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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.
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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 this is a photo of our original board with serial port for off-board GPS,
  13 without the big off-board 1000uF cap from the original ejection circuit:
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  15 <a href="v0.1/loadedpair.jpg"> <img src="v0.1/loadedpair-thumb.jpg"></a>
  16 <!- <a href="v0.1/rawfront.jpg"> <img src="v0.1/rawfront-thumb.jpg"></a> ->
  17 <!- <a href="v0.1/rawback.jpg"> <img src="v0.1/rawback-thumb.jpg"></a> ->
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  19 ## Motivation ##
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  21 Bdale and Keith both own
  22 [BeeLine](http://www.bigredbee.com/BeeLine.htm)
  23 trackers from
  24 [Big Red Bee](http://www.bigredbee.com), and are pretty happy with them.
  25 They use a PIC processor and a TI CC1050 transmitter chip, and
  26 operate in the ham radio 70cm band.
  27
  28 One weekend while attending a conference together, we got to wondering if
  29 we couldn't adapt one to use as a downlink for the
  30 [AltusMetrum](../AltusMetrum/) altimeter board in addition to direction
  31 finding after flight.  That caused us to start thinking about other things
  32 in the design we might want to tweak, and before long we were working on the
  33 design of a new tracker board derived from the BeeLine design.
  34 Another friend at the same conference showed us a board he was working on
  35 using a different part in the same TI series, that integrated a transceiver
  36 and CPU on the same chip.
  37 It didn't take us long to realize that with such a part we could combine and
  38 simplify things by building a new altimeter with integrated RF link!  And
  39 after gaining some experience in 2009 with a first version, we realized we
  40 always want GPS on board, which lead to our current second generation boards.
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  42 ## Features ##
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  44 ### User View ###
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  46 * Recording altimeter for model rocketry
  47 * Supports dual deployment (can fire 2 ejection charges)
  48 * 70cm ham-band transceiver for telemetry downlink
  49 * Barometric pressure sensor good to 45k feet MSL
  50 * Temperature sensor
  51 * 1-axis high-g accelerometer for motor characterization
  52 * On-board non-volatile memory for flight data storage
  53 * Serial port for attachment of GPS module
  54 * USB for power, configuration, and data recovery
  55 * Integrated support for LiPo rechargeable batteries
  56 * 2.5 x 1 inch board designed to fit inside 29mm airframe coupler tube
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  58 ### Developer View ###
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  60 * [TI CC1111F32](http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/cc1111f32.html) Low Power RF System-on-Chip
  61         * Sub-1Ghz transceiver
  62         * 8051 MCU
  63         * 32k Flash
  64         * 4k RAM
  65         * USB 2.0
  66         * 6 12-bit analog inputs (11 bits with single-ended sensors)
  67         * 2 channels of serial I/O
  68         * digital I/O
  69 * [Microchip 25LC1024](http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en520389) CMOS serial EEPROM
  70         * 128k x 8
  71         * SPI interface
  72 * Various Sensors
  73         * [Freescale MP3H6115A](http://www.freescale.com/webapp/search.partparamdetail.framework?PART_NUMBER=MP3H6115A6U) pressure sensor
  74         * [Freescale MMA2202EG](http://www.freescale.com/webapp/search.partparamdetail.framework?PART_NUMBER=MMA2202EG) 50g accelerometer.  Can use 40-200g variants!
  75         * [Microchip MCP9700A](http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en027103) temperature sensor
  76 * Software Features (planned)
  77         * Written mostly in C with some 8051 assembler
  78         * Runs from on-chip flash, uses on-chip RAM, stores flight data to
  79                 serial EEPROM chip
  80         * USB serial emulation for "console" interface
  81 * Tools Used
  82         * [gEDA](http://www.gpleda.org/) for schematic capture and PCB layout
  83         * [SDCC](http://sdcc.sourceforge.net/) compiler and source debugger
  84 * Licenses
  85         * The hardware is licensed under the [TAPR](http://www.tapr.org) [Open Hardware License](http://www.tapr.org/ohl.html)
  86         * The software is licensed [GPL version 2](http://www.gnu.org/licenses/old-licenses/gpl-2.0.html)
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  88 ## [Production History](production) ##
  89
  90 ## [Flight Logs](flightlogs) ##
  91
  92 ## Problems ##
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  94 * The CC1111F32 is a 36-pin QFN package, which necessitates reflow
  95   soldering.  Since we needed to reflow solder anyway, and because TI used
  96   them in their reference design, we went a little crazy and used 0402
  97   passive parts everywhere.  That means working under a microscope to
  98   place parts!  Without an inspection microscope, loading and testing these
  99   boards might be impossible.
 100
 101 * The v0.1 artwork has the USB connector footprint placed wrong, so that the
 102   connector hangs out over the edge of the board instead of being flush with
 103   the edge.
 104
 105 * The v0.1 artwork has two issues that require cuts and jumps.  The first is
 106   that we need chip select on the SPI memory.  To fix that, we give up the
 107   ability to put the accelerometer into self-test mode and use that GPIO line
 108   to pull chip select on the memory.  The second is that the igniter sense
 109   circuits each need a second resistor to complete the voltage divider so our
 110   3.3V CPU ADC can read the 5V ejection voltage.  This is fixed by changing
 111   two resistor values, and tacking two additional resistors onto the board
 112   with jumpers to ground.
 113
 114 ## Artifacts ##
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 116 The hardware design current gEDA files are available from
 117 [git.gag.com](http://git.gag.com) in the project
 118 [hw/telemetrum](http://git.gag.com/?p=hw/telemetrum;a=summary).
 119
 120 Work on the next version proceeds on the master branch, with occasional
 121 temporary branches created when Bdale is making some major / speculative
 122 change.  The 'v0.2' and 'v0.1' branches document what we're actually flying
 123 right now on the two respective PCB revisions.  The 'ground' branch has a
 124 cut-down schematic used to generate the BOM for partially loading v0.1 boards
 125 to used on the ground.  We call the on-the-ground version 'TeleDongle'.
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 127 For those who don't have ready access to the gEDA suite, here are pdf snapshots
 128 of files in more easily readable form.
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 130 * These are from the v0.2 branch:
 131  * [schematic](v0.2/telemetrum.pdf)
 132  * [pcb artwork](v0.2/telemetrum.pcb.pdf)
 133  * [bill of materials](v0.2/partslist.csv)
 134 * These are as of the working-v0.1 tag:
 135  * [schematic](v0.1/telemetrum.pdf)
 136  * [pcb artwork](v0.1/telemetrum.pcb.pdf)
 137  * [bill of materials](v0.1/telemetrum.bom)
 138
 139 We have firmware that works well enough that we now routinely allow TeleMetrum
 140 to control flights by firing ejection charges.  We've flown v0.1 boards in
 141 rockets exceeding 50g acceleration, above Mach 1, and to altitudes greater
 142 than 12k feet AGL with great results.  Keith wrote a ground station program
 143 called
 144 ao-view that logs telemetry to disk, displays current and max
 145 values for key parameters during flight, and even includes voice synthesis
 146 during the flight so that our eyes can stay on the rockets!  We have post
 147 flight analysis software that makes it easy to extract data from the board,
 148 analyze it, and even generate KML files for viewing flights in GoogleEarth!
 149 More details on the software, including full source code and pre-built packages
 150 can be found on the [AltOS](../AltOS) page on this site.
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 152 ## Future Plans ##
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 154 Work is underway on a second revision of TeleMetrum with the following changes:
 155
 156 * stretch board length by 0.25 inches
 157 * adjust USB connector position to be flush with edge of board
 158 * eliminate temperature sensor, since baro sensor is already compensated and there's a sensor on the cc1111
 159 * eliminate serial port connector
 160 * integrate SkyTraq Venus GPS receiver and patch antenna on-board
 161 * change debug connector to 4 pin Tyco MicroMaTch
 162 * add 8 pin Tyco MicroMaTch connector for companion board interface
 163 * use v_lipo as pyro power, eliminating the huge 1000uF capacitor and instead
 164   adding ballast capacitance on the 3.3V rail to prevent brownouts
 165 * move all connectors, beeper, and GPS patch antenna to the "other side" of the board from the surface mount parts
 166 * add a rectangle of silk screen material for improved serial number labeling
 167
 168 As of early December 2009, the layout work for v0.2 is done and we're busy
 169 verifying it and deciding exactly how we're going to build them.  We hope to
 170 have first prototypes to test in time to show the new version at LCA in late
 171 January 2010.  If it works out as well as we hope, v0.2 may be made available
 172 in assembled and tested form to others in the rocketry hobby who have
 173 expressed interest sometime in 2010.