本實(shí)用新型涉及一種隨機(jī)數(shù)可視化裝置，屬于隨機(jī)數(shù)可視化領(lǐng)域、機(jī)電控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在統(tǒng)計學(xué)、密碼學(xué)等不同技術(shù)中需要使用隨機(jī)數(shù)，隨機(jī)數(shù)的可視化廣泛應(yīng)用于工業(yè)、生活等各個領(lǐng)域，例如彩票、保險箱密碼等方面。但現(xiàn)有技術(shù)中，極少涉及隨機(jī)數(shù)的可視化，即未出現(xiàn)將隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生過程通過機(jī)械裝置進(jìn)行直觀展示的技術(shù)。同時，現(xiàn)有技術(shù)也未能將隨機(jī)數(shù)與機(jī)械誤差進(jìn)行結(jié)合，由于機(jī)械誤差本身具有隨機(jī)性，機(jī)械誤差在機(jī)械傳動中造成，而機(jī)械傳動過程是具有直觀性的，用戶可以通過放大的機(jī)械誤差來直觀感受隨機(jī)性。

因此，需要一種新的隨機(jī)數(shù)可視化裝置，來將隨機(jī)數(shù)和機(jī)械誤差進(jìn)行直觀的可視化處理。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器不具有可視化特點(diǎn)，不易直觀理解其隨機(jī)性的問題。

隨機(jī)數(shù)可視化裝置包括算盤、一組立柱、控制主體以及電控裝置，其中，每個立柱的一端與算盤的一端連接，立柱的另一端置于支撐面上，所述立柱用于固定所述算盤的位置；所述控制主體設(shè)置在所述算盤的下方，所述控制主體包括具有條形凹槽的底座，所述凹槽內(nèi)設(shè)置有通過直線電機(jī)驅(qū)動的螺桿，所述螺桿上方固定有舵機(jī)，所述螺桿用于通過旋轉(zhuǎn)帶動所述舵機(jī)沿著螺桿的方向進(jìn)行移動；所述電控裝置用于產(chǎn)生數(shù)列電信號，并將所述數(shù)列電信號發(fā)送至所述直線電機(jī)，以使所述直線電機(jī)控制所述舵機(jī)行進(jìn)與所述數(shù)列電信號相匹配的時長后停止；所述舵機(jī)在與所述算盤的平面垂直的一面設(shè)置有擺臂，所述擺臂用于在根據(jù)所述舵機(jī)的控制進(jìn)行擺動以撥動所述算盤上的算珠，所述算珠的位置用于表示可視化后的隨機(jī)數(shù)的值。

本實(shí)用新型的有益效果為：一、本實(shí)用新型應(yīng)用時間種子原理，產(chǎn)生基本的隨機(jī)數(shù)，用于電信號的產(chǎn)生。二、本實(shí)用新型通過單片機(jī)讀取信號，識別信號，應(yīng)用數(shù)學(xué)的二維映射混沌處理，增加了隨機(jī)性。三、本實(shí)用新型用直線電機(jī)讀取電信號，通過電機(jī)和舵機(jī)、算盤的組合利用，直觀地把隨機(jī)數(shù)表現(xiàn)在算盤上。四、本實(shí)用新型應(yīng)用機(jī)械誤差，使電信號與產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)有一定的不同，是原有隨機(jī)數(shù)發(fā)生器從來沒有的，屬于一種新的突破。五、使電控裝置產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)具象化地表現(xiàn)為算盤上的讀數(shù)，增加了直觀性，更容易進(jìn)行感性認(rèn)識。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的隨機(jī)數(shù)可視化裝置的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本實(shí)用新型的直線電機(jī)與舵機(jī)的結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本實(shí)用新型的隨機(jī)數(shù)可視化裝置撥動一個算珠的示意圖；

圖4為本實(shí)用新型的實(shí)施例的算珠撥動的示意圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式的隨機(jī)數(shù)可視化裝置，如圖1所示，包括算盤1、一組立柱5、控制主體以及電控裝置4，其中，每個立柱5的一端與算盤的一端連接，立柱5的另一端置于支撐面上，立柱5用于固定算盤1的位置；控制主體設(shè)置在算盤1的下方，控制主體包括具有條形凹槽的底座2，凹槽內(nèi)設(shè)置有通過直線電機(jī)驅(qū)動的螺桿6，螺桿6上方固定有舵機(jī)3，螺桿6用于通過旋轉(zhuǎn)帶動舵機(jī)3沿著螺桿6的方向進(jìn)行移動；電控裝置4用于產(chǎn)生數(shù)列電信號，并將數(shù)列電信號發(fā)送至直線電機(jī)，以使直線電機(jī)通過螺桿6控制舵機(jī)3行進(jìn)與數(shù)列電信號相匹配的時長后停止；舵機(jī)3在與算盤1的平面垂直的一面設(shè)置有擺臂31，擺臂31用于在根據(jù)舵機(jī)3的控制進(jìn)行擺動以撥動算盤1上的算珠，算珠的位置用于表示可視化后的隨機(jī)數(shù)的值。

可以理解為，本實(shí)用新型是將初步生成的隨機(jī)數(shù)通過電信號產(chǎn)生，電信號控制直線電機(jī)前進(jìn)，在此過程中會產(chǎn)生機(jī)械誤差，使得直線電機(jī)產(chǎn)生的位移具有相對波動值，并且電機(jī)運(yùn)行預(yù)定的時長后，舵機(jī)的擺臂在波動算盤的算珠時，也有相對波動，使得被撥動的算珠可能為不同的值。電信號傳到機(jī)械上后，機(jī)械啟動加速度過大和機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定、外界誤差影響，會對機(jī)械上的隨機(jī)數(shù)造成不同程度的影響，使結(jié)果隨機(jī)性增強(qiáng)。用上述的方法產(chǎn)生多組隨機(jī)數(shù)體現(xiàn)在算盤上，這樣最終產(chǎn)生的算盤上的讀數(shù)既反映了算法生成的隨機(jī)數(shù)，又考慮到了機(jī)械誤差，使得隨機(jī)數(shù)生成器的隨機(jī)性更強(qiáng)。

圖2是本實(shí)用新型的直線電機(jī)與舵機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。從圖2中可以看出，舵機(jī)的擺臂具有一個尖端，這個尖端隨著擺臂的擺動可以撥動算盤，而通過設(shè)置擺動的角度不同可以使得撥動算珠的個數(shù)產(chǎn)生變化，進(jìn)而增強(qiáng)隨機(jī)性。

具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是：電控裝置包括單片機(jī)以及與所述單片機(jī)連接的DS1302芯片，所述DS1302芯片用于產(chǎn)生表示時間種子的電信號，所述單片機(jī)用于將所述表示時間種子的電信號轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)據(jù)，并使用Hemon映射擴(kuò)大所述十進(jìn)制數(shù)據(jù)的隨機(jī)性，得到數(shù)列電信號。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一或二不同的是：舵機(jī)3的擺臂的尖端沿著所述算盤1各個檔的第二算珠與第三算珠的縫隙所形成的直線運(yùn)動。

第一算珠為算盤的每個檔中表示數(shù)字“1”的算珠,第二算珠為算盤的每個檔中表示數(shù)字“2”的算珠，第三算珠為算盤的每個檔中表示數(shù)字“3”的算珠。例如圖1中左數(shù)第9檔被撥上去的算珠為第一算珠，左數(shù)第14檔被撥上去的算珠為第二算珠。

舵機(jī)的擺臂沿著第二算珠和第三算珠的縫隙所確定的直線運(yùn)動，即擺臂有更大的幾率在某一檔撥出數(shù)字“2”，如果發(fā)生機(jī)械誤差，例如擺臂發(fā)生較大程度的擺動，那么也可能撥出數(shù)字“1”或者數(shù)字“3”。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一或二相同。

具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至三之一不同的是：凹槽在沿螺桿6方向的兩側(cè)設(shè)置有限位裝置，用于在舵機(jī)3與限位裝置接觸時，使舵機(jī)3停止行進(jìn)，并沿與原行進(jìn)方向相反的方向行進(jìn)。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至三之一相同。

具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至四之一不同的是：直線電機(jī)2行進(jìn)停止后，所述電控裝置4產(chǎn)生新的數(shù)列電信號，并使所述直線電機(jī)2繼續(xù)行進(jìn)。

即當(dāng)直線電機(jī)從左到右轉(zhuǎn)到接近算盤尾部時，應(yīng)返回運(yùn)動，數(shù)字依然按照走過的算盤珠子計算

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至四之一相同。

具體實(shí)施方式六：本實(shí)施方式提供一種隨機(jī)數(shù)生成方法，所述方法是基于具體實(shí)施方式二至五中任意一項(xiàng)隨機(jī)數(shù)可視化裝置實(shí)現(xiàn)的。包括如下步驟：

步驟1)DS1302芯片產(chǎn)生用于產(chǎn)生表示時間種子的電信號，并發(fā)送至單片機(jī)；

步驟2)單片機(jī)將表示時間種子的電信號轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)據(jù)，并使用Hemon映射進(jìn)行處理，將得到的數(shù)列電信號發(fā)送至直線電機(jī)；

步驟3)直線電機(jī)行進(jìn)與數(shù)列電信號相匹配的時長，并停止；

步驟4)舵機(jī)的擺臂撥動算盤上的算珠；

步驟5)從直線電機(jī)的當(dāng)前位置開始，重復(fù)步驟1)至步驟4)，直至重復(fù)次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的值；

步驟6)讀取算盤上的讀數(shù)作為隨機(jī)數(shù)。

具體實(shí)施方式七：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式六不同的是：

步驟2)中，使用使用Hemon映射進(jìn)行處理，將得到的數(shù)列電信號具體通過如下公式計算：

y_n+1＝x_n

其中，x_n和x_n+1分別為第n和n+1次產(chǎn)生的數(shù)列電信號所表示的時間數(shù)值，x_n用于表征所述直線電機(jī)將要行進(jìn)的時長；x₁為表示時間種子的電信號所對應(yīng)的時間的小時數(shù)值；a為表示時間種子的電信號所對應(yīng)的時間的分鐘數(shù)值；b為表示時間種子的電信號所對應(yīng)的時間的秒鐘數(shù)值；

當(dāng)x_n小于0時，取x_n的絕對值代替原x_n值；當(dāng)x_n的位數(shù)大于3時，取x_n最后兩位的數(shù)值代替原x_n值。

<實(shí)施例1>

本實(shí)施例中將具體描述隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生過程。

第一步，用萬年歷DS1302或其他電子時鐘，產(chǎn)生電子時鐘信號，通過單片機(jī)收集時鐘信號：時間H，分鐘M，秒鐘S。由于時間種子的隨機(jī)性，基本可以判斷為簡單的隨機(jī)種子。

第二步，由于產(chǎn)生的隨機(jī)信號隨機(jī)性不強(qiáng)，難以直接變成隨機(jī)電信號，傳到機(jī)械裝置上，所以，本實(shí)用新型為增加數(shù)據(jù)的隨機(jī)性，將產(chǎn)生的時間H，分鐘M，秒鐘S進(jìn)行二維Hemon混沌處理。

y_n+1＝x_n

令x₁＝H，a＝M，b＝S，隨之，依次產(chǎn)生x₂、x₃、x₄。

為滿足電信號需要，需要作出以下處理：

1、當(dāng)x_n小于0時，取x_n的絕對值代替原值。

2、由于x_n可能過大，當(dāng)x_n位數(shù)大于3時，只取后兩位。

以上算法，可由簡單的語言編程實(shí)現(xiàn)，通過第二步，最終產(chǎn)生所需要的x₁、x₂、x₃、x₄。

第三步，將產(chǎn)生的數(shù)字x₁、x₂、x₃、x₄，作為延時函數(shù)的代入值，使電機(jī)在不同的時間間隔停止后，舵機(jī)撥動算盤，產(chǎn)生不同的數(shù)字。例如，x₁＝98，x₂＝57，x₃＝45,x₄＝52開始后，電機(jī)轉(zhuǎn)動delay(x₁)＝5.4秒后停止，舵機(jī)撥動算盤的第九檔的珠子，那么記錄個位數(shù)值為9，電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動，由于機(jī)械誤差和信號干擾，電機(jī)可能轉(zhuǎn)動delay(x₂)＝2.6秒后停止，從第二次轉(zhuǎn)動開始計時，舵機(jī)撥動算盤的第五檔的珠子，那么記錄十位數(shù)值為5，電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動，由于機(jī)械誤差和信號干擾，電機(jī)可能轉(zhuǎn)動delay(x₃)＝2.3秒后停止，從第三次轉(zhuǎn)動開始計時，舵機(jī)撥動算盤的第四檔的珠子，那么記錄百位數(shù)值為4，電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動，由于機(jī)械誤差和信號干擾，電機(jī)可能轉(zhuǎn)動delay(x₄)＝2.4秒后停止，從第四次轉(zhuǎn)動開始計時，舵機(jī)撥動算盤的第五個珠子，那么記錄千位數(shù)值為5，產(chǎn)生一個四位數(shù)5459，作為產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)。即舵機(jī)多次進(jìn)行撥動，每一次撥動到的檔位作為個、十、百、千……的值，例如第一次撥到第6個檔位的算珠，那么個位值就為6。需要注意的是，本實(shí)用新型可以不考慮撥動到某一檔位的哪個算珠，而只考慮撥動到第幾個檔位。

經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)這種方法需要注意以下幾點(diǎn)：

(1)延時函數(shù)delay(x_n)需要保證，當(dāng)x_n＝0—99時，必須保證，撥動數(shù)字頻率大概一致，且90左右，要撥動到其第九檔算珠，可以通過單片機(jī)簡單計算出，或通過實(shí)驗(yàn)計算出。

(2)當(dāng)直線電機(jī)從左到右轉(zhuǎn)到接近算盤尾部時，應(yīng)返回運(yùn)動，數(shù)字依然按照走過的算盤珠子計算。

(3)由于當(dāng)直線電機(jī)返回時，會對之前撥動的珠子產(chǎn)生影響，應(yīng)在直線電機(jī)返回之前，手動或機(jī)械撥動，把之前撥動珠子撥回初始狀態(tài)。

(4)由于直線電機(jī)停止在算盤珠的位置不同，前面提到一般可以不考慮撥動到一個檔位的具體某個算珠，也可以考慮到這一點(diǎn)，從而進(jìn)一步增加一些隨機(jī)性，因?yàn)楫?dāng)沿著所有檔位的第二個算珠和第三個算珠的縫隙形成的直線而行進(jìn)時，正常情況下擺臂會撥動到第二個算珠，偶爾也會撥動第三個算珠，當(dāng)撥動第三個算珠時，可以將記錄的數(shù)據(jù)加1，同理，當(dāng)撥動第一個算珠時，可以將記錄數(shù)據(jù)減1。例如，如果第一次撥動到第6檔的第二個算珠，那么個位數(shù)的值為6，如果第一次波動到第6檔的第三個算珠，那么可以將個位數(shù)記為7，即將數(shù)據(jù)加1。

圖4示出了撥動到不同算珠時的情況。其中A為撥動第2個算珠，B為撥動第1個算珠。

本實(shí)用新型還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本實(shí)用新型精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本實(shí)用新型作(做)出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。