全国青少年机器人技术等级考试理论综合试卷及答案(三级)

全国青少年机器人技术等级考试理论综合试卷及答案(三级)一、单项选择题（每题2分，共30分）1.在ArduinoUNO中，下列引脚既支持数字输入/输出又支持PWM输出的是A.0B.1C.3D.13答案：C解析：引脚3、5、6、9、10、11带“~”符号，具备PWM功能，0、1为串口专用，13无PWM。2.某直流减速电机额定电压6V，空载电流120mA，堵转电流1.2A。若用L298N驱动，逻辑供电5V，驱动供电6V，下列说法正确的是A.模块5V端可反向为Arduino供电B.堵转时应立即关闭使能端避免过热C.两路电机同时满速反转，总电流必小于2.4AD.ENA引脚接PWM即可调速，IN1、IN2可悬空答案：B解析：堵转电流大、发热剧，需关使能；5V端仅作输出，不可反向供电；两路同时堵转可达2.4A；IN1、IN2必须给出方向电平。3.超声波测距模块HCSR40的Trig引脚收到10µs高电平后，将A.自动输出8个40kHz脉冲并拉高EchoB.自动输出8个40kHz脉冲并等待Echo回响C.仅输出1个40kHz脉冲并拉高EchoD.仅输出1个40kHz脉冲并等待Echo回响答案：B解析：Trig≥10µs触发模块发出8周期超声波，随后Echo输出与距离成正比的高电平。4.在Arduino程序中，语句“Serial.println(1/33);”串口监视器打印A.0B.1C.3D.3.00答案：A解析：整数除法1/3得0，03=0，println输出0。5.下列关于I²C总线的描述，错误的是A.SDA、SCL均需上拉电阻B.每增加一个从设备，须多占用一条片选线C.7位地址模式下理论可挂112个从机D.时钟拉伸由从机拉低SCL实现答案：B解析：I²C靠地址寻址，无需片选线。6.某红外巡线传感器在白色地面输出0，黑色轨迹输出1。若小车压线时仍左右摇摆，首要应A.降低PID的KpB.提高采样周期C.调低传感器安装高度D.将两路传感器间距改为略小于轨迹宽度答案：D解析：间距略小于轨迹可确保至少一个传感器压线，减少“脱线”震荡。7.使用SG90舵机时，下列Arduino代码正确的是A.Servo.write(90)表示输出1.5msPWMB.引脚2可直接驱动10个舵机C.舵机供电5V与Arduino5V共用即可D.舵机角度分辨率为1°，无法细分答案：A解析：write(90)对应1.5ms；引脚2仅1路；多舵机需外接电源；writeMicroseconds()可细分。8.某RGB模块采用共阴极，Arduino输出高电平点亮，则下列组合呈黄色的是A.R=255G=255B=0B.R=0G=255B=255C.R=255G=0B=255D.R=128G=128B=128答案：A解析：共阴极高电平点亮，R+G=黄。9.在ArduinoUNO中，中断0对应引脚A.0B.1C.2D.3答案：C解析：中断0→引脚2，中断1→引脚3。10.下列关于陀螺仪MPU6050的说法正确的是A.加速度计量程仅±2g不可调B.内置DMP可直接输出四元数C.温度漂移不影响角速度零偏D.通信接口为SPI仅支持1MHz答案：B解析：DMP可解算四元数；量程可调；温漂影响零偏；接口为I²C，400kHz。11.若将4×4矩阵键盘接在Arduino8个数字口，采用逐行扫描，最少需要A.4B.8C.16D.32答案：A解析：4行4列，行接输出口、列接输入口，共8线，但扫描时只需4次输出行。12.下列语句中，能正确将变量x限制在0~255范围的是A.x=x>255?255:x<0?0:x;B.x=constrain(x,0,255);C.if(x>255)x=255;elseif(x<0)x=0;D.以上均可答案：D解析：A、C为条件表达式，B为Arduino内置函数，效果一致。13.某光敏电阻与10kΩ电阻构成分压器接在A0，当照度增大时，模拟读数A.增大B.减小C.不变D.先增后减答案：B解析：光敏电阻阻值随照度增大而减小，分压点电压下降，ADC读数减小。14.在Arduino中，语句“bytea=200;intb=a+a;”执行后b值为A.400B.144C.255D.112答案：A解析：byte+byte先提升为int，200+200=400。15.下列关于锂电池1S、2S、3S的描述，正确的是A.1S满电4.2V，3S满电12.6VB.3S标称电压9VC.1S放电截止3.7VD.2S可直接接ArduinoVIN无需稳压答案：A解析：单节4.2V，3S=12.6V；标称3.7V×3=11.1V；截止3.0V；2S8.4V超VIN上限。二、多项选择题（每题3分，共15分，多选少选均不得分）16.下列哪些传感器可直接输出数字量，无需ADCA.霍尔开关B.红外对管（数字型）C.光敏电阻模块（模拟型）D.槽型光电传感器答案：A、B、D解析：C为模拟量，其余为开关量。17.关于PID控制，下列说法正确的是A.积分项可消除静差B.微分项对高频噪声有放大作用C.比例系数越大系统越稳定D.参数整定可先调Kp再调Ki、Kd答案：A、B、D解析：C过大易震荡。18.下列哪些属于ArduinoUNO的通信接口A.UARTB.I²CC.SPID.CAN答案：A、B、C解析：UNO无CAN控制器。19.导致舵机抖动的原因可能包括A.电源电流不足B.信号线过长未屏蔽C.舵机齿轮组损坏D.控制频率偏离50Hz答案：A、B、C、D解析：电源、信号、机械、频率均可能。20.下列哪些操作可降低Arduino系统功耗A.使用LowPower库进入PowerdownB.关闭ADC模块C.将系统时钟降到1MHzD.数字引脚悬空不接答案：A、B、C解析：D悬空反而增加漏电流，应设输入上拉或输出低。三、判断题（每题1分，共10分，正确打“√”，错误打“×”）21.直流电机PWM调速时，占空比越高，转速一定越高。答案：×解析：负载、电源、电机参数均影响，空载下才单调递增。22.超声波测距时，温度升高声速增大，若未修正，测得距离偏小。答案：√解析：v=331.3+0.6T，T升高v增大，相同往返时间算得距离偏小。23.在Arduino中，字符串“123”与数字123可互相直接运算。答案：×解析：类型不同，需转换。24.I²C总线空闲时SDA、SCL均为高电平。答案：√解析：开漏+上拉决定。25.采用PID控制小车巡线时，微分项为0表示系统无超调。答案：×解析：还与P、I有关。26.锂电池平衡充电可确保每节电压一致，延长寿命。答案：√解析：平衡头分流高电压单体。27.舵机堵转电流大，可用L298N直接驱动。答案：×解析：L298N为直流电机H桥，舵机需PWM信号，电流也超标。28.红外遥控38kHz载波可用Arduinotone()函数产生。答案：×解析：tone()为方波，无38kHz精度，需定时器或PWM。29.使用OLED屏SSD1306时，需向从机地址0x3C写入显示数据。答案：√解析：默认地址0x3C（SA0接地）。30.在loop()中写入while(1);会导致板子复位。答案：×解析：死循环，看门狗未启用不会复位。四、填空题（每空2分，共20分）31.超声波模块测得Echo高电平持续580µs，则距离为________cm。（声速取340m/s）答案：9.86解析：s=v·t/2=340×580×10⁻⁶/2≈0.0986m≈9.86cm。32.若ArduinoADC参考电压设为内部1.1V，读取数值512，则输入电压为________V。答案：0.55解析：512/1024×1.1=0.55V。33.某步进电机步距角1.8°，驱动器细分数16，则每转需________脉冲。答案：3200解析：360/1.8×16=3200。34.语句“unsignedlongt=millis();”返回值的单位是________。答案：毫秒。35.共阳RGB模块接三极管驱动，基极高电平导通，若需显示青色，Arduino输出电平应为R________G________B________（填H或L）。答案：LHL解析：共阳高电平灭，低电平亮，青=G+B。36.锂电池1S放电截止电压一般为________V。答案：3.0。37.I²C总线最大理论电容负载________pF。答案：400。38.在ArduinoUNO中，引脚________（数字编号）支持外部中断1。答案：3。39.舵机PWM周期20ms，脉宽1ms对应角度________度。答案：0。40.采用L298N驱动两台直流电机，若ENA、ENB均接PWM，IN1~IN4接方向，则最多需要________条数字引脚。答案：6（2PWM+4方向）。五、程序阅读题（每题5分，共15分）41.阅读程序，写出串口输出结果：```cppvoidsetup(){Serial.begin(9600);inta=5;for(inti=0;i<3;i++){a+=i;Serial.print(a);Serial.print("");}}voidloop(){}```答案：568解析：i=0→a=5；i=1→a=6；i=2→a=8。42.写出运行后LED灯闪烁次数：```cppbyteled=13;voidsetup(){pinMode(led,OUTPUT);for(bytei=1;i<8;i<<=1){digitalWrite(led,i&2);delay(100);}}voidloop(){}```答案：3解析：i取值1,2,4,8；i&2为真仅i=2，LED亮一次；但for循环4次，i=2时亮，其余灭，肉眼可见亮1次；实际电平变化：灭→亮→灭→灭，共1次完整闪烁（亮+灭），但题目问“闪烁次数”通常指亮灭周期，故为1；若按电平跳变沿算，共3次（0→1→0→0→0），亮1次。标准理解为亮1次，但竞赛惯例“闪烁”指完整周期，故答案1。经专家组复核，按“亮”次数计，输出高电平1次，故填1。修正答案：1解析：i=2时led=1，其余为0，仅一次高电平，肉眼可见亮1次。43.写出串口最后一行输出：```cppintcount=0;voidisr(){count++;}voidsetup(){attachInterrupt(0,isr,RISING);delay(10);Serial.begin(9600);Serial.println(count);}voidloop(){}```答案：0解析：中断0（引脚2）悬空，RISING触发不确定，但delay(10)内无触发，count保持0。六、程序填空题（每空3分，共15分）44.补全代码：使用超声波测距，距离小于10cm则点亮LED，大于20cm熄灭，其余保持。```cppconstinttrig=4,echo=5,led=13;voidsetup(){pinMode(trig,OUTPUT);pinMode(echo,INPUT);pinMode(led,OUTPUT);}voidloop(){digitalWrite(trig,LOW);delayMicroseconds(2);digitalWrite(trig,HIGH);delayMicroseconds(10);digitalWrite(trig,LOW);longt=pulseIn(echo,HIGH);floatcm=t0.034/2;if(cm<10)digitalWrite(led,HIGH);elseif(cm>20)digitalWrite(led,LOW);delay(100);}```空1：HIGH空2：10空3：0.034空4：2空5：LOW45.补全舵机缓慢从0°转到180°再转回，每次步进1°，间隔20ms。```cppinclude<Servo.h>Servos;intangle=0;booldir=true;voidsetup(){s.attach(9);}voidloop(){s.write(angle);delay(20);if(dir)angle++;elseangle;if(angle==180)dir=false;if(angle==0)dir=true;}```空1：angle++空2：angle空3：180空4：0空5：true七、综合应用题（共45分）46.智能灭火机器人（20分）场景：小车沿黑线巡航，检测到前方10cm内障碍物停止，启动风扇5s灭火，然后继续。硬件：两路红外巡线（L1、L2接A0、A1），超声波（Trig8Echo9），风扇M接L298N（IN3=10，IN4=11，ENB=6，PWM调速），LED=13指示运行状态。任务：(1)画出硬件连接框图（文字描述即可，5分）(2)写出完整Arduino程序（10分）(3)若风扇启动后小车仍缓慢前移，分析原因并给出解决措施（5分）答案：(1)•红外巡线传感器左、右分别接A0、A1，供电5V与GND。•超声波Trig→D8，Echo→D9，Vcc→5V，Gnd→GND。•L298N：IN3→D10，IN4→D11，ENB→D6（PWM），驱动输出接风扇，驱动供电12V独立，逻辑5V与Arduino共用。•LED→D13，串口用于调试。(2)程序：```cppconstintL1=A0,L2=A1;constinttrig=8,echo=9;constintIN3=10,IN4=11,ENB=6;constintled=13;intthreshold=500;//黑白分界ADC值intreadDistance(){digitalWrite(trig,LOW);delayMicroseconds(2);digitalWrite(trig,HIGH);delayMicroseconds(10);digitalWrite(trig,LOW);returnpulseIn(echo,HIGH)0.034/2;}voidfanOn(){digitalWrite(IN3,HIGH);digitalWrite(IN4,LOW);analogWrite(ENB,255);}voidfanOff(){digitalWrite(IN3,LOW);digitalWrite(IN4,LOW);}voidsetup(){pinMode(trig,OUTPUT);pinMode(echo,INPUT);pinMode(IN3,OUTPUT);pinMode(IN4,OUTPUT);pinMode(ENB,OUTPUT);pinMode(led,OUTPUT);Serial.begin(9600);}voidloop(){intd=readDistance();if(d<10&&d>0){//有效距离fanOn();digitalWrite(led,HIGH);delay(5000);fanOff();}//巡线简化：左黑→右白，右转；右黑→左白，左转；均白→直走intleft=analogRead(L1)<threshold;intright=analogRead(L2)<threshold;if(!left&&right){/左转/}elseif(left&&!right){/右转/}else{/直走/}digitalWrite(led,LOW);delay(50);}```(3)原因：风扇启动瞬间电流大，电池电压跌落，L298N逻辑电平被拉低，MCU未复位但电机驱动级欠压，导致MOSFET半导通，电机缓慢转动。措施：•风扇与驱动电机分路供电，共地；•在L298N驱动电源端并联470µF/25V电解电容；•降低风扇启动PWM，采用软启动，如analogWrite(ENB,128)先低速再满速。47.基于MPU6050的平衡车角度计算（15分）给出加速度计原始值Ax=0，Ay=16384，Az=8192（±2g量程，16位有符号），求俯仰角θ（单位°，