Atmosphere Demo 1 说明文档（第一版）

一、项目简介

Atmosphere 是面向野外溪流/漂流点的山洪 + 泥石流智能监测预警系统。

Demo 1 实现：土壤湿度、流速、风速三路环境采集 + 水泵控制 + Web 实时监控 + 预警数学模型。

二、硬件连接方式

主控：Arduino Nano（ATmega328P，新 Bootloader）

土壤湿度传感器：AO→A2（模拟量），DO→D2（数字/断线检测），VCC→5V，GND→GND

流速传感器 YF-S401：红线→5V，黄线→D8（信号），黑线→GND

水泵：接 D7（高电平抽水，低电平停止）

风速传感器（三杯式，0~5V）：接另一台电脑的 Arduino UNO A0，经 HTTP 转发到本机

三、软件实现

两个文件（均已放入本文件夹）：

FlowSensor.ino —— Arduino 固件：三路采集 + 水泵控制，每秒输出一行 JSON 到串口（9600）

server.py —— Python Web 服务（端口 8080）：串口读取 + 风速 HTTP 集成 + 预警模型 + 网页

串口命令（单字节）：发送 1 开泵 / 0 关泵。

风速接口：对方电脑 http://192.168.1.200:8001/wind 返回 JSON（wind_ms / wind_kmh / temp / hum）。

四、预警模型

泥石流（已完整落地）：

危险指数 D = 0.40·S̄ + 0.30·Q̄ + 0.20·dQ̄ + 0.10·ΔS̄

S̄ 土壤湿度归一化，Q̄ 流量归一化，dQ̄ 流量突变，ΔS̄ 土壤湿度涨幅

特殊规则：土壤高湿 + 流量连涨 → 拉高等级

山洪（部分落地）：

曼宁公式 70%（缺超声波水位传感器，暂未落地）

尖峰检测 30%（用流量秒级变化率近似，阈值待标定）

滑动基准（自适应气候）：

24 小时滑动窗口，用 P10/P95 分位数判断「偏离当地正常多少」，数据积累 2 小时后生效。

预警档位（一级最严重）：

🟢 正常：D < 0.30

🟡 三级预警：0.30 ≤ D < 0.55

🟠 二级预警：0.55 ≤ D < 0.75

🔴 一级预警：D ≥ 0.75

五、运行方式

编译上传 FlowSensor.ino 到 Arduino Nano

运行 python3 -u server.py

浏览器打开 http://localhost:8080 查看监控页面

六、已知问题

水泵从 Arduino 取电会导致供电不稳、USB 反复断电复位（自己开关）——需改独立供电

山洪曼宁 70% 缺超声波水位传感器，待补

尖峰检测阈值待实测标定