🌊 Atmosphere — Demo 1
山洪 + 泥石流智能监测预警 · 野外溪流 / 漂流点 Flash-flood & debris-flow early warning for outdoor streams & drifting sites
📑 目录 / Contents
- 📖 项目简介 / Overview
- 🎯 应用场景 / Scenarios
- 🏗️ 系统架构 / Architecture
- 🔌 硬件连接 / Hardware Wiring
- 📁 目录结构 / Folder Structure
- 🚀 快速开始 / Quick Start
- 🧠 预警模型 / Warning Model
- 📜 版本历史 / Version History
- 📄 文档索引 / Docs
- ⚠️ 已知问题 / Known Issues
📖 项目简介 / Overview
中文：Atmosphere 面向野外溪流、漂流点等场景，实时采集土壤湿度、水流速、风速、温湿度四类环境数据，通过网页与 LCD 双端监控，用数学模型（泥石流危险指数 + 山洪流量近似 + 滑动基准 + 滞回保持）输出 0~3 分级预警，辅助判断山洪、泥石流风险。Demo 1 打通「采集 → 控制 → 监控 → 预警」全链路。
English: Atmosphere monitors soil moisture, water flow, wind speed, and temperature/humidity at outdoor streams and drifting sites. It provides live monitoring via web dashboard and on-site LCD, and outputs 0–3 graded warnings via mathematical models (debris-flow danger index + flash-flood flow approximation + sliding baseline + hysteresis hold). Demo 1 completes the full "sense → control → monitor → warn" pipeline.
🎯 应用场景 / Scenarios
| 场景 / Scenario | 系统做什么 / What the system does |
|---|---|
| 🏞️ 漂流点 / Drifting sites | 上游暴雨时水流暴涨 → 山洪路径 F 秒级响应，现场 LCD 显示预警等级 |
| 🏔️ 泥石流沟谷 / Debris-flow valleys | 土壤饱和（≥85% 或超当地 P90）→ 持续一级预警，不依赖流量 |
| 🌪️ 强对流天气 / Severe convection | 风速 ≥25/40/60 km/h 分级预警 + 60 秒突涨 12 km/h 秒级升级 |
| 📡 偏远无网现场 / Remote sites | LCD 本地显示四路核心数据，网页仅作中控台 |
🏗️ 系统架构 / Architecture
┌─────────────┐ ┌──────────────┐ ┌───────────────┐
│ Arduino Nano│──▶│ server.py │──▶│ Web :8080 │
│ 土壤/流速/DHT│ │ 模型 v2 计算 │ │ 曲线+预警卡 │
│ 水泵 PWM/LCD │◀──│ LCD 下发 │ └───────────────┘
└─────────────┘ │ (D行协议) │
▲ 115200 └──────▲───────┘
│ │ HTTP
┌────┴─────────┐ ┌───────┴──────┐
│ 风速电脑 :8001│──│ 另一台 OpenClaw│（协作开发）
│ wind JSON │ │ :8131 │
└──────────────┘ └──────────────┘- 采集端：Arduino Nano（土壤 A2/D2、流速 D8、DHT11 D4、水泵 D9、LCD I2C）
- 服务端：
server.py（串口 115200 + 模型推理 + 网页 8080 + LCD 数据下发） - 风速：外部电脑 HTTP
192.168.1.200:8001/wind接入（LCD 显示 + 预警模型）
🔌 硬件连接 / Hardware Wiring
主控 / Controller：Arduino Nano（ATmega328P，新 Bootloader，串口 115200）
| 设备 / Device | 接线 / Wiring |
|---|---|
| 土壤湿度 / Soil moisture | AO→A2，DO→D2，VCC→5V，GND→GND |
| 流速 YF-S401 / Flow | 红 Red→5V，黄 Yellow→D8（信号），黑 Black→GND |
| 温湿度 DHT11 | s→D4，v→5V，g→GND |
| 水泵 / Pump | D9（PWM 调速，软启动，独立供电 + 共地） |
| LCD 1602 (I2C) | SCL→A5，SDA→A4（地址 0x27） |
| 风速 / Wind | 外部电脑 Arduino UNO A0（0~5V 三杯式），HTTP 转发 |
⚠️ YF-S401 实测量程 0.05~3 L/min，系数 3433.8（脉冲数 / 3433.8 = 升）；低于启动流量转子不转。
📁 目录结构 / Folder Structure
demo 1/
├── README.md # 本文件（中英双语导航）
├── zh-CN/ # 中文版（语言 → 算法版本 → 实现迭代）
│ ├── 第一版算法部分/ # 第一版算法：风速基准线 + 滑动基准（beta1-4）
│ │ ├── beta1/ … beta4/ # 每版：FlowSensor.ino + server.py + 说明文档.md
│ └── 第二版算法部分/ # 第二版算法：标定对齐 + 快速滑动基准（beta5 起）
│ └── beta5/ # LCD 显示 + 算法 v2 + 风速接入
├── en-US/ # 英文版（同结构 / same structure）
│ ├── algorithm-v1/beta1-4/
│ └── algorithm-v2/beta5/
├── algorithm-iterations/ # 数学预警模型技术文档（v1/v2，中英）
├── weather/ # 风速 + 温湿度模块（网络服务 + Arduino）
└── media/ # 图片与视频📂 结构约定：中间层 = 算法版本（v1/v2），最内层 = 实现迭代（beta）。beta1-4 属第一版算法；beta5 起属第二版算法（数学预警模型 v2，详见
algorithm-iterations/）。
🚀 快速开始 / Quick Start
# 1. 烧录固件（Arduino IDE，板卡 Nano + 新 Bootloader，115200）
# zh-CN/第二版算法部分/beta5/FlowSensor.ino
# 2. 启动服务端（串口 /dev/cu.usbserial-14120）
python3 -u server.py
# 3. 打开网页
http://localhost:8080风速来自
http://192.168.1.200:8001/wind，需保持该服务在线（10 秒窗口判在线）。
🧠 预警模型 / Warning Model
详细技术文档（中英双语、含优势/缺陷/迭代记录）见 algorithm-iterations/：
| 文档 / Doc | 内容 / Content |
|---|---|
| v1 第一版技术文档 | 风速基准线 + 滑动基准（beta1-4） |
| v2 第二版技术文档 | 标定对齐 + 快速滑动基准（beta5 起） |
一句话版 / TL;DR：
最终等级 = max(泥石流 D, 山洪 F, 风速, 流量尖峰, 突变, 土壤饱和) ← 0~3
D = 0.30·S̄ + 0.35·Q̄ + 0.20·dQ̄ + 0.15·ΔS̄ （泥石流，土壤<60% 跳过）
F = 0.60·Q̄ + 0.40·dQ̄ （山洪，不受土壤门槛限制）- 等级 / Levels：0=正常 · 1=一级 · 2=二级 · 3=三级（最高）
- 滑动基准：24h 窗口 [P10,P95] 归一化，冷启动 15 分钟
- 滞回保持：触发后保持（一级 10s / 二级 15s / 三级 20s），防抖
- 标定：Q_MAX=3 L/min、DQ_MAX=0.5、尖峰回退 /0.5（对齐 YF-S401 实测）
📜 版本历史 / Version History
| 版本 / Version | 算法 / Algorithm | 核心改动 / Key changes |
|---|---|---|
| beta1 | v1 | 原始算法 D<0.30 无门槛；水泵 D7 数字开关 |
| beta2 | v1 | 加门槛（土壤<60%）+ 三级阈值 0.30→0.45 |
| beta3 | v1 | 水泵 D9 PWM 调速 + 网页滑块 + 功率显示 |
| beta4 | v1 | 尖峰滑动基准（自适应 P95）+ 整机功率（Demo 1 最终版） |
| beta5 | v2 | LCD 显示（风速/土湿/流速/预警 0-3）+ 算法 v2（标定对齐、山洪 F、滞回、土壤饱和）+ 温湿度本地 |
🏁 规划 / Plan：Demo 1 完结于 beta4，beta5 起进入算法迭代阶段（数学预警模型 v2，归档
algorithm-iterations/）。超声波水位方案已砍（与流速重叠，不做曼宁 70%）。
📄 文档索引 / Docs
| 位置 / Path | 说明 / Description |
|---|---|
algorithm-iterations/ |
数学预警模型技术文档（v1/v2，中英） |
weather/ |
风速 + 温湿度模块（王立辉，网络服务 + Arduino 代码） |
media/ |
演示图片与视频 |
README.md |
本文件（导航 + 版本历史） |
⚠️ 已知问题 / Known Issues
- 流量计量程窄 / Flow sensor range：YF-S401 仅 0.05~3 L/min，真实洪水流量超量程——v2 标定参数面向当前测试环境，换环境需重新标定。
- 风速依赖外部电脑 / Wind dependency：8001 服务离线时风速路径失效（LCD 风速显示 0）；物理迁移到综合板为后续项。
- 硬阈值分级 / Hard thresholds：0.45/0.55/0.75 阶梯跳变，无置信度/持续性判定（滞回已缓解闪断）。