continuing to work on the docs
[fw/altos] / doc / telemetrum-doc.xsl
1 <?xml version="1.0" encoding="utf-8" ?>
2 <!DOCTYPE book PUBLIC "-//OASIS//DTD DocBook XML V4.5//EN"
3   "/usr/share/xml/docbook/schema/dtd/4.5/docbookx.dtd">
4 <book>
5   <title>TeleMetrum</title>
6   <subtitle>Owner's Manual for the TeleMetrum System</subtitle>
7   <bookinfo>
8     <author>
9       <firstname>Bdale</firstname>
10       <surname>Garbee</surname>
11     </author>
12     <author>
13       <firstname>Keith</firstname>
14       <surname>Packard</surname>
15     </author>
16     <copyright>
17       <year>2010</year>
18       <holder>Bdale Garbee and Keith Packard</holder>
19     </copyright>
20     <legalnotice>
21       <para>
22         This document is released under the terms of the 
23         <ulink url="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/">
24           Creative Commons ShareAlike 3.0
25         </ulink>
26         license.
27       </para>
28     </legalnotice>
29     <revhistory>
30       <revision>
31         <revnumber>0.3</revnumber>
32         <date>12 November 2010</date>
33         <revremark>
34           Add instructions for re-flashing devices using AltosUI
35         </revremark>
36       </revision>
37       <revision>
38         <revnumber>0.2</revnumber>
39         <date>18 July 2010</date>
40         <revremark>Significant update</revremark>
41       </revision>
42       <revision>
43         <revnumber>0.1</revnumber>
44         <date>30 March 2010</date>
45         <revremark>Initial content</revremark>
46       </revision>
47     </revhistory>
48   </bookinfo>
49   <chapter>
50     <title>Introduction and Overview</title>
51     <para>
52       Welcome to the Altus Metrum community!  Our circuits and software reflect
53       our passion for both hobby rocketry and Free Software.  We hope their
54       capabilities and performance will delight you in every way, but by
55       releasing all of our hardware and software designs under open licenses,
56       we also hope to empower you to take as active a role in our collective
57       future as you wish!
58     </para>
59     <para>
60       The focal point of our community is TeleMetrum, a dual deploy altimeter 
61       with fully integrated GPS and radio telemetry as standard features, and
62       a "companion interface" that will support optional capabilities in the 
63       future.
64     </para>
65     <para>    
66       Complementing TeleMetrum is TeleDongle, a USB to RF interface for 
67       communicating with TeleMetrum.  Combined with your choice of antenna and 
68       notebook computer, TeleDongle and our associated user interface software
69       form a complete ground station capable of logging and displaying in-flight
70       telemetry, aiding rocket recovery, then processing and archiving flight
71       data for analysis and review.
72     </para>
73     <para>
74       More products will be added to the Altus Metrum family over time, and
75       we currently envision that this will evolve to be be the single, 
76       comprehensive manual for the entire product family.
77     </para>
78   </chapter>
79   <chapter>
80     <title>Getting Started</title>
81     <para>
82       This chapter began as "The Mere-Mortals Quick Start/Usage Guide to 
83       the Altus Metrum Starter Kit" by Bob Finch, W9YA, NAR 12965, TRA 12350, 
84       w9ya@amsat.org.  Bob was one of our first customers for a production
85       TeleMetrum, and the enthusiasm that led to his contribution of this
86       section is immensely gratifying and highy appreciated!
87     </para>
88     <para>
89       The first thing to do after you check the inventory of parts in your 
90       "starter kit" is to charge the battery by plugging it into the 
91       corresponding socket of the TeleMetrum and then using the USB A to mini
92       B cable to plug the Telemetrum into your computer's USB socket. The 
93       TeleMetrum circuitry will charge the battery whenever it is plugged 
94       in, because the TeleMetrum's on-off switch does NOT control the 
95       charging circuitry.  When the GPS chip is initially searching for
96       satellites, TeleMetrum will consume more current than it can pull 
97       from the usb port, so the battery must be attached in order to get
98       satellite lock.  Once GPS is locked, the current consumption goes back 
99       down enough to enable charging while 
100       running. So it's a good idea to fully charge the battery as your 
101       first item of business so there is no issue getting and maintaining 
102       satellite lock.  The yellow charge indicator led will go out when the 
103       battery is nearly full and the charger goes to trickle charge.  It
104       can take several hours to fully recharge a deeply discharged battery.
105     </para>
106     <para>
107       The other active device in the starter kit is the TeleDongle USB to
108       RF interface.  If you plug it in to your Mac or Linux computer it should 
109       "just work", showing up as a serial port device.  Windows systems need
110       driver information that is part of the AltOS download to know that the
111       existing USB modem driver will work.  If you are using Linux and are
112       having problems, try moving to a fresher kernel (2.6.33 or newer), as
113       the USB serial driver had ugly bugs in some earlier versions.
114     </para>
115     <para>
116       Next you should obtain and install the AltOS utilities.  These include
117       the AltosUI ground station program, current firmware images for 
118       TeleMetrum and TeleDongle, and a number of standalone utilities that
119       are rarely needed.  Pre-built binary packages are available for Debian
120       Linux, Microsoft Windows, and recent MacOSX versions.  Full sourcecode
121       and build instructions for some other Linux variants are also available.
122       The latest version may always be downloaded from
123       http://altusmetrum.org/AltOS.
124     </para>
125     <para>
126       Both Telemetrum and TeleDongle can be directly communicated 
127       with using USB ports. The first thing you should try after getting 
128       both units plugged into to your computer's usb port(s) is to run 
129       'ao-list' from a terminal-window to see what port-device-name each 
130       device has been assigned by the operating system. 
131       You will need this information to access the devices via their 
132       respective on-board firmware and data using other command line
133       programs in the AltOS software suite.
134     </para>
135     <para>
136       To access the device's firmware for configuration you need a terminal
137       program such as you would use to talk to a modem.  The software 
138       authors prefer using the program 'cu' which comes from the UUCP package
139       on most Unix-like systems such as Linux.  An example command line for
140       cu might be 'cu -l /dev/ttyACM0', substituting the correct number 
141       indicated from running the
142       ao-list program.  Another reasonable terminal program for Linux is
143       'cutecom'.  The default 'escape' 
144       character used by CU (i.e. the character you use to
145       issue commands to cu itself instead of sending the command as input 
146       to the connected device) is a '~'. You will need this for use in 
147       only two different ways during normal operations. First is to exit 
148       the program by sending a '~.' which is called a 'escape-disconnect' 
149       and allows you to close-out from 'cu'. The
150       second use will be outlined later.
151     </para>
152     <para>
153       Both TeleMetrum and TeleDongle share the concept of a two level 
154       command set in their firmware.  
155       The first layer has several single letter commands. Once 
156       you are using 'cu' (or 'cutecom') sending (typing) a '?' 
157       returns a full list of these
158       commands. The second level are configuration sub-commands accessed 
159       using the 'c' command, for 
160       instance typing 'c?' will give you this second level of commands 
161       (all of which require the
162       letter 'c' to access).  Please note that most configuration options
163       are stored only in DataFlash memory, and only TeleMetrum has this
164       memory to save the various values entered like the channel number 
165       and your callsign when powered off.  TeleDongle requires that you
166       set these each time you plug it in, which ao-view can help with.
167     </para>
168     <para>
169       Try setting these config ('c' or second level menu) values.  A good
170       place to start is by setting your call sign.  By default, the boards
171       use 'N0CALL' which is cute, but not exactly legal!
172       Spend a few minutes getting comfortable with the units, their 
173       firmware, and 'cu' (or possibly 'cutecom').
174       For instance, try to send 
175       (type) a 'c r 2' and verify the channel change by sending a 'c s'. 
176       Verify you can connect and disconnect from the units while in your
177       terminal program by sending the escape-disconnect mentioned above.
178     </para>
179     <para>
180       Note that the 'reboot' command, which is very useful on TeleMetrum, 
181       will likely just cause problems with the dongle.  The *correct* way
182       to reset the dongle is just to unplug and re-plug it.
183     </para>
184     <para>
185       A fun thing to do at the launch site and something you can do while 
186       learning how to use these units is to play with the rf-link access 
187       of the TeleMetrum from the TeleDongle.  Be aware that you *must* create
188       some physical separation between the devices, otherwise the link will 
189       not function due to signal overload in the receivers in each device.
190     </para>
191     <para>
192       Now might be a good time to take a break and read the rest of this
193       manual, particularly about the two "modes" that the TeleMetrum 
194       can be placed in and how the position of the TeleMetrum when booting 
195       up will determine whether the unit is in "pad" or "idle" mode.
196     </para>
197     <para>
198       You can access a TeleMetrum in idle mode from the Teledongle's USB 
199       connection using the rf link
200       by issuing a 'p' command to the TeleDongle. Practice connecting and
201       disconnecting ('~~' while using 'cu') from the TeleMetrum.  If 
202       you cannot escape out of the "p" command, (by using a '~~' when in 
203       CU) then it is likely that your kernel has issues.  Try a newer version.
204     </para>
205     <para>
206       Using this rf link allows you to configure the TeleMetrum, test 
207       fire e-matches and igniters from the flight line, check pyro-match 
208       continuity and so forth. You can leave the unit turned on while it 
209       is in 'idle mode' and then place the
210       rocket vertically on the launch pad, walk away and then issue a 
211       reboot command.  The TeleMetrum will reboot and start sending data 
212       having changed to the "pad" mode. If the TeleDongle is not receiving 
213       this data, you can disconnect 'cu' from the Teledongle using the 
214       procedures mentioned above and THEN connect to the TeleDongle from 
215       inside 'ao-view'. If this doesn't work, disconnect from the
216       TeleDongle, unplug it, and try again after plugging it back in.
217     </para>
218     <para>
219       Eventually the GPS will find enough satellites, lock in on them, 
220       and 'ao-view' will both auditorially announce and visually indicate 
221       that GPS is ready.
222       Now you can launch knowing that you have a good data path and 
223       good satellite lock for flight data and recovery.  Remember 
224       you MUST tell ao-view to connect to the TeleDongle explicitly in 
225       order for ao-view to be able to receive data.
226     </para>
227     <para>
228       Both RDF (radio direction finding) tones from the TeleMetrum and 
229       GPS trekking data are available and together are very useful in 
230       locating the rocket once it has landed. (The last good GPS data 
231       received before touch-down will be on the data screen of 'ao-view'.)
232     </para>
233     <para>
234       Once you have recovered the rocket you can download the eeprom 
235       contents using either 'ao-dumplog' (or possibly 'ao-eeprom'), over
236       either a USB cable or over the radio link using TeleDongle.
237       And by following the man page for 'ao-postflight' you can create 
238       various data output reports, graphs, and even kml data to see the 
239       flight trajectory in google-earth. (Moving the viewing angle making 
240       sure to connect the yellow lines while in google-earth is the proper
241       technique.)
242     </para>
243     <para>
244       As for ao-view.... some things are in the menu but don't do anything 
245       very useful.  The developers have stopped working on ao-view to focus
246       on a new, cross-platform ground station program.  So ao-view may or 
247       may not be updated in the future.  Mostly you just use 
248       the Log and Device menus.  It has a wonderful display of the incoming 
249       flight data and I am sure you will enjoy what it has to say to you 
250       once you enable the voice output!
251     </para>
252     <section>
253       <title>FAQ</title>
254       <para>
255         The altimeter (TeleMetrum) seems to shut off when disconnected from the
256         computer.  Make sure the battery is adequately charged.  Remember the
257         unit will pull more power than the USB port can deliver before the 
258         GPS enters "locked" mode.  The battery charges best when TeleMetrum
259         is turned off.
260       </para>
261       <para>
262         It's impossible to stop the TeleDongle when it's in "p" mode, I have
263         to unplug the USB cable?  Make sure you have tried to "escape out" of 
264         this mode.  If this doesn't work the reboot procedure for the 
265         TeleDongle *is* to simply unplug it. 'cu' however will retain it's 
266         outgoing buffer IF your "escape out" ('~~') does not work. 
267         At this point using either 'ao-view' (or possibly
268         'cutemon') instead of 'cu' will 'clear' the issue and allow renewed
269         communication.
270       </para>
271       <para>
272         The amber LED (on the TeleMetrum/altimeter) lights up when both 
273         battery and USB are connected. Does this mean it's charging? 
274         Yes, the yellow LED indicates the charging at the 'regular' rate. 
275         If the led is out but the unit is still plugged into a USB port, 
276         then the battery is being charged at a 'trickle' rate.
277       </para>
278       <para>
279         There are no "dit-dah-dah-dit" sound like the manual mentions?
280         That's the "pad" mode.  Weak batteries might be the problem.
281         It is also possible that the unit is horizontal and the output 
282         is instead a "dit-dit" meaning 'idle'.
283       </para>
284       <para>
285         It's unclear how to use 'ao-view' and other programs when 'cu' 
286         is running. You cannot have more than one program connected to 
287         the TeleDongle at one time without apparent data loss as the 
288         incoming data will not make it to both programs intact. 
289         Disconnect whatever programs aren't currently being used.
290       </para>
291       <para>
292         How do I save flight data?   
293         Live telemetry is written to file(s) whenever 'ao-view' is connected 
294         to the TeleDongle.  The file area defaults to ~/altos
295         but is easily changed using the menus in 'ao-view'. The files that 
296         are written end in '.telem'. The after-flight
297         data-dumped files will end in .eeprom and represent continuous data 
298         unlike the rf-linked .telem files that are subject to the 
299         turnarounds/data-packaging time slots in the half-duplex rf data path. 
300         See the above instructions on what and how to save the eeprom stored 
301         data after physically retrieving your TeleMetrum.  Make sure to save
302         the on-board data after each flight, as the current firmware will
303         over-write any previous flight data during a new flight.
304       </para>
305     </section>
306   </chapter>
307   <chapter>
308     <title>Specifications</title>
309     <itemizedlist>
310       <listitem>
311         <para>
312           Recording altimeter for model rocketry.
313         </para>
314       </listitem>
315       <listitem>
316         <para>
317           Supports dual deployment (can fire 2 ejection charges).
318         </para>
319       </listitem>
320       <listitem>
321         <para>
322           70cm ham-band transceiver for telemetry downlink.
323         </para>
324       </listitem>
325       <listitem>
326         <para>
327           Barometric pressure sensor good to 45k feet MSL.
328         </para>
329       </listitem>
330       <listitem>
331         <para>
332           1-axis high-g accelerometer for motor characterization, capable of 
333           +/- 50g using default part.
334         </para>
335       </listitem>
336       <listitem>
337         <para>
338           On-board, integrated GPS receiver with 5hz update rate capability.
339         </para>
340       </listitem>
341       <listitem>
342         <para>
343           On-board 1 megabyte non-volatile memory for flight data storage.
344         </para>
345       </listitem>
346       <listitem>
347         <para>
348           USB interface for battery charging, configuration, and data recovery.
349         </para>
350       </listitem>
351       <listitem>
352         <para>
353           Fully integrated support for LiPo rechargeable batteries.
354         </para>
355       </listitem>
356       <listitem>
357         <para>
358           Uses LiPo to fire e-matches, support for optional separate pyro 
359           battery if needed.
360         </para>
361       </listitem>
362       <listitem>
363         <para>
364           2.75 x 1 inch board designed to fit inside 29mm airframe coupler tube.
365         </para>
366       </listitem>
367     </itemizedlist>
368   </chapter>
369   <chapter>
370     <title>Handling Precautions</title>
371     <para>
372       TeleMetrum is a sophisticated electronic device.  When handled gently and
373       properly installed in an airframe, it will deliver impressive results.
374       However, like all electronic devices, there are some precautions you
375       must take.
376     </para>
377     <para>
378       The Lithium Polymer rechargeable batteries used with TeleMetrum have an 
379       extraordinary power density.  This is great because we can fly with
380       much less battery mass than if we used alkaline batteries or previous
381       generation rechargeable batteries... but if they are punctured 
382       or their leads are allowed to short, they can and will release their 
383       energy very rapidly!
384       Thus we recommend that you take some care when handling our batteries 
385       and consider giving them some extra protection in your airframe.  We 
386       often wrap them in suitable scraps of closed-cell packing foam before 
387       strapping them down, for example.
388     </para>
389     <para>
390       The TeleMetrum barometric sensor is sensitive to sunlight.  In normal 
391       mounting situations, it and all of the other surface mount components 
392       are "down" towards whatever the underlying mounting surface is, so
393       this is not normally a problem.  Please consider this, though, when
394       designing an installation, for example, in a 29mm airframe with a 
395       see-through plastic payload bay.
396     </para>
397     <para>
398       The TeleMetrum barometric sensor sampling port must be able to 
399       "breathe",
400       both by not being covered by foam or tape or other materials that might
401       directly block the hole on the top of the sensor, but also by having a
402       suitable static vent to outside air.  
403     </para>
404     <para>
405       As with all other rocketry electronics, TeleMetrum must be protected 
406       from exposure to corrosive motor exhaust and ejection charge gasses.
407     </para>
408   </chapter>
409   <chapter>
410     <title>Hardware Overview</title>
411     <para>
412       TeleMetrum is a 1 inch by 2.75 inch circuit board.  It was designed to
413       fit inside coupler for 29mm airframe tubing, but using it in a tube that
414       small in diameter may require some creativity in mounting and wiring 
415       to succeed!  The default 1/4
416       wave UHF wire antenna attached to the center of the nose-cone end of
417       the board is about 7 inches long, and wiring for a power switch and
418       the e-matches for apogee and main ejection charges depart from the 
419       fin can end of the board.  Given all this, an ideal "simple" avionics 
420       bay for TeleMetrum should have at least 10 inches of interior length.
421     </para>
422     <para>
423       A typical TeleMetrum installation using the on-board GPS antenna and
424       default wire UHF antenna involves attaching only a suitable
425       Lithium Polymer battery, a single pole switch for power on/off, and 
426       two pairs of wires connecting e-matches for the apogee and main ejection
427       charges.  
428     </para>
429     <para>
430       By default, we use the unregulated output of the LiPo battery directly
431       to fire ejection charges.  This works marvelously with standard 
432       low-current e-matches like the J-Tek from MJG Technologies, and with 
433       Quest Q2G2 igniters.  However, if you
434       want or need to use a separate pyro battery, you can do so by adding
435       a second 2mm connector to position B2 on the board and cutting the
436       thick pcb trace connecting the LiPo battery to the pyro circuit between
437       the two silk screen marks on the surface mount side of the board shown
438       here [insert photo]
439     </para>
440     <para>
441       We offer two choices of pyro and power switch connector, or you can 
442       choose neither and solder wires directly to the board.  All three choices
443       are reasonable depending on the constraints of your airframe.  Our
444       favorite option when there is sufficient room above the board is to use
445       the Tyco pin header with polarization and locking.  If you choose this
446       option, you crimp individual wires for the power switch and e-matches
447       into a mating connector, and installing and removing the TeleMetrum
448       board from an airframe is as easy as plugging or unplugging two 
449       connectors.  If the airframe will not support this much height or if
450       you want to be able to directly attach e-match leads to the board, we
451       offer a screw terminal block.  This is very similar to what most other
452       altimeter vendors provide and so may be the most familiar option.  
453       You'll need a very small straight blade screwdriver to connect
454       and disconnect the board in this case, such as you might find in a
455       jeweler's screwdriver set.  Finally, you can forego both options and
456       solder wires directly to the board, which may be the best choice for
457       minimum diameter and/or minimum mass designs. 
458     </para>
459     <para>
460       For most airframes, the integrated GPS antenna and wire UHF antenna are
461       a great combination.  However, if you are installing in a carbon-fiber
462       electronics bay which is opaque to RF signals, you may need to use 
463       off-board external antennas instead.  In this case, you can order
464       TeleMetrum with an SMA connector for the UHF antenna connection, and
465       you can unplug the integrated GPS antenna and select an appropriate 
466       off-board GPS antenna with cable terminating in a U.FL connector.
467     </para>
468   </chapter>
469   <chapter>
470     <title>Operation</title>
471     <section>
472       <title>Firmware Modes </title>
473       <para>
474         The AltOS firmware build for TeleMetrum has two fundamental modes,
475         "idle" and "flight".  Which of these modes the firmware operates in
476         is determined by the orientation of the rocket (well, actually the
477         board, of course...) at the time power is switched on.  If the rocket
478         is "nose up", then TeleMetrum assumes it's on a rail or rod being
479         prepared for launch, so the firmware chooses flight mode.  However,
480         if the rocket is more or less horizontal, the firmware instead enters
481         idle mode.
482       </para>
483       <para>
484         At power on, you will hear three beeps 
485         ("S" in Morse code for startup) and then a pause while 
486         TeleMetrum completes initialization and self tests, and decides which
487         mode to enter next.
488       </para>
489       <para>
490         In flight or "pad" mode, TeleMetrum turns on the GPS system, 
491         engages the flight
492         state machine, goes into transmit-only mode on the RF link sending 
493         telemetry, and waits for launch to be detected.  Flight mode is
494         indicated by an audible "di-dah-dah-dit" ("P" for pad) on the 
495         beeper, followed by
496         beeps indicating the state of the pyrotechnic igniter continuity.
497         One beep indicates apogee continuity, two beeps indicate
498         main continuity, three beeps indicate both apogee and main continuity,
499         and one longer "brap" sound indicates no continuity.  For a dual
500         deploy flight, make sure you're getting three beeps before launching!
501         For apogee-only or motor eject flights, do what makes sense.
502       </para>
503       <para>
504         In idle mode, you will hear an audible "di-dit" ("I" for idle), and
505         the normal flight state machine is disengaged, thus
506         no ejection charges will fire.  TeleMetrum also listens on the RF
507         link when in idle mode for packet mode requests sent from TeleDongle.
508         Commands can be issued to a TeleMetrum in idle mode over either
509         USB or the RF link equivalently.
510         Idle mode is useful for configuring TeleMetrum, for extracting data 
511         from the on-board storage chip after flight, and for ground testing
512         pyro charges.
513       </para>
514       <para>
515         One "neat trick" of particular value when TeleMetrum is used with very
516         large airframes, is that you can power the board up while the rocket
517         is horizontal, such that it comes up in idle mode.  Then you can 
518         raise the airframe to launch position, use a TeleDongle to open
519         a packet connection, and issue a 'reset' command which will cause
520         TeleMetrum to reboot, realize it's now nose-up, and thus choose
521         flight mode.  This is much safer than standing on the top step of a
522         rickety step-ladder or hanging off the side of a launch tower with
523         a screw-driver trying to turn on your avionics before installing
524         igniters!
525       </para>
526     </section>
527     <section>
528       <title>GPS </title>
529       <para>
530         TeleMetrum includes a complete GPS receiver.  See a later section for
531         a brief explanation of how GPS works that will help you understand
532         the information in the telemetry stream.  The bottom line is that
533         the TeleMetrum GPS receiver needs to lock onto at least four 
534         satellites to obtain a solid 3 dimensional position fix and know 
535         what time it is!
536       </para>
537       <para>
538         TeleMetrum provides backup power to the GPS chip any time a LiPo
539         battery is connected.  This allows the receiver to "warm start" on
540         the launch rail much faster than if every power-on were a "cold start"
541         for the GPS receiver.  In typical operations, powering up TeleMetrum
542         on the flight line in idle mode while performing final airframe
543         preparation will be sufficient to allow the GPS receiver to cold
544         start and acquire lock.  Then the board can be powered down during
545         RSO review and installation on a launch rod or rail.  When the board
546         is turned back on, the GPS system should lock very quickly, typically
547         long before igniter installation and return to the flight line are
548         complete.
549       </para>
550     </section>
551     <section>
552       <title>Ground Testing </title>
553       <para>
554         An important aspect of preparing a rocket using electronic deployment
555         for flight is ground testing the recovery system.  Thanks
556         to the bi-directional RF link central to the Altus Metrum system, 
557         this can be accomplished in a TeleMetrum-equipped rocket without as
558         much work as you may be accustomed to with other systems.  It can
559         even be fun!
560       </para>
561       <para>
562         Just prep the rocket for flight, then power up TeleMetrum while the
563         airframe is horizontal.  This will cause the firmware to go into 
564         "idle" mode, in which the normal flight state machine is disabled and
565         charges will not fire without manual command.  Then, establish an
566         RF packet connection from a TeleDongle-equipped computer using the 
567         P command from a safe distance.  You can now command TeleMetrum to
568         fire the apogee or main charges to complete your testing.
569       </para>
570       <para>
571         In order to reduce the chance of accidental firing of pyrotechnic
572         charges, the command to fire a charge is intentionally somewhat
573         difficult to type, and the built-in help is slightly cryptic to 
574         prevent accidental echoing of characters from the help text back at
575         the board from firing a charge.  The command to fire the apogee
576         drogue charge is 'i DoIt drogue' and the command to fire the main
577         charge is 'i DoIt main'.
578       </para>
579     </section>
580     <section>
581       <title>Radio Link </title>
582       <para>
583         The chip our boards are based on incorporates an RF transceiver, but
584         it's not a full duplex system... each end can only be transmitting or
585         receiving at any given moment.  So we had to decide how to manage the
586         link.
587       </para>
588       <para>
589         By design, TeleMetrum firmware listens for an RF connection when
590         it's in "idle mode" (turned on while the rocket is horizontal), which
591         allows us to use the RF link to configure the rocket, do things like
592         ejection tests, and extract data after a flight without having to 
593         crack open the airframe.  However, when the board is in "flight 
594         mode" (turned on when the rocket is vertical) the TeleMetrum only 
595         transmits and doesn't listen at all.  That's because we want to put 
596         ultimate priority on event detection and getting telemetry out of 
597         the rocket and out over
598         the RF link in case the rocket crashes and we aren't able to extract
599         data later... 
600       </para>
601       <para>
602         We don't use a 'normal packet radio' mode because they're just too
603         inefficient.  The GFSK modulation we use is just FSK with the 
604         baseband pulses passed through a
605         Gaussian filter before they go into the modulator to limit the
606         transmitted bandwidth.  When combined with the hardware forward error
607         correction support in the cc1111 chip, this allows us to have a very
608         robust 38.4 kilobit data link with only 10 milliwatts of transmit power,
609         a whip antenna in the rocket, and a hand-held Yagi on the ground.  We've
610         had flights to above 21k feet AGL with good reception, and calculations
611         suggest we should be good to well over 40k feet AGL with a 5-element yagi on
612         the ground.  We hope to fly boards to higher altitudes soon, and would
613         of course appreciate customer feedback on performance in higher
614         altitude flights!
615       </para>
616     </section>
617     <section>
618       <title>Configurable Parameters</title>
619       <para>
620         Configuring a TeleMetrum board for flight is very simple.  Because we
621         have both acceleration and pressure sensors, there is no need to set
622         a "mach delay", for example.  The few configurable parameters can all
623         be set using a simple terminal program over the USB port or RF link
624         via TeleDongle.
625       </para>
626       <section>
627         <title>Radio Channel</title>
628         <para>
629           Our firmware supports 10 channels.  The default channel 0 corresponds
630           to a center frequency of 434.550 Mhz, and channels are spaced every 
631           100 khz.  Thus, channel 1 is 434.650 Mhz, and channel 9 is 435.550 Mhz.
632           At any given launch, we highly recommend coordinating who will use
633           each channel and when to avoid interference.  And of course, both 
634           TeleMetrum and TeleDongle must be configured to the same channel to
635           successfully communicate with each other.
636         </para>
637         <para>
638           To set the radio channel, use the 'c r' command, like 'c r 3' to set
639           channel 3.  
640           As with all 'c' sub-commands, follow this with a 'c w' to write the 
641           change to the parameter block in the on-board DataFlash chip on
642           your TeleMetrum board if you want the change to stay in place across reboots.
643         </para>
644       </section>
645       <section>
646         <title>Apogee Delay</title>
647         <para>
648           Apogee delay is the number of seconds after TeleMetrum detects flight
649           apogee that the drogue charge should be fired.  In most cases, this
650           should be left at the default of 0.  However, if you are flying
651           redundant electronics such as for an L3 certification, you may wish 
652           to set one of your altimeters to a positive delay so that both 
653           primary and backup pyrotechnic charges do not fire simultaneously.
654         </para>
655         <para>
656           To set the apogee delay, use the [FIXME] command.
657           As with all 'c' sub-commands, follow this with a 'c w' to write the 
658           change to the parameter block in the on-board DataFlash chip.
659         </para>
660         <para>
661           Please note that the TeleMetrum apogee detection algorithm always
662           fires a fraction of a second *after* apogee.  If you are also flying
663           an altimeter like the PerfectFlite MAWD, which only supports selecting
664           0 or 1 seconds of apogee delay, you may wish to set the MAWD to 0
665           seconds delay and set the TeleMetrum to fire your backup 2 or 3
666           seconds later to avoid any chance of both charges firing 
667           simultaneously.  We've flown several airframes this way quite happily,
668           including Keith's successful L3 cert.
669         </para>
670       </section>
671       <section>
672         <title>Main Deployment Altitude</title>
673         <para>
674           By default, TeleMetrum will fire the main deployment charge at an
675           elevation of 250 meters (about 820 feet) above ground.  We think this
676           is a good elevation for most airframes, but feel free to change this 
677           to suit.  In particular, if you are flying two altimeters, you may
678           wish to set the
679           deployment elevation for the backup altimeter to be something lower
680           than the primary so that both pyrotechnic charges don't fire
681           simultaneously.
682         </para>
683         <para>
684           To set the main deployment altitude, use the [FIXME] command.
685           As with all 'c' sub-commands, follow this with a 'c w' to write the 
686           change to the parameter block in the on-board DataFlash chip.
687         </para>
688       </section>
689     </section>
690     <section>
691       <title>Calibration</title>
692       <para>
693         There are only two calibrations required for a TeleMetrum board, and
694         only one for TeleDongle.
695       </para>
696       <section>
697         <title>Radio Frequency</title>
698         <para>
699           The radio frequency is synthesized from a clock based on the 48 Mhz
700           crystal on the board.  The actual frequency of this oscillator must be
701           measured to generate a calibration constant.  While our GFSK modulation
702           bandwidth is wide enough to allow boards to communicate even when 
703           their oscillators are not on exactly the same frequency, performance
704           is best when they are closely matched.
705           Radio frequency calibration requires a calibrated frequency counter.
706           Fortunately, once set, the variation in frequency due to aging and
707           temperature changes is small enough that re-calibration by customers
708           should generally not be required.
709         </para>
710         <para>
711           To calibrate the radio frequency, connect the UHF antenna port to a
712           frequency counter, set the board to channel 0, and use the 'C' 
713           command to generate a CW carrier.  Wait for the transmitter temperature
714           to stabilize and the frequency to settle down.  
715           Then, divide 434.550 Mhz by the 
716           measured frequency and multiply by the current radio cal value show
717           in the 'c s' command.  For an unprogrammed board, the default value
718           is 1186611.  Take the resulting integer and program it using the 'c f'
719           command.  Testing with the 'C' command again should show a carrier
720           within a few tens of Hertz of the intended frequency.
721           As with all 'c' sub-commands, follow this with a 'c w' to write the 
722           change to the parameter block in the on-board DataFlash chip.
723         </para>
724       </section>
725       <section>
726         <title>Accelerometer</title>
727         <para>
728           The accelerometer we use has its own 5 volt power supply and
729           the output must be passed through a resistive voltage divider to match
730           the input of our 3.3 volt ADC.  This means that unlike the barometric
731           sensor, the output of the acceleration sensor is not ratiometric to 
732           the ADC converter, and calibration is required.  We also support the 
733           use of any of several accelerometers from a Freescale family that 
734           includes at least +/- 40g, 50g, 100g, and 200g parts.  Using gravity,
735           a simple 2-point calibration yields acceptable results capturing both
736           the different sensitivities and ranges of the different accelerometer
737           parts and any variation in power supply voltages or resistor values
738           in the divider network.
739         </para>
740         <para>
741           To calibrate the acceleration sensor, use the 'c a 0' command.  You
742           will be prompted to orient the board vertically with the UHF antenna
743           up and press a key, then to orient the board vertically with the 
744           UHF antenna down and press a key.
745           As with all 'c' sub-commands, follow this with a 'c w' to write the 
746           change to the parameter block in the on-board DataFlash chip.
747         </para>
748         <para>
749           The +1g and -1g calibration points are included in each telemetry
750           frame and are part of the header extracted by ao-dumplog after flight.
751           Note that we always store and return raw ADC samples for each
752           sensor... nothing is permanently "lost" or "damaged" if the 
753           calibration is poor.
754         </para>
755       </section>
756     </section>
757   </chapter>
758   <chapter>
759     <title>Updating Device Firmware</title>
760     <para>
761       The big conceptual thing to realize is that you have to use a
762       TeleDongle as a programmer to update a TeleMetrum, and vice versa.
763       Due to limited memory resources in the cc1111, we don't support
764       programming either unit directly over USB.
765     </para>
766     <para>
767       You may wish to begin by ensuring you have current firmware images.
768       These are distributed as part of the AltOS software bundle that
769       also includes the AltosUI ground station program.  Newer ground
770       station versions typically work fine with older firmware versions, 
771       so you don't need to update your devices just to try out new 
772       software features.  You can always download the most recent 
773       version from http://www.altusmetrum.org/AltOS/.
774     </para>
775     <para>
776       We recommend updating TeleMetrum first, before updating TeleDongle.
777     </para>
778     <section>
779       <title>Updating TeleMetrum Firmware</title>
780       <orderedlist inheritnum='inherit' numeration='arabic'>
781         <listitem> 
782           Find the 'programming cable' that you got as part of the starter
783           kit, that has a red 8-pin MicroMaTch connector on one end and a
784           red 4-pin MicroMaTch connector on the other end.  
785         </listitem>
786         <listitem> 
787           Take the 2 screws out of the TeleDongle case to get access 
788           to the circuit board.  
789         </listitem>
790         <listitem>
791           Plug the 8-pin end of the programming cable to the
792           matching connector on the TeleDongle, and the 4-pin end to the
793           matching connector on the TeleMetrum.  
794           Note that each MicroMaTch connector has an alignment pin that
795           goes through a hole in the PC board when you have the cable
796           oriented correctly.
797         </listitem>
798         <listitem>
799           Attach a battery to the TeleMetrum board.
800         </listitem>
801         <listitem>
802           Plug the TeleDongle into your computer's USB port, and power 
803           up the TeleMetrum. 
804         </listitem>
805         <listitem>
806           Run AltosUI, and select 'Flash Image' from the File menu.
807         </listitem>
808         <listitem>
809           Pick the TeleDongle device from the list, identifying it as the 
810           programming device.
811         </listitem>
812         <listitem>
813           Select the image you want put on the TeleMetrum, which should have a 
814           name in the form telemetrum-v1.0-0.7.1.ihx.  It should be visible 
815         in the default directory, if not you may have to poke around 
816         your system to find it.
817         </listitem>
818         <listitem>
819           Make sure the configuration parameters are reasonable
820           looking. If the serial number and/or RF configuration
821           values aren't right, you'll need to change them.
822         </listitem>
823         <listitem>
824           Hit the 'OK' button and the software should proceed to flash 
825           the TeleMetrum with new firmware, showing a progress bar.
826         </listitem>
827         <listitem>
828           Confirm that the TeleMetrum board seems to have updated ok, which you
829           can do by plugging in to it over USB and using a terminal program
830           to connect to the board and issue the 'v' command to check
831           the version, etc.
832         </listitem>
833         <listitem>
834           If something goes wrong, give it another try.
835         </listitem>
836       </orderedlist>
837     </section>
838     <section>
839       <title>Updating TeleDongle Firmware</title>
840       <para>
841         Updating TeleDongle's firmware is just like updating TeleMetrum
842         firmware, but you switch which board is the programmer and which
843         is the programming target.
844         </para>
845       <orderedlist inheritnum='inherit' numeration='arabic'>
846         <listitem> 
847           Find the 'programming cable' that you got as part of the starter
848           kit, that has a red 8-pin MicroMaTch connector on one end and a
849           red 4-pin MicroMaTch connector on the other end.  
850         </listitem>
851         <listitem>
852           Find the USB cable that you got as part of the starter kit, and
853           plug the "mini" end in to the mating connector on TeleMetrum.
854         </listitem>
855         <listitem>
856           Take the 2 screws out of the TeleDongle case to get access 
857           to the circuit board.  
858         </listitem>
859         <listitem>
860           Plug the 8-pin end of the programming cable to the (latching)
861           matching connector on the TeleMetrum, and the 4-pin end to the
862           matching connector on the TeleDongle.  
863           Note that each MicroMaTch connector has an alignment pin that
864           goes through a hole in the PC board when you have the cable
865           oriented correctly.
866         </listitem>
867         <listitem>
868           Attach a battery to the TeleMetrum board.
869         </listitem>
870         <listitem>
871           Plug both TeleMetrum and TeleDongle into your computer's USB 
872           ports, and power up the TeleMetrum. 
873         </listitem>
874         <listitem>
875           Run AltosUI, and select 'Flash Image' from the File menu.
876         </listitem>
877         <listitem>
878           Pick the TeleMetrum device from the list, identifying it as the 
879           programming device.
880         </listitem>
881         <listitem>
882           Select the image you want put on the TeleDongle, which should have a 
883           name in the form teledongle-v0.2-0.7.1.ihx.  It should be visible 
884         in the default directory, if not you may have to poke around 
885         your system to find it.
886         </listitem>
887         <listitem>
888           Make sure the configuration parameters are reasonable
889           looking. If the serial number and/or RF configuration
890           values aren't right, you'll need to change them.  The TeleDongle
891           serial number is on the "bottom" of the circuit board, and can 
892           usually be read through the translucent blue plastic case without
893           needing to remove the board from the case.
894         </listitem>
895         <listitem>
896           Hit the 'OK' button and the software should proceed to flash 
897           the TeleDongle with new firmware, showing a progress bar.
898         </listitem>
899         <listitem>
900           Confirm that the TeleDongle board seems to have updated ok, which you
901           can do by plugging in to it over USB and using a terminal program
902           to connect to the board and issue the 'v' command to check
903           the version, etc.  Once you're happy, remove the programming cable
904           and put the cover back on the TeleDongle.     
905         </listitem>
906         <listitem>
907           If something goes wrong, give it another try.
908         </listitem>
909       </orderedlist>
910       <para>
911         Be careful removing the programming cable from the locking 8-pin
912         connector on TeleMetrum.  You'll need a fingernail or perhaps a thin
913         screwdriver or knife blade to gently pry the locking ears out 
914         slightly to extract the connector.  We used a locking connector on 
915         TeleMetrum to help ensure that the cabling to companion boards 
916         used in a rocket don't ever come loose accidentally in flight.
917       </para>
918     </section>
919   </chapter>
920   <chapter>
921     <title>Using Altus Metrum Products</title>
922     <section>
923       <title>Being Legal</title>
924       <para>
925         First off, in the US, you need an [amateur radio license](../Radio) or 
926         other authorization to legally operate the radio transmitters that are part
927         of our products.
928       </para>
929       <section>
930         <title>In the Rocket</title>
931         <para>
932           In the rocket itself, you just need a [TeleMetrum](../TeleMetrum) board and 
933           a LiPo rechargeable battery.  An 860mAh battery weighs less than a 9V 
934           alkaline battery, and will run a [TeleMetrum](../TeleMetrum) for hours.
935         </para>
936         <para>
937           By default, we ship TeleMetrum with a simple wire antenna.  If your 
938           electronics bay or the airframe it resides within is made of carbon fiber, 
939           which is opaque to RF signals, you may choose to have an SMA connector 
940           installed so that you can run a coaxial cable to an antenna mounted 
941           elsewhere in the rocket.
942         </para>
943       </section>
944       <section>
945         <title>On the Ground</title>
946         <para>
947           To receive the data stream from the rocket, you need an antenna and short 
948           feedline connected to one of our [TeleDongle](../TeleDongle) units.  The
949           TeleDongle in turn plugs directly into the USB port on a notebook 
950           computer.  Because TeleDongle looks like a simple serial port, your computer
951           does not require special device drivers... just plug it in.
952         </para>
953         <para>
954           Right now, all of our application software is written for Linux.  However, 
955           because we understand that many people run Windows or MacOS, we are working 
956           on a new ground station program written in Java that should work on all
957           operating systems.
958         </para>
959         <para>
960           After the flight, you can use the RF link to extract the more detailed data 
961           logged in the rocket, or you can use a mini USB cable to plug into the 
962           TeleMetrum board directly.  Pulling out the data without having to open up
963           the rocket is pretty cool!  A USB cable is also how you charge the LiPo 
964           battery, so you'll want one of those anyway... the same cable used by lots 
965           of digital cameras and other modern electronic stuff will work fine.
966         </para>
967         <para>
968           If your rocket lands out of sight, you may enjoy having a hand-held GPS 
969           receiver, so that you can put in a waypoint for the last reported rocket 
970           position before touch-down.  This makes looking for your rocket a lot like 
971           Geo-Cacheing... just go to the waypoint and look around starting from there.
972         </para>
973         <para>
974           You may also enjoy having a ham radio "HT" that covers the 70cm band... you 
975           can use that with your antenna to direction-find the rocket on the ground 
976           the same way you can use a Walston or Beeline tracker.  This can be handy 
977           if the rocket is hiding in sage brush or a tree, or if the last GPS position 
978           doesn't get you close enough because the rocket dropped into a canyon, or 
979           the wind is blowing it across a dry lake bed, or something like that...  Keith
980           and Bdale both currently own and use the Yaesu VX-7R at launches.
981         </para>
982         <para>
983           So, to recap, on the ground the hardware you'll need includes:
984           <orderedlist inheritnum='inherit' numeration='arabic'>
985             <listitem> 
986               an antenna and feedline
987             </listitem>
988             <listitem> 
989               a TeleDongle
990             </listitem>
991             <listitem> 
992               a notebook computer
993             </listitem>
994             <listitem> 
995               optionally, a handheld GPS receiver
996             </listitem>
997             <listitem> 
998               optionally, an HT or receiver covering 435 Mhz
999             </listitem>
1000           </orderedlist>
1001         </para>
1002         <para>
1003           The best hand-held commercial directional antennas we've found for radio 
1004           direction finding rockets are from 
1005           <ulink url="http://www.arrowantennas.com/" >
1006             Arrow Antennas.
1007           </ulink>
1008           The 440-3 and 440-5 are both good choices for finding a 
1009           TeleMetrum-equipped rocket when used with a suitable 70cm HT.  
1010         </para>
1011       </section>
1012       <section>
1013         <title>Data Analysis</title>
1014         <para>
1015           Our software makes it easy to log the data from each flight, both the 
1016           telemetry received over the RF link during the flight itself, and the more
1017           complete data log recorded in the DataFlash memory on the TeleMetrum 
1018           board.  Once this data is on your computer, our postflight tools make it
1019           easy to quickly get to the numbers everyone wants, like apogee altitude, 
1020           max acceleration, and max velocity.  You can also generate and view a 
1021           standard set of plots showing the altitude, acceleration, and
1022           velocity of the rocket during flight.  And you can even export a data file 
1023           useable with Google Maps and Google Earth for visualizing the flight path 
1024           in two or three dimensions!
1025         </para>
1026         <para>
1027           Our ultimate goal is to emit a set of files for each flight that can be
1028           published as a web page per flight, or just viewed on your local disk with 
1029           a web browser.
1030         </para>
1031       </section>
1032       <section>
1033         <title>Future Plans</title>
1034         <para>
1035           In the future, we intend to offer "companion boards" for the rocket that will
1036           plug in to TeleMetrum to collect additional data, provide more pyro channels,
1037           and so forth.  A reference design for a companion board will be documented
1038           soon, and will be compatible with open source Arduino programming tools.
1039         </para>
1040         <para>
1041           We are also working on the design of a hand-held ground terminal that will
1042           allow monitoring the rocket's status, collecting data during flight, and
1043           logging data after flight without the need for a notebook computer on the
1044           flight line.  Particularly since it is so difficult to read most notebook
1045           screens in direct sunlight, we think this will be a great thing to have.
1046         </para>
1047         <para>
1048           Because all of our work is open, both the hardware designs and the software,
1049           if you have some great idea for an addition to the current Altus Metrum family,
1050           feel free to dive in and help!  Or let us know what you'd like to see that 
1051           we aren't already working on, and maybe we'll get excited about it too... 
1052         </para>
1053       </section>
1054     </section>
1055     <section>
1056       <title>
1057         How GPS Works
1058       </title>
1059       <para>
1060         Placeholder.
1061       </para>
1062     </section>
1063   </chapter>
1064 </book>
1065