2025年物联网控制测试题及答案

2025年物联网控制测试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.以下哪种传感器属于主动式传感器？A.红外温度传感器（被动接收热辐射）B.激光测距传感器（发射激光并接收反射）C.光敏电阻（感知环境光强）D.加速度计（测量加速度变化）2.物联网控制中，ZigBee协议与LoRa协议的主要区别在于？A.ZigBee支持星型网络，LoRa仅支持MeshB.ZigBee工作在2.4GHz，LoRa工作在Sub1GHzC.ZigBee传输速率低于LoRaD.ZigBee适用于长距离低功耗场景，LoRa适用于短距离高带宽场景3.某温湿度传感器的量程为40℃~85℃，分辨率为0.1℃，则其量化间隔为？A.0.05℃B.0.1℃C.0.2℃D.1℃4.在工业物联网控制中，若需要实时响应（时延<10ms），最适合的通信协议是？A.MQTT（异步消息，时延较高）B.OPCUA（工业标准，支持实时性）C.CoAP（轻量级，时延中等）D.Bluetooth（短距离，时延约10~100ms）5.PID控制中，积分环节的主要作用是？A.减小稳态误差B.加快响应速度C.抑制超调D.提高系统稳定性6.以下哪项不属于物联网感知层的关键技术？A.传感器节点低功耗设计B.边缘计算数据预处理C.无线传感器网络（WSN）组网D.5G切片技术（网络层）7.某物联网系统采用卡尔曼滤波处理传感器数据，已知预测误差协方差矩阵为P⁻=10，测量误差协方差R=5，则卡尔曼增益K为？A.10/(10+5)=2/3B.5/(10+5)=1/3C.10×5/(10+5)=10/3D.(10+5)/(10×5)=3/108.物联网控制中，“端边云”协同架构的“边”通常指？A.传感器节点B.网关或边缘服务器C.云数据中心D.用户终端9.以下哪种攻击方式属于物联网控制中的“重放攻击”？A.攻击者伪造传感器数据发送给控制器B.攻击者截获并重复发送合法的控制指令C.攻击者通过DDoS使网络瘫痪D.攻击者窃取设备认证密钥10.工业物联网中，时间敏感网络（TSN）的核心目标是？A.提高网络带宽B.保证确定性时延C.降低设备成本D.增强网络安全性二、多项选择题（每题3分，共15分，少选得1分，错选不得分）1.物联网控制的三层架构包括？A.感知层B.网络层C.应用层D.控制层2.无线传感器网络（WSN）的特点包括？A.节点能量受限B.网络拓扑动态变化C.数据传输量小但实时性要求高D.支持全球覆盖（需基站）3.MQTT协议的特性有？A.基于发布/订阅模式B.支持QoS0/1/2等级C.采用HTTP作为传输层D.适合低带宽、高延迟场景4.物联网控制中，数据预处理的常见方法包括？A.卡尔曼滤波去噪B.数据归一化（标准化）C.边缘计算聚合D.区块链存证5.工业物联网控制器的典型要求包括？A.高实时性（μs级响应）B.强抗干扰能力（电磁兼容）C.支持多协议接口（如Modbus、CAN）D.无需安全认证（开放访问）三、填空题（每空1分，共15分）1.传感器的基本组成包括敏感元件、__________和信号调理电路。2.物联网通信中，LoRaWAN协议的物理层采用__________调制技术。3.TCP/IP模型分为__________层，其中物联网终端常使用的CoAP协议位于__________层。4.PID控制器的三个参数分别是比例系数Kp、积分时间Ti和__________。5.物联网边缘计算的核心优势是__________和降低网络带宽需求。6.工业物联网中，OPCUA协议支持__________（同步/异步）通信，可传输结构化数据。7.无线传感器网络（WSN）的路由协议设计需重点考虑__________和网络生存周期。8.物联网安全中，设备身份认证常用的方法有__________（如预共享密钥）和公钥密码体制。9.卡尔曼滤波的核心步骤包括__________和测量更新。10.5G的__________特性（如uRLLC）可满足工业物联网低时延高可靠需求。四、简答题（共30分）1.（封闭型，6分）简述M2M（机器到机器）通信与传统人机通信的主要区别。2.（封闭型，6分）说明CoAP协议与HTTP协议的设计差异及适用场景。3.（开放型，8分）设计一个智能家居温湿度控制系统的架构，需包含感知层、网络层、控制层和应用层的关键组件，并简述各层功能。4.（开放型，10分）分析工业物联网中“时延敏感型控制场景”（如机械臂协同控制）的挑战，并提出3种优化策略。五、应用题（共20分）1.（计算类，5分）某压力传感器输出电压范围为0~5V，对应压力0~100kPa。若采样得到电压值为3.2V，计算实际压力值（保留1位小数）。2.（分析类，7分）某物联网温控系统采用PID控制，当前阶跃响应曲线显示：超调量过大（>30%），稳态误差为5℃。分析可能的PID参数问题，并提出调整建议。3.（综合类，8分）设计一个基于ZigBee的农业大棚环境监测系统，需考虑以下需求：监测参数：温度、湿度、光照强度（3类传感器）节点数量：50个（分布在10个大棚，每棚5个节点）通信需求：数据每30分钟上传一次，支持远程阈值报警（如温度>35℃触发）要求：（1）画出网络拓扑图（文字描述即可）；（2）说明ZigBee网络的设备类型（协调器、路由、终端节点）分配；（3）简述数据上传与报警的流程。答案及解析一、单项选择题1.B（主动式传感器需主动发射信号，如激光测距）2.B（ZigBee默认2.4GHz，LoRa使用Sub1GHz）3.B（分辨率即量化间隔，0.1℃）4.B（OPCUA支持实时工业控制，时延<10ms）5.A（积分环节消除稳态误差）6.D（5G切片属于网络层技术）7.A（卡尔曼增益K=P⁻/(P⁻+R)=10/(10+5)=2/3）8.B（边缘层指网关或边缘服务器，靠近终端处理数据）9.B（重放攻击是重复发送截获的合法指令）10.B（TSN核心是保证确定性时延）二、多项选择题1.ABC（物联网标准三层架构：感知、网络、应用）2.ABC（WSN节点能量有限，拓扑动态，数据量小；全球覆盖需卫星，非WSN特点）3.ABD（MQTT基于TCP，非HTTP）4.ABC（数据预处理包括去噪、归一化、边缘聚合；区块链属存证，非预处理）5.ABC（工业控制器需高实时、抗干扰、多协议接口；安全认证是必需）三、填空题1.转换元件2.扩频（或CSS，chirpspreadspectrum）3.四；应用4.微分时间Td5.降低云端计算压力（或本地实时处理）6.异步7.能量效率（或节能）8.对称密码体制9.时间更新（或预测）10.超可靠低时延通信四、简答题1.答案要点：通信主体：M2M是机器间自动交互，传统是人机交互；实时性：M2M需更高实时性（如工业控制）；数据量：M2M数据多为结构化小数据，传统含大量非结构化数据（如语音）；自主性：M2M无需人工干预，传统需人工决策。2.答案要点：设计差异：CoAP基于UDP（轻量级），HTTP基于TCP；CoAP支持资源发现（.wellknown/core），HTTP依赖URL；CoAP采用请求/响应+观察模式（支持订阅），HTTP以请求/响应为主。适用场景：CoAP适合低功耗、资源受限的物联网终端（如传感器）；HTTP适合资源充足的Web应用（如手机APP）。3.答案示例（需包含关键组件）：感知层：温湿度传感器（如DHT11）、无线模块（如ZigBee）；网络层：家庭网关（ZigBee转WiFi/以太网）、无线路由器；控制层：边缘控制器（如树莓派），运行PID控制算法；应用层：手机APP（显示数据、设置阈值）、云平台（存储历史数据）。功能简述：感知层采集数据→网络层传输至控制层→控制层根据阈值/算法调节空调/加湿器→应用层提供交互与数据管理。4.答案要点：挑战：网络时延波动（如无线干扰）、控制器计算延迟、多设备同步需求高。优化策略：（1）采用TSN（时间敏感网络）协议，划分专用时间切片保证确定性时延；（2）边缘计算本地化处理数据，减少云端往返延迟；（3）使用硬件加速（如FPGA）实现控制算法，降低计算时延；（4）部署冗余通信链路（如双5G模组），避免单链路故障。五、应用题1.计算过程：压力值=（电压值/5V）×100kPa=（3.2/5）×100=64.0kPa。2.分析与建议：超调量过大：可能比例系数Kp过大（系统响应过冲），或微分系数Kd过小（抑制变化能力弱）；稳态误差大：积分系数Ki过小（积分作用不足，无法消除静差）。调整建议：减小Kp，增大Kd抑制超调；增大Ki（或减小积分时间Ti）以消除稳态误差（注：需结合实际系统测试，避免积分饱和）。3.设计方案：（1）网络拓扑：采用星型+Mesh混合拓扑。1个协调器（大棚管理室），每棚1个路由节点（覆盖5个终端节点），共