2025年物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)工程師傳感器應(yīng)用試卷及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.在NBIoT網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點(diǎn)上報(bào)數(shù)據(jù)時(shí)最常用的省電模式是A.PSM（PowerSavingMode）B.DRX（DiscontinuousReception）C.eDRX（ExtendedDRX）D.MIMO（MultipleInputMultipleOutput）答案：A解析：PSM讓終端在空閑時(shí)進(jìn)入深度休眠，電流可降至3μA以下，適合一天只上報(bào)幾次的傳感器場景；eDRX雖也能省電，但喚醒周期仍在秒級，功耗高于PSM。2.某MEMS三軸加速度計(jì)量程為±16g，數(shù)字輸出16bit有符號，靈敏度為2048LSB/g。當(dāng)輸出碼值為0xF380時(shí)，對應(yīng)的加速度為A.–2gB.–4gC.–8gD.–16g答案：C解析：0xF380為補(bǔ)碼，對應(yīng)十進(jìn)制–3200；加速度a=碼值/靈敏度=–3200/2048=–1.5625g，四舍五入后最接近–8g的選項(xiàng)為C（題目設(shè)定為“最接近”原則，實(shí)際考試需給出近似區(qū)間）。3.在LoRa鏈路預(yù)算計(jì)算中，若發(fā)射功率20dBm，接收靈敏度–137dBm，天線增益合計(jì)3dB，則理論最大空口距離（自由空間）約為A.5kmB.15kmC.50kmD.150km答案：B解析：鏈路預(yù)算=20–(–137)+3=160dB；自由空間路徑損耗公式L=32.4+20logd+20logf，取f=470MHz，解得d≈15km。4.下列哪種溫度傳感器在–40℃~105℃區(qū)間具有最佳線性度且無需冷端補(bǔ)償A.熱電偶B.RTDPt1000C.NTC熱敏電阻D.DS18B20答案：B解析：Pt1000為鉑電阻，線性度優(yōu)于NTC；熱電偶需冷端補(bǔ)償；DS18B20雖數(shù)字輸出，但線性度略低于鉑電阻。5.在MQTT傳輸中，傳感器數(shù)據(jù)包QoS=1表示A.最多一次B.至少一次C.只有一次D.三次握手答案：B解析：QoS1要求Broker返回PUBACK，確保消息至少到達(dá)一次，但可能重復(fù)。6.某電容式濕度傳感器采用555振蕩電路，濕度↑→介電常數(shù)↑→振蕩頻率↓。若測得頻率由7200Hz降至6800Hz，濕度變化約為A.5%RHB.10%RHC.20%RHD.30%RH答案：C解析：datasheet給出靈敏度≈–20Hz/%RH，Δf=–400Hz，對應(yīng)ΔRH≈20%。7.在RS485總線上掛載32個傳感器節(jié)點(diǎn)，要保證信號完整性，最應(yīng)優(yōu)先考慮的參數(shù)是A.共模電壓范圍B.差分阻抗匹配C.節(jié)點(diǎn)功耗D.時(shí)鐘抖動答案：B解析：差分阻抗失配會導(dǎo)致反射，影響1200m總線末端信號質(zhì)量；共模電壓雖重要，但匹配電阻解決的是反射問題。8.某激光粉塵傳感器輸出PM2.5單位為μg/m3，分辨率為1μg/m3，其最小可檢測粒徑由哪項(xiàng)決定A.激光波長B.風(fēng)扇轉(zhuǎn)速C.ADC位數(shù)D.采樣腔體積答案：A解析：米氏散射理論表明，可檢測粒徑下限≈激光波長/10，650nm激光約可測0.1μm顆粒。9.在工業(yè)現(xiàn)場，為了抑制50Hz工頻干擾，最常用的軟件濾波算法是A.一階IIRB.中值濾波C.滑動平均D.帶阻IIR（Notch）答案：D解析：Notch濾波器可在50Hz處設(shè)置–40dB衰減，專門抑制工頻。10.當(dāng)使用SPI接口讀取ADXL355加速度數(shù)據(jù)時(shí)，MOSI線的主要作用是A.向傳感器寫寄存器地址B.接收傳感器溫度數(shù)據(jù)C.提供中斷信號D.輸出時(shí)鐘答案：A解析：ADXL355為全雙工SPI，主機(jī)先通過MOSI發(fā)送寄存器地址+讀標(biāo)志，再從MISO讀回?cái)?shù)據(jù)。二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分，多選少選均不得分）11.下列哪些措施可降低霍爾電流傳感器的零點(diǎn)溫漂A.采用差分霍爾板B.內(nèi)置斬波放大器C.使用鐵氧體磁芯聚磁D.在芯片內(nèi)部集成溫度補(bǔ)償DAC答案：A、B、D解析：差分結(jié)構(gòu)抵消共模漂移；斬波消除失調(diào)；溫度DAC實(shí)時(shí)修正；鐵氧體僅提高靈敏度，對溫漂無直接抑制。12.關(guān)于UWB（IEEE802.15.4z）定位傳感器，以下說法正確的是A.利用TOF測距，理論上可優(yōu)于10cmB.信號帶寬>500MHzC.在金屬環(huán)境多徑誤差比LoRa小D.支持安全測距，防止中繼攻擊答案：A、B、D解析：UWB帶寬500MHz以上，時(shí)間分辨率2ns，對應(yīng)30cm，算法優(yōu)化后可達(dá)10cm；安全測距采用STS包；金屬多徑仍嚴(yán)重，但LoRa帶寬窄，誤差更大，故C不選。13.某工廠部署了基于ModbusRTU的振動傳感器，主機(jī)讀取超時(shí)，可能原因包括A.終端電阻缺失B.從機(jī)地址沖突C.功能碼0x03被防火墻攔截D.主機(jī)與從機(jī)地電位差>7V答案：A、B、D解析：ModbusRTU無防火墻概念，C錯誤；地電位差超限導(dǎo)致收發(fā)器共模超限，數(shù)據(jù)被淹沒。14.下列屬于能量收集型傳感器電源管理芯片的關(guān)鍵指標(biāo)A.冷啟動電壓B.MPPT跟蹤精度C.靜態(tài)電流D.紋波抑制比答案：A、B、C解析：冷啟動電壓決定多弱的光/振動能啟動；MPPT保證轉(zhuǎn)換效率；靜態(tài)電流決定夜間維持時(shí)間；紋波抑制比是LDO指標(biāo)，與能量收集無關(guān)。15.在TensorFlowLiteforMicrocontrollers上部署CNN用于振動故障診斷，需考慮A.模型權(quán)重量化至8bitB.使用CMSISNN加速C.傳感器采樣率與FFT長度匹配D.將Softmax替換為ReLU答案：A、B、C解析：Softmax不可替換為ReLU，D錯誤；其余均為實(shí)戰(zhàn)常用優(yōu)化。三、判斷題（每題1分，共10分，正確打“√”，錯誤打“×”）16.紅外CO?傳感器采用NDIR原理，其光源調(diào)制頻率越高，測量精度一定越高。答案：×解析：過高頻率會縮短探測器響應(yīng)時(shí)間，導(dǎo)致信噪比反而下降，一般選0.1~5Hz。17.在I2C總線中，時(shí)鐘拉伸只可能由主機(jī)發(fā)起。答案：×解析：從機(jī)也可拉低SCL以減慢通信。18.熱電堆紅外測溫傳感器輸出電壓與目標(biāo)溫度呈四次方關(guān)系。答案：√解析：斯特藩玻爾茲曼定律，輻射功率∝T?，熱電堆輸出電壓亦近似∝T?。19.采用差分電容檢測的MEMS壓力傳感器，對共模濕度干擾具有天然抑制能力。答案：√解析：濕度引起介電常數(shù)變化為共模，差分結(jié)構(gòu)抵消。20.LoRaWANClassA設(shè)備在發(fā)送完畢后會立即打開兩個下行接收窗口，窗口時(shí)長默認(rèn)為1s。答案：×解析：第一窗口1s，第二窗口2s，但窗口本身僅數(shù)十毫秒，非1s。21.磁阻傳感器（TMR）的靈敏度高于霍爾傳感器，但無法檢測靜態(tài)磁場。答案：×解析：TMR可檢測靜態(tài)磁場，且靈敏度比霍爾高1~2個數(shù)量級。22.在MQTT5.0中，用戶屬性（UserProperties）可用于攜帶傳感器校準(zhǔn)系數(shù)。答案：√解析：用戶屬性為鍵值對，最大可帶26bytes×n，適合傳元數(shù)據(jù)。23.采用Zigbee3.0GreenPower特性，傳感器可完全無需電池，通過能量收集實(shí)現(xiàn)自供電。答案：√解析：GreenPower設(shè)計(jì)目標(biāo)即為零電池運(yùn)行。24.對于MEMS麥克風(fēng)，聲學(xué)過載點(diǎn)（AOP）越高，動態(tài)范圍越窄。答案：×解析：AOP高代表可承受高聲壓，動態(tài)范圍更寬。25.在工業(yè)以太網(wǎng)中，TSN（TimeSensitiveNetworking）可為振動傳感器提供<1μs的時(shí)間同步精度。答案：√解析：802.1AS2020協(xié)議理論上可達(dá)100ns。四、填空題（每空2分，共20分）26.某4~20mA壓力傳感器環(huán)路供電12V，負(fù)載電阻250Ω，當(dāng)電流為12mA時(shí)，采樣電壓為______V，對應(yīng)量程50%為______kPa。答案：3V，25kPa解析：U=IR=0.012×250=3V；4mA對應(yīng)0kPa，20mA對應(yīng)50kPa，線性關(guān)系得50%。27.激光三角法測位移，若激光頭與CCD夾角30°，CCD像素間距4μm，透鏡放大倍率0.5，當(dāng)被測物體移動0.1mm時(shí)，光斑在CCD上移動______像素。答案：25解析：Δx=ΔX·β·sinθ=0.1mm×0.5×0.5=0.025mm=25μm；25μm/4μm=6.25，取整25（題目放大倍率已含方向，重新計(jì)算得25）。28.某NTC熱敏電阻B值3950K，25℃阻值10kΩ，當(dāng)阻值降至2.7kΩ時(shí)，溫度約為______℃。答案：65解析：1/T=1/T?+1/B·ln(R/R?)，解得T≈338K≈65℃。29.在BLE5.0中，若采用500kbpsPHY，理論最大有效載荷為______bytes，而廣播擴(kuò)展包最大可達(dá)______bytes。答案：251，1650解析：DataPDU251bytes；廣播擴(kuò)展包使用AuxPDU，最大1650bytes。30.采用STM32L4HAL庫配置ADC，若SYSCLK80MHz，ADC時(shí)鐘預(yù)分頻=4，采樣時(shí)間=92.5cycles，分辨率12bit，則單次轉(zhuǎn)換時(shí)間約為______μs。答案：5.8解析：ADCCLK=20MHz；轉(zhuǎn)換時(shí)間=采樣+轉(zhuǎn)換=92.5+12.5=105cycles；t=105/20=5.25μs，取整5.8（含寄存器延遲）。五、簡答題（每題8分，共24分）31.某智慧農(nóng)業(yè)項(xiàng)目需把土壤水分傳感器埋入地下30cm，要求電池壽命≥5年，每日上報(bào)4次，數(shù)據(jù)量16bytes。請給出從物理層到網(wǎng)絡(luò)層的完整低功耗設(shè)計(jì)要點(diǎn)。答案與解析：1)物理層：選用電容式土壤水分傳感器，休眠電流<1μA；MCU采用nRF52840，帶DCDC，休眠1.5μA；RS485收發(fā)器選低功耗型號，休眠使能。2)采集策略：傳感器供電用MOSFET截?cái)?，采樣?00ms上電，采樣完畢立即斷電；ADC采樣時(shí)間<10ms。3)協(xié)議層：采用LoRaWANClassA，ADR開啟，發(fā)送功率根據(jù)RSSI自動降檔；Payload16bytes采用CBOR壓縮至12bytes；幀頭加1byte電池電壓。4)網(wǎng)絡(luò)層：OTAA入網(wǎng)后保存DevNonce，防止頻繁Join；AppNonce沖突概率<0.1%；重傳次數(shù)≤2。5)電源預(yù)算：CR2477容量1000mAh，年自放電1%；年有效容量970mAh；單次耗電：發(fā)射50mA×120ms+休眠1.5μA×(6h–120ms)=6mC；日耗電4×6=24mC；年耗電8.76C≈2.4mAh；理論壽命970/2.4≈404年，考慮濕度劣化，>10年裕量。6)結(jié)構(gòu)：IP68鋁殼，傳感器探針鍍金，防止電解；電池與PCB灌封三防漆。32.描述基于TOF的激光測距傳感器在室外強(qiáng)光下的誤差來源，并給出硬件與算法級補(bǔ)償方案。答案與解析：誤差來源：1)陽光直流分量使APD工作點(diǎn)漂移，引入距離偏移；2)陽光交流分量與調(diào)制光同頻，導(dǎo)致相關(guān)峰展寬；3)溫度升高使激光二極管波長漂移，影響APD響應(yīng)度；4)大氣折射率隨溫濕度變化，光速改變。硬件補(bǔ)償：a)選用905nm窄帶濾光片，半寬10nm，抑制95%日光；b)APD采用自動增益控制+溫度補(bǔ)償偏置電路，維持增益M=100±2%；c)激光調(diào)制頻率從10MHz切換至40MHz，提高周期分辨率；d)收發(fā)鏡頭加遮光罩，太陽角>60°時(shí)機(jī)械遮擋。算法補(bǔ)償：1)采集陽光強(qiáng)度，建立DCOffset查找表，實(shí)時(shí)扣除；2)采用FFTPhase法，提取相關(guān)相位主瓣，抑制ACNoise；3)雙波長差分：增加1550nm通道，利用色散模型修正n；4)機(jī)器學(xué)習(xí)：輸入溫度、濕度、光強(qiáng)，輸出距離修正系數(shù)，RMS誤差由±5cm降至±1cm。33.某工業(yè)設(shè)備需用三軸MEMS加速度計(jì)做軸承故障診斷，采樣率25.6kHz，要求譜線分辨率1Hz，請給出完整的信號鏈設(shè)計(jì)，并說明如何在邊緣端實(shí)現(xiàn)包絡(luò)分析。答案與解析：信號鏈：1)傳感器：ADXL357，噪聲密度25μg/√Hz，量程±40g，內(nèi)置24bitADC，滿足>80dB動態(tài)；2)抗混疊：二階無源RC，fc=12.8kHz，衰減>40dB@fs/2；3)MCU：STM32H743，DMA雙緩沖，SPI時(shí)鐘32MHz，可持續(xù)讀?。?)存儲：SDRAM8Mbytes，緩存10s數(shù)據(jù)；5)通信：以太網(wǎng)100Mbps，上傳原始波形與特征值。邊緣包絡(luò)分析：a)數(shù)字下混頻：將2~5kHz頻段搬移至基帶；b)Hilbert變換求解析信號，取模得包絡(luò)；c)降采樣至1.6kHz，F(xiàn)FT長度1600，分辨率1Hz；d)提取BPFO、BPFI特征頻率，幅值>6dB判定故障；e)TensorFlowLite模型輸入包絡(luò)譜，輸出故障概率，耗時(shí)<200ms，CPU占用<15%。六、計(jì)算與綜合設(shè)計(jì)題（共31分）34.（計(jì)算11分）某電化學(xué)甲醛傳感器輸出電流0.1~2.5μA對應(yīng)0~5ppm，跨阻放大器反饋電阻R=220kΩ，運(yùn)放輸入偏置電流50pA，溫漂±2ppm/℃。(1)計(jì)算0.3ppm時(shí)的輸出電壓；(2)若溫升30℃，求偏置電流引入的誤差相當(dāng)于多少ppm；(3)欲使誤差<0.01ppm，反饋電阻應(yīng)選用何類型？答案：(1)I=0.1+(2.5–0.1)×0.3/5=0.844μA；U=IR=0.844×220=185.7mV。(2)ΔIb=50pA×30×2ppm/℃=3fA，可忽略；但題目指“偏置電流溫漂”誤解，應(yīng)重新計(jì)算：實(shí)際誤差電壓=Ib×R=50pA×220kΩ=11μV；對應(yīng)電流11μV/220kΩ=50pA；占滿量程2.5μA的0.002%，換算0.002%×5ppm=0.0001ppm。(3)需選用自穩(wěn)零運(yùn)放+溫漂<10ppm/℃的精密電阻，如VishayZFoil。35.（綜合設(shè)計(jì)20分）設(shè)計(jì)一款用于城市井蓋異動監(jiān)測的NBIoT傳感器，要求：a)待機(jī)電流<8μA；b)識別井蓋傾斜>5°或振動>0.5g即上報(bào)；c)電池CR123A1400mAh，壽命≥3年；d)整機(jī)