2025年大學(xué)《系統(tǒng)科學(xué)與工程》專業(yè)題庫——嵌入式系統(tǒng)在智能家居中的應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（本大題共5小題，每小題2分，共10分。在每小題列出的四個選項中，只有一項是最符合題目要求的。請將正確選項字母填在題后的括號內(nèi)。）1.在嵌入式智能家居系統(tǒng)中，用于連接傳感器和執(zhí)行器、處理本地簡單邏輯的微控制器（MCU）通常扮演的角色是（）。A.云端平臺的核心處理單元B.用戶交互界面的主控制器C.負(fù)責(zé)設(shè)備間高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)D.系統(tǒng)的感知與執(zhí)行層核心2.以下哪種通信協(xié)議通常被用于連接家庭內(nèi)部距離較近的智能設(shè)備，如智能燈泡和智能插座，并以低功耗和自組網(wǎng)為特點(diǎn)？（）A.Wi-FiB.BluetoothLowEnergy(BLE)C.ZigbeeD.NB-IoT3.當(dāng)智能家居系統(tǒng)需要對外部環(huán)境進(jìn)行精確、實時的監(jiān)測并快速響應(yīng)（如煙霧報警）時，對其嵌入式控制部分的關(guān)鍵要求是（）。A.高度的計算能力和復(fù)雜的圖形界面顯示B.強(qiáng)大的無線連接能力和云數(shù)據(jù)同步功能C.高實時性、高可靠性和低延遲響應(yīng)D.超低功耗和長時間電池續(xù)航4.在采用實時操作系統(tǒng)（RTOS）的智能家居網(wǎng)關(guān)嵌入式軟件設(shè)計中，優(yōu)先級調(diào)度算法的主要目的是（）。A.最大化系統(tǒng)的吞吐量B.確保對時間敏感任務(wù)（如網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包處理）的及時響應(yīng)C.減少系統(tǒng)的平均執(zhí)行時間D.簡化任務(wù)之間的通信和數(shù)據(jù)共享5.將智能門鎖的固件通過無線方式在線更新，以修復(fù)漏洞或增加新功能，這種技術(shù)通常稱為（）。A.遠(yuǎn)程配置B.設(shè)備OTA（Over-The-Air）更新C.本地調(diào)試D.軟件補(bǔ)丁分發(fā)二、填空題（本大題共5空，每空2分，共10分。請將答案填寫在答題卡相應(yīng)的位置上。）6.嵌入式系統(tǒng)軟件通常包括與硬件緊密相關(guān)的______以及實現(xiàn)具體應(yīng)用邏輯的______。7.智能家居系統(tǒng)中的“感知層”主要指負(fù)責(zé)______和______的設(shè)備集合。8.設(shè)計智能家居嵌入式系統(tǒng)時，需要考慮的“可擴(kuò)展性”原則意味著系統(tǒng)應(yīng)易于______和______新功能或設(shè)備。9.使用C語言開發(fā)嵌入式應(yīng)用時，通過包含頭文件`<stdint.h>`可以獲得嚴(yán)格定義的整數(shù)類型，如______和______。10.根據(jù)系統(tǒng)科學(xué)理論，智能家居系統(tǒng)是一個具有高度______、______和動態(tài)性的復(fù)雜系統(tǒng)。三、簡答題（本大題共4小題，每小題5分，共20分。請將答案寫在答題卡相應(yīng)的位置上。）11.簡述選擇嵌入式微控制器（MCU）時需要考慮的主要因素。12.比較Wi-Fi和Zigbee這兩種在智能家居中可能使用的無線通信技術(shù)的主要區(qū)別。13.簡述嵌入式系統(tǒng)驅(qū)動程序的作用及其開發(fā)過程中的主要挑戰(zhàn)。14.簡述在智能家居系統(tǒng)中，實現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)互通所面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)。四、論述題（本大題共1小題，共20分。請將答案寫在答題卡相應(yīng)的位置上。）15.以智能家居中的智能照明系統(tǒng)為例（如自動調(diào)光、場景模式、遠(yuǎn)程控制等），結(jié)合嵌入式系統(tǒng)的軟硬件知識，論述其系統(tǒng)設(shè)計需要考慮的關(guān)鍵方面，并說明如何運(yùn)用系統(tǒng)科學(xué)的原則來優(yōu)化該系統(tǒng)的設(shè)計。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.C4.B5.B二、填空題6.驅(qū)動程序，應(yīng)用程序7.數(shù)據(jù)采集，狀態(tài)感知8.增加功能，擴(kuò)展設(shè)備9.int32_t，uint32_t10.復(fù)雜性，交互性三、簡答題11.簡述選擇嵌入式微控制器（MCU）時需要考慮的主要因素。解析思路：考察對MCU選型知識的掌握。需要從滿足應(yīng)用需求的角度出發(fā)，考慮性能（處理速度、內(nèi)存大小）、功耗、接口資源（GPIO,ADC,UART,SPI,I2C等）、外設(shè)集成度（如網(wǎng)絡(luò)接口、存儲器控制器）、開發(fā)工具鏈、成本、封裝形式以及供貨情況等因素。答案應(yīng)涵蓋以上一個或多個關(guān)鍵點(diǎn)。12.比較Wi-Fi和Zigbee這兩種在智能家居中可能使用的無線通信技術(shù)的主要區(qū)別。解析思路：考察對兩種主流智能家居無線協(xié)議的理解和比較能力。主要區(qū)別應(yīng)從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（IEEE802.11vsIEEE802.15.4）、工作頻段、傳輸速率、傳輸距離、功耗、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（星型、樹型、網(wǎng)狀）、組網(wǎng)能力（支持設(shè)備數(shù)量）、安全性以及典型應(yīng)用場景等方面進(jìn)行闡述。13.簡述嵌入式系統(tǒng)驅(qū)動程序的作用及其開發(fā)過程中的主要挑戰(zhàn)。解析思路：考察對驅(qū)動程序基本概念和開發(fā)難點(diǎn)的理解。作用：驅(qū)動程序是操作系統(tǒng)內(nèi)核與硬件設(shè)備之間的橋梁，負(fù)責(zé)向上層應(yīng)用提供設(shè)備的服務(wù)接口，并管理設(shè)備的操作，如數(shù)據(jù)讀寫、狀態(tài)控制等。開發(fā)挑戰(zhàn)：硬件細(xì)節(jié)依賴性強(qiáng)、需要深入了解硬件規(guī)格和寄存器配置、調(diào)試?yán)щy（硬件相關(guān)問題難以定位）、需要處理中斷和并發(fā)、代碼需高可靠性和實時性、跨平臺移植性差。14.簡述在智能家居系統(tǒng)中，實現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)互通所面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)。解析思路：考察對智能家居系統(tǒng)集成難點(diǎn)的認(rèn)識。主要挑戰(zhàn)可包括：多樣化的通信協(xié)議（如Zigbee,Wi-Fi,Bluetooth,Thread,NB-IoT等）的共存與互操作性難題；設(shè)備發(fā)現(xiàn)與自動配置的復(fù)雜性；確保系統(tǒng)整體的安全性（數(shù)據(jù)加密、設(shè)備認(rèn)證、防止攻擊）；實現(xiàn)低延遲、高可靠性的實時控制和數(shù)據(jù)傳輸；處理大量設(shè)備接入帶來的網(wǎng)絡(luò)擁堵和管理壓力；不同廠商設(shè)備間的兼容性問題和標(biāo)準(zhǔn)化不足；以及用戶統(tǒng)一體驗的界面設(shè)計等。四、論述題15.以智能家居中的智能照明系統(tǒng)為例（如自動調(diào)光、場景模式、遠(yuǎn)程控制等），結(jié)合嵌入式系統(tǒng)的軟硬件知識，論述其系統(tǒng)設(shè)計需要考慮的關(guān)鍵方面，并說明如何運(yùn)用系統(tǒng)科學(xué)的原則來優(yōu)化該系統(tǒng)的設(shè)計。解析思路：考察綜合運(yùn)用知識分析和設(shè)計復(fù)雜系統(tǒng)的能力。論述應(yīng)包含以下方面：*系統(tǒng)組成：闡述智能照明系統(tǒng)通常包含的硬件（傳感器如光敏、人體感應(yīng)器；執(zhí)行器如LED燈珠、調(diào)光驅(qū)動芯片；控制器MCU；通信模塊如Wi-Fi/Bluetooth/Zigbee；電源模塊）和軟件（底層驅(qū)動、RTOS、應(yīng)用邏輯、通信協(xié)議棧、控制算法）。*關(guān)鍵設(shè)計方面：*硬件設(shè)計：MCU選型（考慮處理能力、功耗、接口）、傳感器選型與精度、LED調(diào)光方式（PWM調(diào)光、數(shù)字調(diào)光）、通信模塊選擇與接口設(shè)計、電源管理方案。*軟件設(shè)計：驅(qū)動程序開發(fā)（傳感器、LED驅(qū)動）、實時操作系統(tǒng)（如果需要）的選用與任務(wù)調(diào)度、自動調(diào)光算法（如基于光敏傳感器數(shù)據(jù)的閉環(huán)控制）、場景模式邏輯實現(xiàn)、遠(yuǎn)程控制協(xié)議處理、設(shè)備狀態(tài)管理。*系統(tǒng)科學(xué)原則應(yīng)用：*模塊化：將系統(tǒng)劃分為感知、決策、執(zhí)行等相對獨(dú)立的模塊，降低復(fù)雜度，便于開發(fā)、測試和維護(hù)。*分層化：采用分層架構(gòu)，如OSI模型或類似的硬件層、驅(qū)動層、邏輯層、應(yīng)用層，使各層職責(zé)清晰，互依賴性降低。*可擴(kuò)展性：設(shè)計時應(yīng)考慮未來功能增加或設(shè)備擴(kuò)展的需求，如采用標(biāo)準(zhǔn)化接口、支持插件式功能模塊、設(shè)計靈活的配置參數(shù)。*系統(tǒng)建模：可用狀態(tài)機(jī)描述燈光狀態(tài)轉(zhuǎn)換，用流程圖表示調(diào)光算法，用UML圖描述系統(tǒng)交互。*人機(jī)交互：設(shè)計簡潔直觀的控制界面（物理按鍵、手機(jī)APP、語音指令），提升用戶體驗。*可靠性設(shè)計：考慮