2019年下半年软件水平考试（中级）嵌入式系统设计师下午（应用技术）真题试卷
试题一
阅读下列说明和图，回答问题，将解答填入答题纸的对应栏内。
【说明】
服务型智能扫地机器人因其低廉的价格和高效的工作能力，越来越受到消费者的认可，目前已逐渐进入家庭生活代替人们的清洁工作，具有广阔的市场。
服务型智能扫地机器人需要具有自主运动规划和导航功能，在其工作过程中，需要通过对环境信息的融合感知进行行为决策。扫地机器人一般具备的主要功能包括：
(1)紧急状态感知：包括碰撞检测、跌落检测和离地检测等功能，防止与障碍物碰撞、前方台阶跌落危险以及扫地机器人离地等，实现扫地机器人运动中的自我保护。
(2)姿态感知：包括运动里程计数和航向测量等功能，需要获取扫地机器人的运动速度、行走距离、航向角度等信息。
(3)视觉感知：包括单目视觉避障系统和单目视觉定位系统等，需要通过视觉信息探测障碍物，视觉信息来自两个单目摄像头系统。在某些设计中，也可结合红外测距传感器进行障碍物探测。
(4)自动充电：在工作过程中，需要实时监控扫地机器人的电量，且在电量少于一定阈值时自动返回电源处进行充电。
(5)扫地及吸尘单元：使用电机控制刷子实现清扫，使用抽灰电机实现吸尘。
(6)运动执行：对机器人的运动进行控制。
(7)监控系统：通过无线网络传递扫地机器人的状态数据及视频图像等信息到远程客户端，客户端参与到扫地机器人的运动监视及控制中，实现信息交互，监控扫地机器人的实时状态。客户端包括PC客户端和手机客户端两种。
(8)信息处理中心：用于接收各种传感器信息和视觉信息，通过分析处理进行扫地机器人的运动控制，且负责和后台监控中心通信。
服务型智能扫地机器人选用ARM+STM32双核架构模式，分别处理数据量较大的图像信息和短促型的非图像信息。STM32选用STM32F103VET6芯片，用于实现非图像以外的众多传感器的驱动以及数据采集，并控制车轮电机的运动；ARM选用S5PV210处理器实现摄像头图片的采集、在监控系统中接入无线网络、对STM32串口传过来的传感器数据以及图像定位和避障信息做综合处理，生成运动决策，发送给STM32，执行扫地机的前进、后退、转弯等。
1.图1．1是本题的服务型智能扫地机器人典型的功能结构图，请根据说明的描述，填写(1)～(5)空白处，完成该功能结构图。请将(1)～(5)的内容填在答题纸上相应的位置中。
(1)紧急状态感知
(2)跌落检测
(3)航向测量
(4)单目视觉避障系统
(5)扫地及吸尘单元
解析：根据题干说明，服务型智能扫地机器人需要具有自主运动规划和导航功能，在其工作过程中，需要通过对环境信息的融合感知进行行为决策。扫地机器人一般具备的主要功能包括：紧急状态感知、姿态感知、视觉感知、自动充电、扫地及吸尘单元、运动执行、监控系统、信息处理中心等。
紧急状态感知包括碰撞检测、跌落检测和离地检测等功能。所以空(1)为紧急状态感知，空(2)为跌落检测。
状态感知包括运动里程计数和航向测量等功能。所以，空(3)为航向测量。
视觉感知包括单目视觉避障系统和单目视觉定位系统等。所以，空(4)为单目视觉避障系统。
根据题意，扫地及吸尘单元使用电机控制刷子实现清扫，使用抽灰电机实现吸尘。其他功能都在扫地机器人的功能结构中。所以，空(5)为扫地及吸尘单元。
2.为了实现服务型智能扫地机器人的功能，就需要多种传感器来感知工作环境信息。王工在对传感器进行选型时，选择了如下类型的传感器：
1．USB摄像头；2．开关式传感器；
3．槽型光耦模块：4．数字式防跌落传感器；
5．红外测距传感器；6．GGPM01A单轴角度陀螺仪(传感器)；
7．霍尔码盘传感器。
请根据传感器的功能完成表1．1，请将(1)～(6)的内容填在答题纸上相应的位置中。
(1)红外测距传感器
(2)数字式防跌落传感器
(3)开关式传感器
(4)槽型光耦模块
(5)GGPM0lA单轴角度陀螺仪
(6)霍尔码盘传感器
或给出编号：
(1)5(2)4(3)2(4)3(5)6(6)7
解析：各传感器的功能如下：
①LJSB摄像头：用于采集环境的图像信息，该扫地机器人选用JD一2020摄像头，输出格式为YUYV和MJPG，每秒30帧。
②开关式传感器：用于车身离地检测，当车轮离地时，开关闭合，输出高电平，未碰撞断开时输出低电平。
③槽型光耦模块：用于碰撞检测，当触碰发生时，与防撞栏联动的挡板会遮挡红外光束，接收端直接收到少量的红外光束，输出高电平，反之输出低电平。
④数字式防跌落传感器：用于平台防跌落，该传感器红外发射头发出红外光线，经过地面反射进入到接收端，当反射光束地面位置距离较远(台阶)或者光路被挡住，接收端接收不到足够的光束，就输出高电平，反之输出低电平。
⑤红外测距传感器：为了感知周围障碍物的信息，保证安全距离，防止移动机器人撞击损坏，就需要在机器人两侧安装红外测距传感器检测障碍物，左右两侧红外测距结合单目摄像头实现避障。
⑥GGPM01A单轴角度陀螺仪(传感器)：用于检测航向角度，GGPM0lA数字陀螺仪导航模块，通过内置的处理器结合高性能滤波算法输出精确的角速度及偏航角度。
⑦霍尔码盘传感器：用于测速和计里程，霍尔码盘安装在紧邻电机的位置，电机由PWM信号驱动，流过电机的电流信号为脉动电流信号，在电机转动时，对紧邻的外部电路会产生干扰噪声且噪声频率与PWM频率一致。
3.由于该服务型智能扫地机器人的硬件采用双处理器架构，即ARM+STM32双核架构模式，选用串口方式在处理器之间传递数据，如图1—2所示。
假设在本串行传输中的数据格式为：8位数据位、l位起始位、1位停止位，无校验位。
(1)当波特率为9600b／s时，每秒钟传送的有效数据是多少字节?
(2)为保证数据收发正确(每个字节数据传输中的累计误差不大于1／4 bit)，试分析发送方和接收方时钟允许的误差范围，并以百分比形式给出最大误差。
请将答案填写在答题纸的对应栏中。
(1)960字节。
(2)数据位8位、起始位1位、停止位1位，无校验位，累积的最大误差为(8+1+1)△，该值应小于1／4位，即(8+1+1)△≤1／4，所以最大误差为2．5％。
解析：每秒钟传送的有效数据：9600／(1+8+1)=960字节。
分析发送方和接收方时钟允许的最大误差：
在启动位同步后，数据位8位、起始位1位、停止位1位，无校验位，累积的最大误差为(8+1+1)△，该值应小于1／4位，即(8+l+1)△≤1／4，所以最大误差为2．5％。
试题二
阅读下列说明和图，回答问题，将解答填入答题纸的对应栏内。
【说明】
在服务型智能扫地机器人的系统设计中，李工设计的扫地机器人硬件系统接口如图2—1所示，其中STM32单片机负责进行各个传感器的数据采集，包括利用GPIO进行各种传感器数据的获取、利用ADC进行红外测距仪数据的获取、利用IIC进行陀螺仪(角度)传感器数据的获取，通过串口将数据发送给主处理器S5PV210，并利用脉冲计数进行扫地机器人运动速度、距离等信息的获取。主处理器S5PV210通过USB接口采集
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