エンベデッドシステムスペシャリスト 2019年 午後1 問03

解答の導き方

1. 問われているのは、ボールがバットに当たった「時刻」を知るために使うデータです。評価システムは、モーション情報や振動情報を基に評価結果を算出するため、衝突のタイミングを示すデータを見つけます。
2. 動作手順では、スイングセンサが「バットに当たった瞬間のバットの振動の発生を検出」し、その振動が発生したときの経過時間を記憶すると説明されています。この経過時間が、衝突した時刻を示す情報です。
3. そのデータは「振動時刻データ」と呼ばれています。振動データは振動の大きさを表すのに対し、振動時刻データは振動が発生した時刻を表すため、ボールがいつ当たったかを知るには、データ名として「振動時刻」を答えます。

誤りやすいポイント

• 振動データと振動時刻を混同しないようにします。振動データは振動の大きさ、振動時刻は振動が発生したタイミングを示します。
• モーション情報にも計測時刻データが付加されていますが、ボールが当たった瞬間を検出した時刻として記録されるのは振動時刻データです。
• 「振動時刻データ」ではなく、解答欄にはデータ名として「振動時刻」と答えます。

FAQ

解答の導き方

誤りやすいポイント

• 角度が水平から測られているため、$z$ 軸成分には $\cos$ ではなく $\sin$ を使います。
• バットが上側に傾いた場合でも、問題文の角度では重力加速度の $z$ 成分は負です。正の値にしないよう注意します。
• 「F000」を正の値として扱わないでください。16ビットの2の補数表現では、これは $-1G$ です。
• $1G$ が16進数で「1000」に対応するため、$0.5G$ の値をそのまま「0008」などとしないようにします。

FAQ

解答の導き方

誤りやすいポイント

• モーション計測部の「計測可能周波数」と、モーションデータの計測周期を混同しないようにします。計測周期が1ミリ秒であっても、表2に示された計測可能周波数の上限は330Hzです。
• 210Hzは330Hz以下なので計測できます。二つの固有振動数の両方が計測できないと考えるのは誤りです。
• 振動計測部が必要なのは、振動全般を計測できないからではなく、730Hzの振動がモーション計測部の計測可能範囲を超えるからです。

FAQ

解答の導き方

誤りやすいポイント

• 6チャネル分のモーションデータだけで計算し、計測時刻データの「32ビット」を加え忘れると、必要な伝送速度を正しく求められません。
• 表3の伝送速度をそのまま実効伝送速度として扱わないようにします。設問の条件に従い、表の値の「20%」で比較します。
• 伝送速度だけで候補を決めず、伝送可能距離も確認します。速い伝送速度があっても、距離が条件を満たさなければ選べません。

FAQ

解答の導き方

誤りやすいポイント

• タイマ割込みが1ミリ秒周期で発生することと、モーションデータの取得が必ず1ミリ秒間隔になることを混同しないようにします。
• 送信処理を優先した場合、無線通信にかかる時間が計測処理に影響する点を見落とさないようにします。
• 問われているのは通信の遅延そのものではなく、モーションデータを取得する周期への影響です。

FAQ

解答の導き方

1. 〔評価システムの動作〕の(6)では、制御部がスイングセンサに「計測終了指示」を送信します。(7)では、その指示を受信したスイングセンサがモーションデータの計測を停止します。したがって、表4の最終行のタイミングは、制御部からの計測終了指示を受信したときです。
2. 同じ(7)では、計測終了指示を受信した後、振動時刻データを振動データに付加し、「振動情報として制御部に送信する」とあります。送信するのは振動データ単体ではなく、振動時刻データを付加した振動情報です。

誤りやすいポイント

• 振動割込みが発生したときと、制御部へ振動情報を送信するときを混同しないようにします。振動割込み発生時には振動時刻データを記憶し、制御部への送信は計測終了指示を受信した後に行います。
• bを「振動データ」としないようにします。振動データに振動時刻データを付加したものが、送信される「振動情報」です。
• aは「投球後」ではなく、表4の処理を実行するきっかけとなる指示の受信タイミングです。

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解答の導き方

1. 求めるのは、満充電のスイングセンサが、クラスBで常に電源ONの状態を保ったときの使用時間です。したがって、蓄電池の容量を動作電流で割れば、使用時間を求められます。
2. 表2には、蓄電池の「放電容量：240ミリAh」とあります。また、設問ではクラスBの電源ON時の動作電流が「15ミリA」と示されています。
3. 電池容量のミリAhを電流のミリAで割ると、時間になります。
   $240\text{ミリ Ah}÷15\text{ミリ A}=16\text{時間}$
   計算結果は整数なので、小数第1位を四捨五入しても変わりません。

誤りやすいポイント

• 1日の営業時間である12時間を、使用可能時間として答えないようにします。この設問では、満充電から蓄電した電気量を全て放電するまでの時間を求めます。
• クラスBの動作電流は15ミリAです。クラスAやほかのクラスの値と取り違えないようにします。
• 電源ONの場合の電流を使います。電源OFF時の電流は、この設問の条件には関係ありません。

FAQ

解答の導き方

誤りやすいポイント

• 1球分の時間を7秒としないようにします。7秒は計測終了指示を送るタイミングであり、次の投球までには、評価結果の表示と2秒間の待ち時間もあります。
• 8秒後の表示だけで計算しないようにします。表示後の2秒間も、次の投球に進むまでの時間に含まれます。
• 秒のまま動作電流を掛けないようにします。ミリAからミリAhを求めるには、電源ON時間を時間に換算します。
• 1回の利用時間だけでなく、1日の利用回数である48回を掛けます。

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解答の導き方

1. まず、移設前に必要な通信クラスを確認します。図1では、制御部を備えたピッチングマシンとバッティングエリアの間が「17メートル」です。移設前は無線通信I/Fが制御部側にあるため、スイングセンサとの通信には、伝送可能距離が17メートルを満たすクラスが必要です。クラスCの上限は「0～10」なので届かず、距離だけで見るとクラスAとクラスBが候補になります。
2. ただし、距離だけでクラスを決めることはできません。モーションデータは「6チャネル」、1チャネル当たり「16ビット」で、計測時刻データは「32ビット」です。したがって、1回分のモーション情報は $6\times 16+32=128$ ビットです。これを「1ミリ秒周期」で送信するので、必要な伝送速度は $128$ kビット／秒です。
   表3の実効伝送速度は使用可能な伝送速度の20％です。クラスAの使用可能な伝送速度は「125」kビット／秒なので、実効伝送速度は $125\times 0.2=25$ kビット／秒となり、必要な速度に届きません。一方、クラスBでは「1,000」kビット／秒を使えば実効伝送速度は $200$ kビット／秒となり、モーション情報の伝送に足ります。したがって、移設前は距離と伝送速度の両方を満たすクラスBが必要です。
3. 次に、移設後の通信距離を考えます。図1では、料金端末はバッティングエリアのそばにあります。無線通信I/Fを料金端末内に移せば、スイングセンサとの距離をクラスCの伝送可能距離である「0～10」メートルの範囲にできます。クラスCでも「1,000」kビット／秒を選べば、実効伝送速度は $200$ kビット／秒となるため、モーション情報を送信できます。よって、移設後はクラスBより動作電流の少ないクラスCを使用できます。動作電流は、クラスBが15ミリA、クラスCが6ミリAです。
4. 放電量の割合を求めます。営業時間は1日12時間で、1時間当たりの利用回数は4回なので、1日の利用回数は $12\times 4=48$ 回です。1回の利用では、20球について、計測開始から評価結果の表示までの8秒と、その後の待ち時間2秒が繰り返されます。したがって、1回当たりの動作時間は $20\times (8+2)=200$ 秒、1日当たりでは $48\times 200=9,600$ 秒です。これは $\frac{8}{3}$ 時間です。
   利用終了後にスイングセンサを電源OFFにするので、電源ONの時間だけで放電量を計算します。移設前は $15\times \frac{8}{3}=40$ ミリAh、移設後は $6\times \frac{8}{3}=16$ ミリAhです。したがって、移設後の放電量は移設前の $\frac{16}{40}\times 100=40$ ％です。

誤りやすいポイント

• 伝送距離だけを見てクラスAを選ばないようにします。17メートルの通信距離はクラスAでも満たしますが、クラスAの実効伝送速度はモーション情報の伝送に不足します。
• 表3の使用可能な伝送速度を、そのまま実効伝送速度として扱わないようにします。実効伝送速度は、使用可能な伝送速度の20％です。
• 営業時間の12時間を、スイングセンサが常に電源ONの時間として計算しないようにします。利用終了後は電源OFFになるため、放電量に関係するのは実際の利用中の時間です。
• 「移設後が移設前の何％か」は、移設後の電流を移設前の電流で割ります。電流が15ミリAから6ミリAになるので、減少率の60％ではなく、移設後に残る割合の40％です。

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