一、项目核心原理

人工地平线仪表逻辑：屏幕中心固定飞机符号，天地分界线随设备倾斜滚动，直观展示俯仰（Pitch，前后倾斜）、横滚（Roll，左右侧倾）。

1. 传感单元：DFRobot WT61PC 6 轴串口 IMU（3 轴加速度计 + 3 轴陀螺仪），内部完成姿态解算，直接串口输出 Pitch、Roll 角度，无需主控做复杂滤波。

2. 显示单元：两块 Waveshare ESP32-S3-LCD-1.28（1.28 英寸 240×240 IPS 圆形显示屏）

   • Primary（主屏）：完整姿态地平线画面

   • Secondary（副屏）：同画面同步显示，支持双屏并排安装

3. 通信架构

   • IMU 传感器 → 串口发送姿态角度

   • ESP32 接收角度数据，实时渲染旋转地平线 UI

   • 主屏可通过串口同步数据给副屏，实现双屏联动

区别于普通 MPU6050 方案：WT61PC 内置姿态算法，主控仅负责接收角度 + 图形渲染，代码逻辑大幅简化。

二、硬件方案详解

1. 核心物料清单

2. 硬件装配两种方案

1. 带外壳版本：适配外壳结构，元器件紧凑布局

2. 裸屏无外壳版本：最简安装，适合嵌入模拟器面板

   项目附带 KiCad PCB 工程，可自制电路板统一固定传感器与显示屏。

三、仓库全部文件拆解

pitch_roll_indicator/
├─ ARDUINO_pitch_roll_*.ino       # Arduino主程序源码
│  ├─ primary：主屏固件（接收传感器数据）
│  ├─ secondary：副屏固件（接收主屏转发数据）
│  ├─ _blue / _orange：两套仪表盘配色（蓝天棕地 / 深色橙标）
├─ EXPORT_bronze_*.pitch          # UI图形导出素材
├─ KICAD_waveshare_display_jicad  # KiCad PCB工程（硬件底板设计）
├─ PHOTOPIA_*.psd                 # Photopea仪表盘UI分层源文件（可修改刻度、配色）
├─ LICENSE                        # MIT开源协议
└─ README.md                      # 物料链接、调试指南、演示视频

代码逻辑特点

• 采用 ESP32 官方 LCD 驱动库渲染圆形屏幕

• 预加载地平线背景位图，根据 Pitch/Roll 数值平移 + 旋转图层

• 支持两种色彩主题一键切换

• 串口透传协议，主屏自动向副屏同步姿态数据

四、软件工作流程

1. 上电初始化 ESP32 显示屏、串口

2. 串口持续读取 WT61PC 输出的 Pitch、Roll 角度

3. 将角度映射为图形变换参数：

   • Roll → 地平线图层旋转

   • Pitch → 地平线图层上下偏移

4. 刷新屏幕绘制动态人工地平线

5. 主屏通过串口把角度转发给副屏，实现双屏同步显示

五、UI 视觉设计

复刻传统航空姿态指示器样式：

• 上半区域：天空（蓝色），下半区域：地面（棕黄色）

• 屏幕中心固定飞机十字标线（永不移动）

• 地平线跟随倾斜运动，直观模拟飞行器天地相对关系

• 刻度标识俯仰、横滚度数，和真实民航仪表视觉风格一致

六、应用场景

1. 飞行模拟器外设：微软模拟飞行、X-Plane 外设仪表

2. 航模地面姿态监测

3. 赛车车载姿态水平仪

4. 桌面创意电子仪表、创客展品

七、项目优势

✅ 硬件模块化，新手友好，不需要复杂姿态算法

✅ 完整开源：代码 + PCB+UI 源文件全部开放

✅ 原生支持双屏同步

✅ 两套配色方案，可自由修改 UI

✅ MIT 协议，允许个人 DIY、商业改造生产

八、可拓展方向

• 增加旋钮校准、背光亮度调节

• 接入飞行模拟器数据（SimConnect / X-Plane UDP），脱离独立 IMU，作为模拟器专用仪表

• 增加航向角 Yaw 显示，升级为完整姿态航向指示器 AHI

• 增加按键切换单位、滤波平滑参数

九、License

MIT license

十、项目地址

https://github.com/upiir/pitch_roll_indicator