2025年电子学会青少年机器人技术(三级)等级考试试卷及答案

2025年电子学会青少年机器人技术(三级)等级考试试卷及答案一、单项选择题（共15题，每题2分，共30分）1.光敏电阻的阻值随环境光照强度增强时会：A.显著增大B.显著减小C.基本不变D.先增大后减小2.Arduino开发板中，模拟输入引脚（AnalogInput）的AD转换分辨率通常为：A.8位（0255）B.10位（01023）C.12位（04095）D.16位（065535）3.直流电机要实现正反转控制，通常需要使用的电路元件是：A.单向二极管B.三极管C.H桥驱动模块D.稳压芯片4.以下哪种传感器输出的是数字信号？A.光敏电阻（接模拟口）B.温度传感器DS18B20C.滑动变阻器（接模拟口）D.麦克风模块（接模拟口）5.在Arduino代码中，`digitalWrite(9,HIGH)`的作用是：A.读取9号引脚的高电平信号B.将9号引脚设置为输入模式C.向9号引脚输出高电平D.读取9号引脚的数字信号值6.若要测量05V范围内的模拟电压信号，Arduino的模拟输入引脚应连接：A.数字输入口B.模拟输入口（A0A5）C.PWM输出口（如3、5、6）D.I2C接口（A4、A5）7.步进电机与直流电机的主要区别是：A.步进电机需要更复杂的驱动信号B.步进电机只能单向转动C.直流电机精度更高D.步进电机无需电源8.以下哪种元件常用于稳定电路电压？A.电阻B.电容C.电感D.稳压二极管9.红外避障传感器的工作原理是：A.发射并接收超声波B.发射红外光并检测反射强度C.检测环境温度变化D.测量磁场强度10.在Arduino中，`pinMode(2,INPUT_PULLUP)`的作用是：A.将2号引脚设置为上拉输入模式B.将2号引脚设置为下拉输入模式C.将2号引脚设置为模拟输入模式D.将2号引脚设置为PWM输出模式11.若要控制LED的亮度，最常用的方法是：A.改变电源电压B.使用滑动变阻器串联C.输出PWM信号D.并联多个电阻12.以下哪项不是三极管的主要作用？A.放大电信号B.作为电子开关C.稳定电压D.控制大电流负载13.编码器的主要功能是：A.测量电机转速和位置B.转换数字信号为模拟信号C.增强无线信号D.存储程序数据14.在串联电路中，以下说法正确的是：A.各元件两端电压相等B.总电阻等于各电阻之和C.总电流等于各支路电流之和D.一个元件损坏不影响其他元件15.若要检测机器人是否碰撞到障碍物，最适合的传感器是：A.温度传感器B.声音传感器C.碰撞开关（轻触开关）D.光照传感器二、多项选择题（共5题，每题3分，共15分。每题至少有2个正确选项，错选、漏选均不得分）1.以下属于数字量输入的元件有：A.按钮开关（接数字口）B.红外避障模块（数字输出型）C.光敏电阻（接模拟口）D.蜂鸣器（接数字口）2.Arduino开发板的主要组成部分包括：A.微控制器（如ATmega328P）B.电源管理电路C.无线通信模块（如WiFi）D.USB转串口芯片（如CH340）3.以下哪些方法可以保护电机驱动电路？A.在电机两端并联续流二极管B.使用熔断器（保险丝）C.直接连接高压电源D.增加散热片（针对大功率驱动）4.关于PWM（脉冲宽度调制），以下说法正确的是：A.占空比越大，平均电压越高B.常用于控制电机转速C.只能在数字引脚上输出D.频率固定不可调节5.传感器使用时需要注意的事项包括：A.供电电压范围B.输出信号类型（数字/模拟）C.安装位置和角度D.与微控制器的通信协议（如I2C、SPI）三、填空题（共10题，每题2分，共20分）1.电阻的国际单位是______（符号表示）。2.三极管的三个极分别是发射极、基极和______。3.光敏传感器通常将光照强度转换为______信号输出。4.Arduino中`delay(1000)`的作用是让程序暂停______毫秒。5.步进电机的转动精度由______决定（如1.8°/步）。6.常见的温度传感器DS18B20采用______通信协议（填写总线类型）。7.在电路中，电容的主要作用包括滤波、______和耦合。8.编码器分为绝对式编码器和______编码器两类。9.要实现电机的正反转控制，H桥驱动模块需要至少______个开关元件（如三极管或MOS管）。10.模拟信号与数字信号的本质区别是______（填写“连续性”或“离散性”）。四、简答题（共5题，每题5分，共25分）1.简述光电传感器的工作原理，并举例说明其在机器人中的一种应用场景。2.比较数字信号与模拟信号的特点（至少列出3点区别）。3.说明在Arduino中使用`analogRead()`函数读取模拟信号的步骤（包括硬件连接和代码实现）。4.画出三极管作为电子开关控制LED的简单电路图（需标注电源、三极管类型、LED、电阻的连接关系）。5.分析直流电机无法转动的可能原因（至少列出4种）。五、应用分析题（共2题，第1题8分，第2题12分，共20分）1.设计一个“自动光控小夜灯”电路：要求当环境光照强度低于阈值时，LED自动点亮；光照充足时熄灭。需使用光敏电阻、Arduino开发板、LED、电阻和必要的连接导线。（1）画出硬件连接示意图（标注各元件连接的引脚）；（2）写出关键的Arduino代码逻辑（包括初始化、数据读取、判断条件、输出控制）。2.某机器人使用红外避障传感器（数字输出，障碍物检测时输出LOW）和直流电机（通过L298N驱动），要求实现“遇到障碍物时停止，3秒后后退1秒，再继续前进”的功能。（1）画出传感器与驱动模块的硬件连接图（标注Arduino引脚分配）；（2）编写完整的Arduino控制程序（需包含引脚定义、初始化、主循环逻辑）。答案及解析一、单项选择题1.B（光敏电阻为负阻特性，光照越强阻值越小）2.B（ArduinoUNO的AD转换为10位，范围01023）3.C（H桥可通过改变电流方向实现正反转）4.B（DS18B20为数字传感器，输出单总线数字信号）5.C（`digitalWrite()`用于设置数字引脚输出高/低电平）6.B（模拟输入口用于读取05V模拟电压）7.A（步进电机需脉冲信号控制步数，驱动更复杂）8.D（稳压二极管用于稳定电压，如5V稳压）9.B（红外避障通过发射反射红外光检测障碍物）10.A（`INPUT_PULLUP`设置上拉输入，按钮未按下时引脚为HIGH）11.C（PWM通过占空比调节平均电压，控制LED亮度）12.C（稳定电压是稳压二极管或稳压芯片的功能）13.A（编码器用于测量电机转速和位置反馈）14.B（串联电路总电阻=各电阻之和，电流处处相等）15.C（碰撞开关直接检测物理接触，适合碰撞检测）二、多项选择题1.AB（按钮和数字输出型红外模块输出数字信号）2.ABD（Arduino核心包括微控制器、电源管理、USB转串口，无线模块非标配）3.ABD（续流二极管吸收反电动势，熔断器过流保护，散热片降低温度）4.ABC（PWM占空比决定平均电压，用于电机调速，仅数字引脚支持）5.ABCD（传感器需匹配电压、信号类型、安装位置及通信协议）三、填空题1.Ω（欧姆）2.集电极3.电（或“电阻/电压”）4.10005.步距角6.单总线（1Wire）7.储能（或“隔直”）8.增量式9.4（H桥由4个开关元件组成）10.连续性（模拟信号连续，数字信号离散）四、简答题1.答案：光电传感器由发光元件（如红外LED）和接收元件（如光敏二极管）组成。工作时，发光元件发射光信号，接收元件检测反射或透射的光强变化，转换为电信号（如电压变化）。应用场景：机器人自动循迹（检测地面黑白线反射光差异）。2.答案：①模拟信号在时间和数值上连续（如温度变化），数字信号离散（只有0/1）；②模拟信号易受干扰，数字信号抗干扰性强；③模拟信号处理需模拟电路，数字信号可通过微控制器直接处理。3.答案：步骤：①硬件连接：将传感器输出端接Arduino模拟输入引脚（如A0），传感器电源和地正确连接；②代码实现：使用`analogRead(A0)`读取A0引脚的模拟值（01023），存储到变量中，后续可转换为实际物理量（如电压=数值×5/1023）。4.答案：电路图要点：电源（如5V）→电阻（限流）→三极管基极→Arduino数字引脚（如D2）；三极管发射极接地，集电极→LED→电源正极（或LED→集电极→地，需根据三极管类型调整）。注：NPN型三极管示例：D2通过电阻接基极，发射极接地，集电极接LED阳极，LED阴极接5V。5.答案：可能原因：①电源故障（电压不足或无供电）；②电机驱动模块损坏（如H桥击穿）；③控制信号错误（如Arduino未输出正确的高低电平）；④电机本身损坏（线圈短路或断路）；⑤机械卡阻（齿轮或转轴被卡住）。五、应用分析题1.答案：（1）硬件连接：光敏电阻一端接5V，另一端接ArduinoA0引脚和一个10kΩ下拉电阻（电阻另一端接地）；LED阳极通过220Ω电阻接D9引脚，阴极接地。（2）关键代码逻辑：```cppintlightSensor=A0;//光敏电阻接A0intledPin=9;//LED接D9intthreshold=500;//光照阈值（可调整）voidsetup(){pinMode(ledPin,OUTPUT);}voidloop(){intlightValue=analogRead(lightSensor);//读取光照值if(lightValue<threshold){//光照不足（光敏电阻阻值大，A0电压低，数值小）digitalWrite(ledPin,HIGH);//点亮LED}else{digitalWrite(ledPin,LOW);//熄灭LED}delay(100);//延时稳定}```2.答案：（1）硬件连接：红外避障传感器VCC接5V，GND接地，OUT接D2（数字输入）；L298N驱动模块ENA接D5（PWM调速），IN1接D3，IN2接D4（控制电机A正反转），电机A接OUT1和OUT2；L298N电源接12V电机电源，GND与Arduino共地。（2）完整代码：```cppintirSensor=2;//红外避障接D2intenA=5;//L298NENA接D5intin1=3;//IN1接D3intin2=4;//IN2接D4voidsetup(){pinMode(irSensor,INPUT);pinMode(enA,OUTPUT);pinMode(in1,OUTPUT);pinMode(in2,OUTPUT);digitalWrite(enA,HIGH);//启用电机驱动}voidforward(){digitalWrite(in1,HIGH);digitalWrite(in2,LOW);}voidbackward(){digitalWrite(in1,LOW);digitalWrite(in2,HIGH);}voidstop(){digitalWrite(in1,LOW);digitalWrite(in2,LO