Atmosphere Demo 1 说明文档（第四版 · Demo 1 最终版）

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 PWM 调速控制 + 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：IO 接 D9（PWM 脚，软启动/调速，占空比越大抽水越快）；VCC/GND 接电源，D7 已拉低兜底

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 PWM 调速（软启动），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（含水泵滑块调速 + 整机功率显示）

串口命令：发送速度值 0~255 + 换行（0 = 停止，255 = 全速）。

水泵调速：D9 PWM + 软启动（0→255 约 0.5 秒平滑升/降，抹平启动电流冲击）。

网页滑块：0~100% 拖动实时调速（150ms 防抖）；整机功率 = 固定功耗 0.4W + 占空比 × 水泵满载功率（默认 1.25W 估算，可标定）。

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

门槛：土壤湿度 < 60%（土体未饱和）直接判安全，不参与 D 分级

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，滑动基准自适应，超当地 P95 判高风险）

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 < 0.45（土壤湿度 < 60% 时直接安全）

🟡 三级预警：0.45 ≤ 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，拖滑块调节水泵速度

六、版本状态

Demo 1 最终版：beta4 为 Demo 1 的最终版本，后续开发转入 Demo 2（新增超声波水位传感器，补全山洪曼宁 70% 分量）。

七、已知问题

水泵从 Arduino 取电，高速时电流大仍会拉垮 5V 断电复位（软启动只缓解启动冲击）——需改独立供电

整机功率为估算值（无电流传感器），满载功率需按水泵铭牌标定

山洪曼宁 70% 缺超声波水位传感器，待补

尖峰滑动基准已落地，回退固定阈值（2.0 L/min/s）仍需实测标定