capture work done on SFO->DEN flight
[fw/altos] / doc / telemetrum.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   <bookinfo>
6     <author>
7       <firstname>Bdale</firstname>
8       <surname>Garbee</surname>
9     </author>
10     <author>
11       <firstname>Keith</firstname>
12       <surname>Packard</surname>
13     </author>
14     <copyright>
15       <year>2010</year>
16       <holder>Bdale Garbee and Keith Packard</holder>
17     </copyright>
18     <title>TeleMetrum</title>
19     <subtitle>Owner's Manual for the TeleMetrum System</subtitle>
20     <legalnotice>
21       <para>
22         This document is released under the terms of the 
23         <ulink url="">
24           Creative Commons ShareAlike 3.0
25         </ulink>
26         license.
27       </para>
28     </legalnotice>
29     <revhistory>
30       <revision>
31         <revnumber>0.1</revnumber>
32         <date>30 March 2010</date>
33         <revremark>Initial content</revremark>
34       </revision>
35     </revhistory>
36   </bookinfo>
37   <chapter>
38     <title>Introduction and Overview</title>
39     <para>
40       Welcome to the Altus Metrum community!  Our circuits and software reflect
41       our passion for both hobby rocketry and Free Software.  We hope their
42       capabilities and performance will delight you in every way, but by
43       releasing all of our hardware and software designs under open licenses,
44       we also hope to empower you to take as active a role in our collective
45       future as you wish!
46     </para>
47     <para>
48       The focal point of our community is TeleMetrum, a dual deploy altimeter 
49       with fully integrated GPS and radio telemetry as standard features, and
50       a "companion interface" that will support optional capabilities in the 
51       future.
52     </para>
53     <para>    
54       Complementing TeleMetrum is TeleDongle, a USB to RF interface for 
55       communicating with TeleMetrum.  Combined with your choice of antenna and 
56       notebook computer, TeleDongle and our associated user interface software
57       form a complete ground station capable of logging and displaying in-flight
58       telemetry, aiding rocket recovery, then processing and archiving flight
59       data for analysis and review.
60     </para>
61   </chapter>
62   <chapter>
63     <title>Specifications</title>
65     <itemizedlist>
66       <listitem>
67         <para>
68           Recording altimeter for model rocketry.
69         </para>
70       </listitem>
71       <listitem>
72         <para>
73           Supports dual deployment (can fire 2 ejection charges).
74         </para>
75       </listitem>
76       <listitem>
77         <para>
78           70cm ham-band transceiver for telemetry downlink.
79         </para>
80       </listitem>
81       <listitem>
82         <para>
83           Barometric pressure sensor good to 45k feet MSL.
84         </para>
85       </listitem>
86       <listitem>
87         <para>
88           1-axis high-g accelerometer for motor characterization, capable of 
89           +/- 50g using default part.
90         </para>
91       </listitem>
92       <listitem>
93         <para>
94           On-board, integrated GPS receiver with 5hz update rate capability.
95         </para>
96       </listitem>
97       <listitem>
98         <para>
99           On-board 1 megabyte non-volatile memory for flight data storage.
100         </para>
101       </listitem>
102       <listitem>
103         <para>
104           USB interface for battery charging, configuration, and data recovery.
105         </para>
106       </listitem>
107       <listitem>
108         <para>
109           Fully integrated support for LiPo rechargeable batteries.
110         </para>
111       </listitem>
112       <listitem>
113         <para>
114           Uses LiPo to fire e-matches, support for optional separate pyro 
115           battery if needed.
116         </para>
117       </listitem>
118       <listitem>
119         <para>
120           2.75 x 1 inch board designed to fit inside 29mm airframe coupler tube.
121         </para>
122       </listitem>
123     </itemizedlist>
124   </chapter>
125   <chapter>
126     <title>Handling Precautions</title>
127     <para>
128       TeleMetrum is a sophisticated electronic device.  When handled gently and
129       properly installed in an airframe, it will deliver extraordinary results.
130       However, like all electronic devices, there are some precautions you
131       must take.
132     </para>
133     <para>
134       The Lithium Polymer rechargeable batteries used with TeleMetrum have an 
135       extraordinary power density.  This is great because we can fly with
136       much less battery mass than if we used alkaline batteries or previous
137       generation rechargeable batteries... but if they are punctured 
138       or their leads are allowed to short, they can and will release their 
139       energy very rapidly!
140       Thus we recommend that you take some care when handling our batteries 
141       and consider giving them some extra protection in your airframe.  We 
142       often wrap them in suitable scraps of closed-cell packing foam before 
143       strapping them down, for example.
144     </para>
145     <para>
146       The TeleMetrum barometric sensor is sensitive to sunlight.  In normal 
147       mounting situations, it and all of the other surface mount components 
148       are "down" towards whatever the underlying mounting surface is, so
149       this is not normally a problem.  Please consider this, though, when
150       designing an installation, for example, in a 29mm airframe's see-through
151       plastic payload bay.
152     </para>
153     <para>
154       The TeleMetrum barometric sensor sampling port must be able to "breathe",
155       both by not being covered by foam or tape or other materials that might
156       directly block the hole on the top of the sensor, but also by having a
157       suitable static vent to outside air.  
158     </para>
159     <para>
160       As with all other rocketry electronics, TeleMetrum must be protected 
161       from exposure to corrosive motor exhaust and ejection charge gasses.
162     </para>
163   </chapter>
164   <chapter>
165     <title>Hardware Overview</title>
166     <para>
167       TeleMetrum is a 1 inch by 2.75 inch circuit board.  It was designed to
168       fit inside coupler for 29mm airframe tubing, but using it in a tube that
169       small in diameter may require some creativity in mounting and wiring 
170       to succeed!  The default 1/4
171       wave UHF wire antenna attached to the center of the nose-cone end of
172       the board is about 7 inches long, and wiring for a power switch and
173       the e-matches for apogee and main ejection charges depart from the 
174       fin can end of the board.  Given all this, an ideal "simple" avionics 
175       bay for TeleMetrum should have at least 10 inches of interior length.
176     </para>
177     <para>
178       A typical TeleMetrum installation using the on-board GPS antenna and
179       default wire UHF antenna involves attaching only a suitable
180       Lithium Polymer battery, a single pole switch for power on/off, and 
181       two pairs of wires connecting e-matches for the apogee and main ejection
182       charges.  
183     </para>
184     <para>
185       By default, we use the unregulated output of the LiPo battery directly
186       to fire ejection charges.  This works marvelously with standard e-matches
187       from companies like [insert company and product names for e-matches we've
188       tried and like] and with Quest Q2G2 igniters.  However, if you
189       want or need to use a separate pyro battery, you can do so by adding
190       a second 2mm connector to position B2 on the board and cutting the
191       thick pcb trace connecting the LiPo battery to the pyro circuit between
192       the two silk screen marks on the surface mount side of the board shown
193       here [insert photo]
194     </para>
195     <para>
196       We offer two choices of pyro and power switch connector, or you can 
197       choose neither and solder wires directly to the board.  All three choices
198       are reasonable depending on the constraints of your airframe.  Our
199       favorite option when there is sufficient room above the board is to use
200       the Tyco pin header with polarization and locking.  If you choose this
201       option, you crimp individual wires for the power switch and e-matches
202       into a mating connector, and installing and removing the TeleMetrum
203       board from an airframe is as easy as plugging or unplugging two 
204       connectors.  If the airframe will not support this much height or if
205       you want to be able to directly attach e-match leads to the board, we
206       offer a screw terminal block.  This is very similar to what most other
207       altimeter vendors provide by default and so may be the most familiar
208       option.  You'll need a very small straight blade screwdriver to connect
209       and disconnect the board in this case, such as you might find in a
210       jeweler's screwdriver set.  Finally, you can forego both options and
211       solder wires directly to the board, which may be the best choice for
212       minimum diameter and/or minimum mass designs. 
213     </para>
214     <para>
215       For most airframes, the integrated GPS antenna and wire UHF antenna are
216       a great combination.  However, if you are installing in a carbon-fiber
217       electronics bay which is opaque to RF signals, you may need to use 
218       off-board external antennas instead.  In this case, you can order
219       TeleMetrum with an SMA connector for the UHF antenna connection, and
220       you can unplug the integrated GPS antenna and select an appropriate 
221       off-board GPS antenna with cable terminating in a U.FL connector.
222     </para>
223   </chapter>
224   <chapter>
225     <title>Operation</title>
226     <para>
227       Placeholder.
228     </para>
229   </chapter>
230   <chapter>
231     <title>Using Altus Metrum Products</title>
232     <section>
233       <title>Being Legal</title>
234       <para>
235         First off, in the US, you need an [amateur radio license](../Radio) or 
236         other authorization to legally operate the radio transmitters that are part
237         of our products.
238       </para>
239       <section>
240         <title>In the Rocket</title>
241         <para>
242           In the rocket itself, you just need a [TeleMetrum](../TeleMetrum) board and 
243           a LiPo rechargeable battery.  An 860mAh battery weighs less than a 9V 
244           alkaline battery, and will run a [TeleMetrum](../TeleMetrum) for hours.
245         </para>
246         <para>
247           By default, we ship TeleMetrum with a simple wire antenna.  If your 
248           electronics bay or the airframe it resides within is made of carbon fiber, 
249           which is opaque to RF signals, you may choose to have an SMA connector 
250           installed so that you can run a coaxial cable to an antenna mounted 
251           elsewhere in the rocket.
252         </para>
253       </section>
254       <section>
255         <title>On the Ground</title>
256         <para>
257           To receive the data stream from the rocket, you need an antenna and short 
258           feedline connected to one of our [TeleDongle](../TeleDongle) units.  The
259           TeleDongle in turn plugs directly into the USB port on a notebook 
260           computer.  Because TeleDongle looks like a simple serial port, your computer
261           does not require special device drivers... just plug it in.
262         </para>
263         <para>
264           Right now, all of our application software is written for Linux.  However, 
265           because we understand that many people run Windows or MacOS, we are working 
266           on a new ground station program written in Java that should work on all
267           operating systems.
268         </para>
269         <para>
270           After the flight, you can use the RF link to extract the more detailed data 
271           logged in the rocket, or you can use a mini USB cable to plug into the 
272           TeleMetrum board directly.  Pulling out the data without having to open up
273           the rocket is pretty cool!  A USB cable is also how you charge the LiPo 
274           battery, so you'll want one of those anyway... the same cable used by lots 
275           of digital cameras and other modern electronic stuff will work fine.
276         </para>
277         <para>
278           If your rocket lands out of sight, you may enjoy having a hand-held GPS 
279           receiver, so that you can put in a waypoint for the last reported rocket 
280           position before touch-down.  This makes looking for your rocket a lot like 
281           Geo-Cacheing... just go to the waypoint and look around starting from there.
282         </para>
283         <para>
284           You may also enjoy having a ham radio "HT" that covers the 70cm band... you 
285           can use that with your antenna to direction-find the rocket on the ground 
286           the same way you can use a Walston or Beeline tracker.  This can be handy 
287           if the rocket is hiding in sage brush or a tree, or if the last GPS position 
288           doesn't get you close enough because the rocket dropped into a canyon, or 
289           the wind is blowing it across a dry lake bed, or something like that...  Keith
290           and Bdale both currently own and use the Yaesu VX-7R at launches.
291         </para>
292         <para>
293           So, to recap, on the ground the hardware you'll need includes:
294           <orderedlist inheritnum='inherit' numeration='arabic'>
295             <listitem> 
296               an antenna and feedline
297             </listitem>
298             <listitem> 
299               a TeleDongle
300             </listitem>
301             <listitem> 
302               a notebook computer
303             </listitem>
304             <listitem> 
305               optionally, a handheld GPS receiver
306             </listitem>
307             <listitem> 
308               optionally, an HT or receiver covering 435 Mhz
309             </listitem>
310           </orderedlist>
311         </para>
312         <para>
313           The best hand-held commercial directional antennas we've found for radio 
314           direction finding rockets are from 
315         <ulink url="" >
316           Arrow Antennas.
317         </ulink>
318 The 440-3 and 440-5 are both good choices for finding a 
319 TeleMetrum-equipped rocket when used with a suitable 70cm HT.  
320         </para>
321       </section>
322       <section>
323         <title>Data Analysis</title>
324         <para>
325           Our software makes it easy to log the data from each flight, both the 
326           telemetry received over the RF link during the flight itself, and the more
327           complete data log recorded in the DataFlash memory on the TeleMetrum 
328           board.  Once this data is on your computer, our postflight tools make it
329           easy to quickly get to the numbers everyone wants, like apogee altitude, 
330           max acceleration, and max velocity.  You can also generate and view a 
331           standard set of plots showing the altitude, acceleration, and
332           velocity of the rocket during flight.  And you can even export a data file 
333           useable with Google Maps and Google Earth for visualizing the flight path 
334           in two or three dimensions!
335         </para>
336         <para>
337           Our ultimate goal is to emit a set of files for each flight that can be
338           published as a web page per flight, or just viewed on your local disk with 
339           a web browser.
340         </para>
341       </section>
342       <section>
343         <title>Future Plans</title>
344         <para>
345           In the future, we intend to offer "companion boards" for the rocket that will
346           plug in to TeleMetrum to collect additional data, provide more pyro channels,
347           and so forth.  A reference design for a companion board will be documented
348           soon, and will be compatible with open source Arduino programming tools.
349         </para>
350         <para>
351           We are also working on the design of a hand-held ground terminal that will
352           allow monitoring the rocket's status, collecting data during flight, and
353           logging data after flight without the need for a notebook computer on the
354           flight line.  Particularly since it is so difficult to read most notebook
355           screens in direct sunlight, we think this will be a great thing to have.
356         </para>
357         <para>
358           Because all of our work is open, both the hardware designs and the software,
359           if you have some great idea for an addition to the current Altus Metrum family,
360           feel free to dive in and help!  Or let us know what you'd like to see that 
361           we aren't already working on, and maybe we'll get excited about it too... 
362         </para>
363       </section>
364     </section>
365   </chapter>
366 </book>