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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.
   5
   6 Production units are available from the
   7 [Garbee and Garbee](http://auric.gag.com) web store.
   8
   9 These are photos of our current production version, which includes an
  10 integrated GPS receiver with active patch antenna:
  11
  12 <a href="v1.0/cimg5972-crop.jpg"> <img src="v1.0/cimg5972-thumb.jpg"></a>
  13 <a href="v1.0/cimg5974-crop.jpg"> <img src="v1.0/cimg5974-thumb.jpg"></a>
  14
  15 ## Motivation ##
  16
  17 Bdale and Keith both own
  18 [BeeLine](http://www.bigredbee.com/BeeLine.htm)
  19 trackers from
  20 [Big Red Bee](http://www.bigredbee.com), and are pretty happy with them.
  21 They use a PIC processor and a TI CC1050 transmitter chip, and
  22 operate in the ham radio 70cm band.
  23
  24 One weekend while attending a conference together, we got to wondering if
  25 we couldn't adapt one to use as a downlink for the
  26 [AltusMetrum](../AltusMetrum/) altimeter board in addition to direction
  27 finding after flight.  That caused us to start thinking about other things
  28 in the design we might want to tweak, and before long we were working on the
  29 design of a new tracker board derived from the BeeLine design.
  30 Another friend at the same conference showed us a board he was working on
  31 using a different part in the same TI series, that integrated a transceiver
  32 and CPU on the same chip.
  33 It didn't take us long to realize that with such a part we could combine and
  34 simplify things by building a new altimeter with integrated RF link!  And
  35 after gaining some experience in 2009 with a first version, we realized we
  36 always want GPS on board, which lead to our current second generation boards.
  37
  38 ## Features ##
  39
  40 ### User View ###
  41
  42 * Recording altimeter for model rocketry
  43 * Supports dual deployment (can fire 2 ejection charges)
  44 * 70cm ham-band transceiver for telemetry downlink
  45 * Barometric pressure sensor good to 45k feet MSL
  46 * 1-axis high-g accelerometer for motor characterization
  47 * On-board, integrated GPS receiver
  48 * On-board non-volatile memory for flight data storage
  49 * USB for power, configuration, and data recovery
  50 * Integrated support for LiPo rechargeable batteries
  51 * Uses LiPo to fire e-matches, optional support for separate pyro battery
  52 * 2.75 x 1 inch board designed to fit inside 29mm airframe coupler tube
  53
  54 ### Developer View ###
  55
  56 * Hardware Features
  57         * [TI CC1111F32](http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/cc1111f32.html) Low Power RF System-on-Chip
  58                 * Sub-1Ghz transceiver
  59                 * 8051 MCU
  60                 * 32k Flash
  61                 * 4k RAM
  62                 * USB 2.0
  63                 * 6 12-bit analog inputs (11 bits with single-ended sensors)
  64                 * 2 channels of serial I/O
  65                 * digital I/O
  66         * [Atmel AT45DB081D](http://www.atmel.com/dyn/products/product_card.asp?part_id=3819) DataFlash memory
  67                 * 1M x 8
  68                 * 256 byte page size
  69                 * SPI interface
  70                 * other parts in this Atmel DataFlash series can optionally be used
  71         * [SkyTraq](http://www.skytraq.com.tw/) Venus634FLPx GPS receiver
  72                 * on-board [Taoglas AP.17A.01](http://www.taoglas.com/antennas/GPS_Antennas/Internal_GPS_-_Active_Patch_Modules/)
  73                   single-stage active patch antenna
  74                 * U.FL connector with 3.3V DC can be re-purposed for optional external amplified antennas
  75                 * async serial interface
  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)
  89
  90 ## [Production History](../production) ##
  91
  92 ## [Flight Logs](flightlogs) ##
  93
  94 ## Artifacts ##
  95
  96 The user manual for TeleMetrum is available in
  97 [html](doc/telemetrum-doc.html) and [pdf](doc/telemetrum-doc.pdf)
  98 formats.
  99
 100 The hardware design current gEDA files are available from
 101 [git.gag.com](http://git.gag.com) in the project
 102 [hw/telemetrum](http://git.gag.com/?p=hw/telemetrum;a=summary).
 103
 104 Work on the next version proceeds on the master branch, with occasional
 105 temporary branches created when Bdale is making some major / speculative
 106 change.  The 'v0.2' and 'v0.1' branches document what we're actually flying
 107 right now on the two respective PCB revisions.  The 'ground' branch has a
 108 cut-down schematic used to generate the BOM for partially loading v0.1 boards
 109 to used on the ground.  We call the on-the-ground version 'TeleDongle'.
 110
 111 For those who don't have ready access to the gEDA suite, here are pdf snapshots
 112 of the files for Production PCB version 1.0 in more easily readable form.
 113
 114 * [schematic](v1.0/telemetrum.pdf)
 115 * [pcb artwork](v1.0/telemetrum.pcb.pdf)
 116 * [bill of materials](v1.0/partslist.csv)
 117
 118 Our [AltOS](../AltOS) firmware works well enough that we now routinely fly
 119 TeleMetrum with no backup.  Rockets with v0.1 boards have exceeded 50g
 120 acceleration, been above Mach 1, and reached altitudes greater
 121 than 12k feet AGL with great results.  Keith's ground station program
 122 called ao-view logs telemetry to disk, displays current and max values for
 123 key parameters during flight, and even includes voice synthesis
 124 during the flight so that our eyes can stay on the rockets!  We have post
 125 flight analysis software that makes it easy to extract data from the board,
 126 analyze it, and even generate KML files for viewing flights in GoogleEarth!
 127 More details on the software, including full source code and pre-built packages
 128 can be found on the [AltOS](../AltOS) page on this site.
 129
 130 ## Future Plans ##
 131
 132 As of May 2010, version v1.0 is available for sale from the
 133 [Garbee and Garbee](http://auric.gag.com) web store.
 134
 135 Because we understand that not everyone uses Linux, development of a new
 136 cross-platform ground station program written in Java is underway for use with
 137 [AltOS](../AltOS).
 138
 139 ## Problems ##
 140
 141 * The CC1111F32 is a 36-pin QFN package, which necessitates reflow
 142   soldering.  Since we needed to reflow solder anyway, and because TI used
 143   them in their reference design, we went a little crazy and used 0402
 144   passive parts everywhere.  That means working under a microscope to
 145   place parts!  Without an inspection microscope, loading and testing these
 146   boards might be impossible.
 147
 148 * The addition of on-board GPS in v0.2 means that the total power consumption
 149   can exceed the rate at which we draw power from the USB interface,
 150   particularly when the GPS is in cold start mode.  This means a battery must
 151   be attached during operation, and also that the battery will only charge
 152   effectively from USB when the board is turned off.
 153
 154 ## History ##
 155
 156 ### v0.2 ###
 157
 158 * 100ma LDO regulator instead of the current 150ma part
 159 * no C38 footprint
 160 * different value for C36 reset capacitor
 161
 162 These are photos of our second version, which included the integrated Venus
 163 GPS receiver, but with a passive patch antenna that turned out to have
 164 disappointing performance due to our many PCB geometry constraints.  It also
 165 used a voltage regulator with less capacity which we felt was marginal for
 166 supporting the companion boards we have planned:
 167
 168 <a href="v0.2/cimg5164-cropped.jpg"> <img src="v0.2/cimg5164-thumb.jpg"></a>
 169 <a href="v0.2/cimg5171-cropped.jpg"> <img src="v0.2/cimg5171-thumb.jpg"></a>
 170
 171 Other than cleaning up the silkscreen, the differences between v0.2 and our
 172 current v1.0 boards were really quite small:
 173
 174 * 100ma LDO regulator instead of the current 150ma part
 175 * no C38 footprint
 176 * different value for C36 reset capacitor
 177
 178 The schematics and PCB artwork for this version are on the v0.2 branch in
 179 our git repository, here are pdf copies for easy reference:
 180
 181  * [schematic](v0.2/telemetrum.pdf)
 182  * [pcb artwork](v0.2/telemetrum.pcb.pdf)
 183  * [bill of materials](v0.2/partslist.csv)
 184
 185 ### v0.1 ###
 186
 187 And this is a photo of our original board with serial port for off-board GPS,
 188 without the big off-board 1000uF cap from the original ejection circuit:
 189
 190 <a href="v0.1/loadedpair.jpg"> <img src="v0.1/loadedpair-thumb.jpg"></a>
 191
 192 The differences between v0.1 and later boards were more substantial:
 193
 194 * 2.5 x 1 inch board with all parts mounted on one side
 195 * 4-pin PicoBlade serial port connector for attachment of external GPS module
 196 * USB connector projected approximately 3mm over the edge of the board
 197 * Debug connector used 4 IC socket pins on 100 mil centers
 198 * no companion board interface
 199 * 50ma LDO regulator on early boards, later boards used a 100ma part
 200 * [Microchip 25LC1024](http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en520389) CMOS serial EEPROM instead of DataFlash
 201         * 128k x 8
 202         * SPI interface
 203 * [Microchip MCP9700A](http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en027103) discrete temperature sensor
 204 * used 1000uF electrolytic capacitor charged to 5V for pyro supply
 205 * two LEDs instead of one attached to CPU
 206
 207 The elimination of the discrete temperature sensor and second LED were
 208 necessary to support the companion board interface added in v0.2.
 209
 210 The v0.1 artwork had three issues, two of which required physical rework
 211 on each board.  All of these issues were fixed in v0.2.
 212
 213 * The USB connector footprint was placed wrong, so that the
 214   connector hung out over the edge of the board instead of being
 215   flush.
 216 * We needed chip select on the SPI memory.  To fix that, we gave up the
 217   ability to put the accelerometer into self-test mode and used that
 218   GPIO line to pull chip select on the memory, which required two
 219   cuts and two jumpers.
 220 * The igniter sense circuits each needed a second resistor to
 221   complete the voltage divider so our 3.3V CPU ADC could read the
 222   5V ejection voltage.  This was fixed by changing two resistor
 223   values, and tacking two additional resistors onto the board
 224   with jumpers to ground.
 225
 226 The schematics and PCB artwork for this version as of the working-v0.1 tag
 227 are available here are pdf copies for easy reference:
 228
 229  * [schematic](v0.1/telemetrum.pdf)
 230  * [pcb artwork](v0.1/telemetrum.pcb.pdf)
 231  * [bill of materials](v0.1/telemetrum.bom)