test in time to show the new version at LCA in late
 170 January 2010.  If it works out as well as we hope, v0.2 may be made available
 171 in assembled and tested form to others in the rocketry hobby who have
 172 expressed interest sometime in 2010.