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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>
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  17 ## Motivation ##
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  19 Bdale and Keith both own
  20 [BeeLine](http://www.bigredbee.com/BeeLine.htm)
  21 trackers from
  22 [Big Red Bee](http://www.bigredbee.com), and are pretty happy with them.
  23 They use a PIC processor and a TI CC1050 transmitter chip, and
  24 operate in the ham radio 70cm band.
  25
  26 One weekend while attending a conference together, we got to wondering if
  27 we couldn't adapt one to use as a downlink for the
  28 [AltusMetrum](../AltusMetrum/) altimeter board in addition to direction
  29 finding after flight.  That caused us to start thinking about other things
  30 in the design we might want to tweak, and before long we were working on the
  31 design of a new tracker board derived from the BeeLine design.
  32 Another friend at the same conference showed us a board he was working on
  33 using a different part in the same TI series, that integrated a transceiver
  34 and CPU on the same chip.
  35 It didn't take us long to realize that with such a part we could combine and
  36 simplify things by building a new altimeter with integrated RF link!  And
  37 after gaining some experience in 2009 with a first version, we realized we
  38 always want GPS on board, which lead to our current second generation boards.
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  40 ## Features ##
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  42 ### User View ###
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  44 * Recording altimeter for model rocketry
  45 * Supports dual deployment (can fire 2 ejection charges)
  46 * 70cm ham-band transceiver for telemetry downlink
  47 * Barometric pressure sensor good to 45k feet MSL
  48 * 1-axis high-g accelerometer for motor characterization
  49 * On-board, integrated GPS receiver
  50 * On-board non-volatile memory for flight data storage
  51 * USB for power, configuration, and data recovery
  52 * Integrated support for LiPo rechargeable batteries
  53 * Uses LiPo to fire e-matches, optional support for separate pyro battery
  54 * 2.75 x 1 inch board designed to fit inside 29mm airframe coupler tube
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  56 ### Developer View ###
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  58 * Hardware Features
  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         * [Atmel AT45DB081D](http://www.atmel.com/dyn/products/product_card.asp?part_id=3819) DataFlash memory
  69                 * 1M x 8
  70                 * 256 byte page size
  71                 * SPI interface
  72                 * other parts in this Atmel DataFlash series can optionally be used
  73         * [SkyTraq](http://www.skytraq.com.tw/) Venus634FLPx GPS receiver
  74                 * on-board passive patch antenna
  75                 * U.FL connector with 3.3V DC for optional external amplified antenna
  76         * [Freescale MP3H6115A](http://www.freescale.com/webapp/search.partparamdetail.framework?PART_NUMBER=MP3H6115A6U) pressure sensor
  77         * [Freescale MMA2202EG](http://www.freescale.com/webapp/search.partparamdetail.framework?PART_NUMBER=MMA2202EG) 50g accelerometer.  Can use 40-200g variants!
  78 * Software Features
  79         * Written mostly in C with some 8051 assembler
  80         * Runs from on-chip flash, uses on-chip RAM, stores flight data to
  81                 serial DataFlash chip
  82         * USB serial emulation for "console" interface
  83 * Tools Used
  84         * [gEDA](http://www.gpleda.org/) for schematic capture and PCB layout
  85         * [SDCC](http://sdcc.sourceforge.net/) compiler and source debugger
  86 * Licenses
  87         * The hardware is licensed under the [TAPR](http://www.tapr.org) [Open Hardware License](http://www.tapr.org/ohl.html)
  88         * The software is licensed [GPL version 2](http://www.gnu.org/licenses/old-licenses/gpl-2.0.html)
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  90 ### v0.1 Differences  ###
  91
  92 * 2.5 x 1 inch board with all parts mounted on one side
  93 * 4-pin PicoBlade serial port connector for attachment of external GPS module
  94 * USB connector projected approximately 3mm over the edge of the board
  95 * Debug connector used 4 IC socket pins on 100 mil centers
  96 * no companion board interface
  97 * [Microchip 25LC1024](http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en520389) CMOS serial EEPROM instead of DataFlash
  98         * 128k x 8
  99         * SPI interface
 100 * [Microchip MCP9700A](http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en027103) temperature sensor instead of using cc1111 on-chip sensor
 101 * used 1000uF electrolytic capacitor charged to 5V for pyro charges
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 103 ## [Production History](production) ##
 104
 105 ## [Flight Logs](flightlogs) ##
 106
 107 ## Problems ##
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 109 * The CC1111F32 is a 36-pin QFN package, which necessitates reflow
 110   soldering.  Since we needed to reflow solder anyway, and because TI used
 111   them in their reference design, we went a little crazy and used 0402
 112   passive parts everywhere.  That means working under a microscope to
 113   place parts!  Without an inspection microscope, loading and testing these
 114   boards might be impossible.
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 116 * The v0.1 artwork has the USB connector footprint placed wrong, so that the
 117   connector hangs out over the edge of the board instead of being flush with
 118   the edge.
 119
 120 * The v0.1 artwork has two issues that require cuts and jumps.  The first is
 121   that we need chip select on the SPI memory.  To fix that, we give up the
 122   ability to put the accelerometer into self-test mode and use that GPIO line
 123   to pull chip select on the memory.  The second is that the igniter sense
 124   circuits each need a second resistor to complete the voltage divider so our
 125   3.3V CPU ADC can read the 5V ejection voltage.  This is fixed by changing
 126   two resistor values, and tacking two additional resistors onto the board
 127   with jumpers to ground.
 128
 129 ## Artifacts ##
 130
 131 The hardware design current gEDA files are available from
 132 [git.gag.com](http://git.gag.com) in the project
 133 [hw/telemetrum](http://git.gag.com/?p=hw/telemetrum;a=summary).
 134
 135 Work on the next version proceeds on the master branch, with occasional
 136 temporary branches created when Bdale is making some major / speculative
 137 change.  The 'v0.2' and 'v0.1' branches document what we're actually flying
 138 right now on the two respective PCB revisions.  The 'ground' branch has a
 139 cut-down schematic used to generate the BOM for partially loading v0.1 boards
 140 to used on the ground.  We call the on-the-ground version 'TeleDongle'.
 141
 142 For those who don't have ready access to the gEDA suite, here are pdf snapshots
 143 of files in more easily readable form.
 144
 145 * These are from the v0.2 branch:
 146  * [schematic](v0.2/telemetrum.pdf)
 147  * [pcb artwork](v0.2/telemetrum.pcb.pdf)
 148  * [bill of materials](v0.2/partslist.csv)
 149 * These are as of the working-v0.1 tag:
 150  * [schematic](v0.1/telemetrum.pdf)
 151  * [pcb artwork](v0.1/telemetrum.pcb.pdf)
 152  * [bill of materials](v0.1/telemetrum.bom)
 153
 154 Our [AltOS](../AltOS) firmware works well enough that we now routinely fly
 155 TeleMetrum with no backup.  Rockets with v0.1 boards have exceeded 50g
 156 acceleration, been above Mach 1, and reached altitudes greater
 157 than 12k feet AGL with great results.  Keith's ground station program
 158 called ao-view logs telemetry to disk, displays current and max values for
 159 key parameters during flight, and even includes voice synthesis
 160 during the flight so that our eyes can stay on the rockets!  We have post
 161 flight analysis software that makes it easy to extract data from the board,
 162 analyze it, and even generate KML files for viewing flights in GoogleEarth!
 163 More details on the software, including full source code and pre-built packages
 164 can be found on the [AltOS](../AltOS) page on this site.
 165
 166 ## Future Plans ##
 167
 168 As of early February 2010, three prototypes of v0.2 are done and working on
 169 the bench.  We hope to flight test them shortly, then arrange a production
 170 run in time to make TeleMetrum available in assembled and tested form to
 171 others in the rocketry hobby who have expressed interest in time for the
 172 2010 flying season.
 173
 174 Because we understand that not everyone uses Linux, we've started discussing
 175 the best way to make a cross-platform ground station program for use with
 176 [AltOS](../AltOS), perhaps in Java...