内蒙古丰州职业学院《测控系统设计综合实践》2024-2025学年第二学期期末试卷（B卷）

内蒙古丰州职业学院《测控系统设计综合实践》2024-2025学年第二学期期末试卷（B卷）适用专业：机电一体化、电气自动化、智能测控、工业机器人相关专业考试时长：120分钟考核方式：闭卷总分：100分注意事项：1.考生必须将答案写在答题纸上，写在试卷上无效；2.答题字迹工整、卷面整洁，术语规范、步骤完整；3.严禁作弊，违者成绩作废。一、填空题（每空2分，共20分）1.典型机电测控系统由________、信号调理电路、________、执行机构和上位监控单元五部分组成。2.传感器的基本静态特性指标主要包括线性度、________和重复性。3.信号调理电路的核心作用是对传感器输出信号进行放大、滤波、________，适配单片机采集要求。4.ADC的主要技术参数有分辨率、________和转换速率。5.单片机测控系统中，常用的滤波方式分为硬件滤波和________滤波。6.温度测控系统中，常用的模拟式温度传感器有________、热电偶。7.闭环测控系统相比于开环系统，最大优势是能够________误差，控制精度更高。8.测控系统调试分为硬件调试、________和系统联调三个阶段。9.PWM信号在测控系统中常用于________调节与电机调速控制。10.测控系统设计的基本原则是可靠性、________、经济性与实用性。二、单项选择题（每题3分，共30分）1.下列不属于测控系统输入单元的器件是（）A.温度传感器B.压力传感器C.继电器D.光电传感器2.用于滤除高频干扰噪声、净化模拟信号的电路是（）A.放大电路B.滤波电路C.整形电路D.稳压电路3.ADC转换器的分辨率越高，则（）A.采样精度越高B.转换速度越快C.功耗越大D.抗干扰能力越强4.下列属于闭环控制系统的是（）A.普通定时风扇B.恒温温控系统C.普通路灯控制D.流水彩灯控制5.热电偶测温的核心原理是（）A.热阻效应B.热电效应C.光电效应D.压电效应6.单片机采集模拟信号必须配备的模块是（）A.DACB.ADCC.定时器D.串口7.测控系统硬件调试的首要步骤是（）A.程序下载B.通电检查C.传感器标定D.系统联调8.用于实现数字量控制模拟输出的器件是（）A.ADCB.DACC.比较器D.滤波器9.下列哪种干扰是工业测控系统最常见的干扰（）A.电磁干扰B.温度干扰C.光照干扰D.气压干扰10.提高测控系统稳定性最有效的措施是（）A.提高供电电压B.软硬件结合抗干扰设计C.增大传感器体积D.提高程序运行速度三、判断题（每题2分，共20分，对的打√，错的打×）1.开环测控系统无反馈环节，无法自动修正控制误差。（）2.传感器输出的微弱信号可直接送入单片机AD端口采集。（）3.硬件滤波抗干扰效果优于单纯软件滤波，适合高频干扰抑制。（）4.DAC的作用是将数字信号转换为模拟信号。（）5.闭环控制系统结构简单、成本更低，多用于高精度测控场景。（）6.测控系统设计应优先保证实用性，再考虑可靠性。（）7.软件滤波可以有效消除随机采样误差，提升数据稳定性。（）8.所有传感器输出信号均为模拟电压信号。（）9.系统联调需要软硬件配合调试，验证整体控制功能。（）10.PWM调速是通过改变脉冲占空比调节平均电压实现调速。（）四、简答题（每题5分，共15分）1.简述完整机电测控系统的组成及各单元基本功能。2.简述测控系统软硬件抗干扰的常用措施。3.简述开环控制系统与闭环控制系统的区别及适用场景。五、综合设计分析题（15分）请设计一套室内温度自动测控系统，实现温度实时采集、数据处理、超温报警、恒温控制功能。要求：（1）画出系统整体结构框图；（2）简述核心器件选型依据；（3）说明系统工作流程与调试要点。参考答案及评分细则一、填空题（每空2分，共20分）1.传感器、控制器（单片机）2.灵敏度3.滤波整形4.转换精度5.软件6.热敏电阻7.自动修正（补偿）8.软件调试9.电压（功率）10.稳定性（精准性）二、单项选择题（每题3分，共30分）1.C2.B3.A4.B5.B6.B7.B8.B9.A10.B三、判断题（每题2分，共20分）1.√2.×3.√4.√5.×6.×7.√8.×9.√10.√四、简答题（每题5分，共15分）1.答案：（1）传感器单元：采集温度、压力等现场物理量，转换为电信号（1分）；（2）信号调理单元：对微弱信号放大、滤波、整形，去除干扰、适配采集模块（1分）；（3）控制器单元：核心运算单元，完成数据采集、运算、控制逻辑处理（1分）；（4）执行机构：接收控制信号，完成加热、调速、开关等执行动作（1分）；（5）监控显示单元：实时显示数据、实现人机交互与状态监控（1分）。2.答案：硬件抗干扰：电源滤波、接地处理、屏蔽布线、光电隔离、增加稳压电路，抑制电磁与电源干扰（2.5分）；软件抗干扰：采用多次采样取平均值、数字滤波、软件防抖、指令冗余、陷阱技术，消除随机数据误差与程序干扰（2.5分）。3.答案：区别：开环系统无反馈回路，结构简单、成本低，无法自动修正误差，控制精度低；闭环系统具备反馈检测环节，可实时对比设定值与实际值，自动修正偏差，精度高、稳定性好（3分）。适用场景：开环适用于精度要求低、干扰小的简单控制场景；闭环适用于恒温、调速、精密测控等高精度、高稳定性控制场景（2分）。五、综合设计分析题（15分）参考答案：1.系统结构框图（5分）温度传感器→信号调理电路→ADC模块→单片机控制器→执行模块（加热器/风扇）+报警模块+显示模块2.核心器件选型依据（5分）温度传感器选用热敏电阻/DS18B20，精度适中、接线简单、适配室内测温场景；控制器选用51/STM32单片机，性价比高、编程简单、满足基础测控逻辑；搭配LCD显示模块、蜂鸣器报警模块、继电器执行模块，适配恒温控制需求，成本低、实用性强。3.工作流程与调试要点（5分）工作流程：传感器实时采集室内温度→信号调理转换后送入单片机→程序对比实测温度与设定阈值→温度偏低启动加热、温度偏高启动散热