Perguntas do Professor Heitor

1. "Papel alumínio" NÃO é isolante térmico, pelo contrário! então não é adequado para este propósito. Vocês têm que achar outro material para fazer o isolamento térmico da caixa.
   • Resposta: O papel alumínio ainda será usado para fazer o espelhamento. Todavia, para manter um isolamento térmico foi pensado em colocar uma estrutura de isopor, tudo isso envolto em um paredes de MDF.
2. Na proposta é informado que será feita a contagem de folhas e sua área verde. Este último com um sensor laser (não foi informado detalhes sobre isto, seria um LIDAR?)
   • Resposta: O sensor a laser irá iterar pela área plantada identificando a área verde da planta (esta identificada por meio da imagem). Para tornar o escaneamento mais preciso, será necesário afunilar o feixe do laser, isto é, medir a distância em relação a um ponto. O sensor a laser que utilizaremos é o VL53L0X. Assim, taxa de erro do sensor a laser VL53L0X será reduzida utilizando um pequeno cilindro opaco em sua abertura óptica para direcionamento do laser e com calibração feita via software. Encontramos a solução de redução do erro do laser no seguinte fórum: https://community.st.com/t5/mems-sensors/optical-issues-for-use-of-vl53l0x-tof-sensor/m-p/331429?t=1552631329121
3. Se a planta tiver múltiplas folhas (o que é esperado), como o sistema vai distinguir entre múltiplas folhas se não há nenhum padrão para isto ?
   • Resposta: Será usado o YOLO em que será treinado a partir de um dataset de folhas de rabanete. Além disso, pensamos em utilizar técnicas de segmentação com Watershed (ref: https://docs.opencv.org/4.x/d3/db4/tutorial_py_watershed.html). Caso não funcione, será treinado um dataset classificado com a quantidade de folhas.
4. Não está claro se o conjunto { (2) step-motors + câmera + sensor de distância } se moverá sobre apenas um ou sobre os dois compartimentos de plantas. Neste último caso, como o sistema saberá onde está capturando informações?
   • Resposta: Para facilitar a coleta de dados, terá um conjunto separado (step-motors + câmera + sensor de distância) para cada módulo, separadamente (primeira opção).
5. Na parte Thermal Control é dito que um cooler será utilizado para permitir a circulação do ar entre a estufa e o mundo externo. Não entendi a real utilidade disso, pois o controle de temperatura interno pode ser perturbado ou, até mesmo, se tornar inócuo. Aproveitando a oportunidade, parece fundamental que os dois compartimentos devem ser isolados termicamente um do outro, para que não haja interferência mútua. Isto afeta a parte construtiva do protótipo.
   • Resposta: A circulação de ar entre o ambiente interno e externo é necessário. Por exemplo, durante a fotossíntese uma planta consome gás carbônico. Sendo assim, caso o nível de CO2 caia drasticamente, isso afetaria o processo fotossintético.
   • Por outro lado, concordamos com o seu apontamento, isto é, a circulação de ar pode prejudicar o controle de temperatura. Pensamos, assim, em fazer um sistema de circulação suave, com um cooler pequeno.
   • Sendo então um risco (o controle de temperatura ser afetado), temos alternativa. Primeiramente, fazer uma porta (com um servo motor) que abre apenas quando o sistema de circulação de ar (ativação do cooler) é necessário, em conjunto com um sensor de gás carbônico (Ens160) para controlar a necessidade de ventilação e, com isso, não afetar criticamente o sistema.
   • Aliás, a dúvida do senhor está relacionada com a do prof. Fabro, e após analisarmos o questionamento dele, decidimos criar um sistema de circulação com dois coolers: um para a entrada de ar, e outro para a saída. No entanto, a resposta para a questão do senhor não é afetada, uma vez que a alternativa para o risco também pode ser aplicado para um sistema com entrada e saída de ar.
6. Como serão simuladas as variações de umidade dentro das câmaras, de tal modo a se verificar o correto funcionamento do controle de umidade ?
   • Resposta: Ressaltamos, inicialmente, que o sistema de controle de umidade é baseado no sensor de umidade, no umidificador e no sistema de ventilação. Para simular a necessidade de aumento da umidade, ativamos o umidificador. Para simular a necessidade de diminuir a umidade, ativaremos o sistema de ventilação.
7. É informado que a WebApp permitirá aos usuários ajustar os controles das estufas. Quantos usuários serão permitidos ? Todos os usuários terão as mesmas permissões ? Isto é, qualquer usuário poderá fazer quaisquer ajustes ?
   • Resposta: A WebApp permitirá controle multiusuário. Vamos implementar permissões diferenciadas: um perfil de administrador poderá ajustar todos os parâmetros, enquanto usuários com permissões restritas terão acesso apenas para visualização ou configurações básicas.
8. Dei uma olhada rápida no datasheet do sensor laser e me parece que a distância mínima que ele mede é de 5cm (por favor, confirmem este dado). Se for isto, é possível que vocês tenham problemas mecânicos pois o sensor deverá estar a uma altura bem maior do que o topo das plantas. Isto tem implicação direta no tamanho (altura) da caixa onde as plantas vão crescer.
   • Resposta: Após uma sucessão de testes do sensor VL53L0X estimulados pelo Prof. Heitor, obtemos resultados não satisfatórios para objetos pequenos como uma folha, em que o sensor não conseguia identificar a presença do objeto, dessa forma seria inviável o escaneamento. Para contornar isso, elaboramos uma outra solução, que utiliza um laser ao invés do sensor VL53L0X, este por sua vez irá iterar pela área plantada e para contabilizar a área, a cada movimento do laser, o sistema irá capturar um frame e verificar se o ponto do laser encontra-se numa área verde, incrementando-a. Dessa forma após passar por toda região plantada, terá uma estimativa da área verde.

1. O uso do Yolo não sei se será eficiente. Creio que ele será capaz de identificar folhas de plantas, mas não de *segmentar" as imagens de múltiplas folhas. É preciso analisar com antecedência as implicações disto na medição desejada.

   • Resposta: Adicionamos a opção de processamento de imagem por meio da técnica de Watershed, caso o o YOLO não seja suficiente, utilizaremos essa técnica. Um exemplo de Watershed para segmentação pode ser exemplificado abaixo:

   

2. Vocês afirmaram que utilizarão 2 conjuntos de step-motors/câmera/sensor laser, sendo um para cada parte da estufa. No entanto, isto tem um impacto direto no custo do projeto, e que pode extrapolar o orçamento. Recomendo fortemente manter um único sistema, uma vez que este será utilizado, digamos, uma vez ao dia somente. Isto é possível pois a dinâmica do sistema é muito lenta (o crescimento das plantas), então não é necessário dois sistemas paralelos.

   Pensamos em três alternativas para o sistema, segue abaixo:

   1. Dois módulos com sistemas e hardware independentes

      Nessa situação, teríamos dois módulos com uma planta cada com hardwares independentes.

      • Prós: Permite que analisemos duas plantas em situações (climáticas) diferentes concorrentemente.
      • Contras: Provavelmente ultrapassaríamos o budget , e a confecção de um segundo seria apenas a réplica do primeiro, sem nenhuma funcionalidade à mais para o sistema.

   2. Dois módulos com sistemas e hardware compartilhados

      Nessa situação teríamos dois módulos com uma planta cada, porém com alguma infraestrutura compartilhada, tornando o sistema mais conciso e econômico.

      • Prós: Permite que obtenhamos duas estufas com situações climáticas diferentes porém com alguns hardwares compartilhados, como câmera e alguns sensores.
      • Contras: A solução para conseguir isso não é totalmente efetiva, uma vez que teríamos que ter um vidro no topo para que a câmera passeie pelos dois módulos monitorando-os. Porém o sensor de distância não lida bem com o vidro, além de que este pode embaçar pela umidade, prejudicando o processamento de imagem

   3. Um módulo com todas funcionalidades

      Nessa situação, teríamos um módulo com uma planta, contendo todas funcionalidades (isto é, a opção 1, porém confeccionando apenas 1 módulo).

      • Prós: Permite que construamos um módulo robusto com todas as funcionalidades propostas. O teste será possível pois podemos usar plantas de uma mesma espécie e testadas em ambientes diferentes, porém não concomitantemente. Mesmo assim, pode-se analisar dados relativos ao crescimento de ambas e realizar comparações. Ainda, o projeto não ultrapassaria o limite de gasto proposto, sendo esta a maior vantagem.
      • Contras: Teríamos apenas um sistema ao invés de dois, impossibilitando o acompanhamento de dois exemplares concorrentemente ao mesmo tempo.

   Dessa forma, utilizaremos a opção 2 de um único sistema de movimentação, separando a parte de cima dos sistemas por meio de vidros antirreflexo para não afetar o sensor de distância (o qual continua importante para o sistema para estimar a altura).

   

3. A ideia de utilizar um cooler para entrada e outro para saída parece interessante. Lembrando que são dois compartimentos independentes, então vocês precisariam duplicar tudo. No entanto, ainda tenho dúvidas de como vão controlar a temperatura e humidade se em algum momento os coolers serão ligados e o ar todo será renovado.

   • Resposta: Para o controle da ventilação e temperatura, no momento da ventilação do ambiente, servo motores abrirão entradas de ar para que as ventoinhas ventilem a estufa, finalizado esse processo, o sistema será fechado e o sensores atuarão para reestabelecer o controle da temperatura. Vale ressaltar que a temperatura ficará sobre um intervalo de temperatura, e não por um valor específico.

4. Recomendo que haja restrições de acesso pela WebApp. Acho que tem que ter um administrador e eventuais "visitantes" com acesso mais restrito. Estes poderiam fazer tarefas simples que não interferiram significativamente no crescimento das plantas.

   • Resposta: Vamos adicionar um sistema de permissão para controle de parâmetros de configuração da planta. Ainda, com modo de visualização para visitantes, com apenas permissão de leitura e download de imagens e métricas.

   Perguntas do Professor Fabro

5. Vcs não iam colocar a parte de posicionamento 2D/sensor laser/câmera "fora" do ambiente controlado da estufa? Se for para colocar "dentro", isso pode ser um problema, pois umidade em excesso é ótima para algumas plantas, mas péssima para componentes eletrônicos, pois causa oxidação acelerada.... Não ia ter um vidro na parte superior?.

   • Resposta: Colocar um vidro abaixo poderia afetar a medição de distância e mapeamento da área verde. Para solucionar este problema de umidade, teremos que “resinar” ou utilizar verniz para PCB e assim isolar os componentes eletrônicos, porém deixando a parte que emite/recebe o laser exposta. Conseguiremos esses materiais emprestados e colocaremos um preço simbólico, já que não utilizaremos o “frasco” do produto completamente.

6. E ainda outra coisa: uma "ventoinha" não parece uma boa solução para "controle de umidade"... talvez duas ventoinhas(uma de entrada, outra de saída, cada uma numa parede oposta à outra?). E algum sistema para "fechar" estas entradas/saídas de ar, para evitar muitas trocas de calor entre o ambiente interno e externo?

   • Resposta: Respondido na quinta pergunta feita pelo Professor Heitor.

7. Vocês comentaram sobre "controle de temperatura", mas vi apenas "For temperature control, if it rises above the specified value, the cooling system will be activated.". E se a temperatura ficar "muito fria"? Há previsão de "manutenção" desta temperatura entre valores específicos? Se sim, será necessário também algum tipo de sistema de "aquecimento"

   • Resposta: Considerando que não sabemos a taxa de emissão de calor da lâmpada e o pesquisador poderá configurar o tempo de exposição à luz possibilitaremos que o módulo da estufa poderá esquentar. Por isso, ainda optamos por adicionar um módulo de aquecimento por indução.