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本動画では、平成31年度春期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 午後Ⅰ 問3を取り上げ、スイングセンサを用いたバッティング評価システムを題材に、MEMSセンサの計測特性を踏まえた要求仕様の読み取り、図表条件から通信方式を選定する設計判断、1ミリ秒周期のリアルタイム処理で何を優先すべきかという制御設計、さらにバッテリ駆動を前提にした省電力化の効果を定量評価する力を、問題文・解答例・採点講評の狙いに沿って解説します。午後Ⅰで問われているのは、センサや無線の一般知識を披露することではなく、与件の距離・周波数・周期・電流値といった条件を一つも落とさずに結び付け、仕様として破綻しない結論を導けるかという、組込みの読解と設計の精度です。 本問の出題趣旨は、スポーツ計測という身近な題材を使いながら、計測データの選び方と精度要件、センサの周波数帯域という物理制約、無線通信の距離と速度のトレードオフ、そして省電力設計の定量評価という、組込みシステム開発の“現実の制約条件”を、図表と数値に基づいて扱えるかを評価する点にあります。採点講評が強調する合否を分ける論点は、図1の位置関係と表3の伝送可能距離を正しく突き合わせられるか、すなわち「17m」という与件を見落とさずに無線クラスを選べるかに加え、リアルタイム計測で最も守るべきは通信効率ではなく“サンプリング周期の一定性”であることを、根拠付きで説明できるかにあります。 設問1は評価システムの仕様で、どのデータが何の目的に使われるか、そしてモーション計測部と振動計測部を分けて搭載する必然性を、物理仕様の制約から導けるかが問われます。ボールがバットに衝突した瞬間を特定しないと、スイング軌道や飛距離推定の計算で基準時刻が揺らぎ、評価結果が不安定になります。このため、衝突のタイミングを最も直接的に表すデータとして、バットの振動が発生した瞬間の経過時間である振動時刻データを用いる設計が合理的です。午後Ⅰの読解ポイントは、どのセンサ値でも良いと考えず、「衝突というイベント検知」に最も適した観測量を、与件のデータ定義から選び切ることです。 加速度の算出では、重力加速度成分を軸方向に投影するという基礎に立ち返り、z軸が水平から上側に30°傾いた場合は－sin30°で－0.5Gになることを使って、16進表現で－1GがF000、0Gが0000であるなら中間のF800になると導きます。ここは計算自体よりも、符号と軸の定義を読み違えないこと、そして物理量から符号付き表現へ落とすという組込みらしい変換を、落ち着いて処理できるかがポイントになります。 振動計測部の必要性は、本問の“仕様制約から部品追加を正当化する”典型論点です。バットの固有振動数が210Hzと730Hzであるのに対し、モーション計測部の計測可能周波数が330Hz以下に制限されている以上、730Hzの成分はモーション計測部では捉えられません。したがって、より高い周波数帯域を計測できる振動計測部を別途用意し、インパクト近傍の高周波成分まで観測できるようにする必要があります。午後Ⅰの読解ポイントは、「高周波が測れたら良い」という一般論ではなく、「現行仕様（330Hz以下）では固有振動数730Hzを計測できない」という不足を、与件の数値で言い切ることです。 設問2は無線通信とMCUの処理で、距離・速度条件に基づくクラス選定と、1ms周期処理の優先順位設計が中心になります。図1の位置関係からピッチングマシンと利用者の距離が17mであることを起点に、表3の伝送可能距離を満たす必要があります。距離要件を満たすのはクラスB以上であり、さらにモーション情報の伝送速度条件も同時に満たす必要があるため、該当する仕様として④と⑤が選択肢になります。採点講評が指摘する失点は、ここで距離要件を読み落として速度だけで選んでしまうこと、あるいは図の距離を感覚で判断してしまうことにあります。午後Ⅰの読解ポイントは、図表問題ほど「図→数値（17m）→表の条件→選択肢」という機械的な照合手順を徹底することです。 タイマ割込みの優先順位では、送信を優先すると、モーションデータ取得の実行タイミングが送信処理に押されて揺らぎ、取得周期にばらつきが生じます。スイングの軌道推定は時系列データの微分・積分や特徴抽出に依存するため、サンプリング間隔が一定でないと推定誤差が増え、同じスイングでも評価がぶれる原因になります。したがって、リアルタイム処理として最優先で守るべきは、送信のスループットではなく、計測の周期性と再現性であるという判断が重要になります。午後Ⅰの読解ポイントは、「どちらが大事か」を一般論で語るのではなく、計測周期のばらつきが評価精度へ与える影響を因果で説明することです。 MCUの処理の空欄補充では、スイング終了後に制御部から計測終了指示を受信したタイミングで計測を停止し、記録していた振動情報を制御部へ送信するという、イベント駆動の手順を与件の時系列で正しく追えるかが問われます。ここでも午後Ⅰの読解ポイントは、処理を“それらしく並べる”のではなく、指示受信というトリガ、計測停止という状態遷移、送信対象が振動情報であるというデータ指定を、与件に沿って過不足なく結び付けることです。 設問3は省電力化の評価で、電流値と放電容量から稼働時間や削減効果を定量で示す力が問われます。クラスBが15mAで常時電源ON、蓄電池の放電容量が240mAhであれば、240/15で16時間という使用可能時間が得られます。ここは単純計算ですが、単位を揃え、前提が“常時ON”であることを読み落とさないことが基本です。さらに、通信終了直後に電源をOFFにする仕様変更によって、1日の営業12時間での放電電気量を40mAhまで抑えられるという評価は、運用時間と通電時間の差を設計で作るという、省電力化の王道を示しています。午後Ⅰの読解ポイントは、電源制御の改善が「平均電流を下げる」形で効いていることを、計算結果で説明し切ることです。 無線通信IFの移設は、アーキテクチャ変更で物理条件を変え、より低消費電流のクラスを使えるようにするという発想がポイントです。制御部の無線通信IFを料金端末側へ移設すると、通信距離が17mから3mへ短縮され、クラスBではなく動作電流が小さいクラスCが使えるようになります。その結果、放電電気量が移設前の40%まで削減できるというのが与件の結論であり、単なる「近い方が省電力」という説明ではなく、「距離要件が下がることでクラス選択が変わり、電流値が下がる」という因果を示すことが重要です。午後Ⅰの読解ポイントは、通信距離を短縮するという物理施策が、無線クラスという仕様選択に直結して省電力化へ繋がる、という設計の連鎖を答案に落とすことです。 この問題の難所は、図1の距離条件と表3の距離・速度条件の突き合わせ、モーション計測部の周波数帯域制約と固有振動数730Hzの関係の読み取り、そして1ms周期の割込み設計で“周期の一定性”を守るべき理由付けにあります。採点講評が示唆する通り、計算は複雑ではありませんが、条件の見落としがそのまま誤答になる構造であり、午後Ⅰとして典型的な「与件照合の精度」で差がつく問題です。 最後に、この動画を見る意義をまとめます。平成31年度春期 エンベデッドシステムスペシャリスト 午後Ⅰ 問3は、センサの計測帯域、無線の距離と速度、リアルタイム処理の優先度、そして省電力化の定量評価という、組込み設計で避けて通れない制約条件を、図表と数値に基づいて扱う力を一度に鍛えられる良問です。本動画では、衝突検知に適したデータ選定、周波数制約から振動計測部が必要になる理由、17mという距離要件から無線クラスを選ぶ手順、送信優先が計測周期のばらつきを生む理由、電源制御とIF配置変更による省電力化の評価までを、午後Ⅰの読解ポイントとして一続きの流れで整理します。過去問の理解に留まらず、図表条件を落とさずに設計判断へ繋げ、変更による効果を数字で説明するという、合格に直結する読み方と考え方を再現可能な形で身に付けられることが、この動画を視聴する最大の価値です。
