本實用新型涉及一種隨機數(shù)可視化裝置，屬于隨機數(shù)可視化領域、機電控制領域。

背景技術：

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

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

技術實現(xiàn)要素：

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

隨機數(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)設置有通過直線電機驅(qū)動的螺桿，所述螺桿上方固定有舵機，所述螺桿用于通過旋轉(zhuǎn)帶動所述舵機沿著螺桿的方向進行移動；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，以使所述直線電機控制所述舵機行進與所述數(shù)列電信號相匹配的時長后停止；所述舵機在與所述算盤的平面垂直的一面設置有擺臂，所述擺臂用于在根據(jù)所述舵機的控制進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數(shù)的值。

本實用新型的有益效果為：一、本實用新型應用時間種子原理，產(chǎn)生基本的隨機數(shù)，用于電信號的產(chǎn)生。二、本實用新型通過單片機讀取信號，識別信號，應用數(shù)學的二維映射混沌處理，增加了隨機性。三、本實用新型用直線電機讀取電信號，通過電機和舵機、算盤的組合利用，直觀地把隨機數(shù)表現(xiàn)在算盤上。四、本實用新型應用機械誤差，使電信號與產(chǎn)生的隨機數(shù)有一定的不同，是原有隨機數(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，更容易進行感性認識。

附圖說明

圖1為本實用新型的隨機數(shù)可視化裝置的結構圖；

圖2為本實用新型的直線電機與舵機的結構圖；

圖3為本實用新型的隨機數(shù)可視化裝置撥動一個算珠的示意圖；

圖4為本實用新型的實施例的算珠撥動的示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一：本實施方式的隨機數(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)設置有通過直線電機驅(qū)動的螺桿6，螺桿6上方固定有舵機3，螺桿6用于通過旋轉(zhuǎn)帶動舵機3沿著螺桿6的方向進行移動；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，以使直線電機通過螺桿6控制舵機3行進與數(shù)列電信號相匹配的時長后停止；舵機3在與算盤1的平面垂直的一面設置有擺臂31，擺臂31用于在根據(jù)舵機3的控制進行擺動以撥動算盤1上的算珠，算珠的位置用于表示可視化后的隨機數(shù)的值。

可以理解為，本實用新型是將初步生成的隨機數(shù)通過電信號產(chǎn)生，電信號控制直線電機前進，在此過程中會產(chǎn)生機械誤差，使得直線電機產(chǎn)生的位移具有相對波動值，并且電機運行預定的時長后，舵機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。電信號傳到機械上后，機械啟動加速度過大和機械運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定、外界誤差影響，會對機械上的隨機數(shù)造成不同程度的影響，使結果隨機性增強。用上述的方法產(chǎn)生多組隨機數(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數(shù)，又考慮到了機械誤差，使得隨機數(shù)生成器的隨機性更強。

圖2是本實用新型的直線電機與舵機的結構圖。從圖2中可以看出，舵機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，進而增強隨機性。

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

其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二不同的是：舵機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。

舵機的擺臂沿著第二算珠和第三算珠的縫隙所確定的直線運動，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)與具體實施方式一或二相同。

具體實施方式四：本實施方式與具體實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)設置有限位裝置，用于在舵機3與限位裝置接觸時，使舵機3停止行進，并沿與原行進方向相反的方向行進。

其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至三之一相同。

具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式一至四之一不同的是：直線電機2行進停止后，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2繼續(xù)行進。

即當直線電機從左到右轉(zhuǎn)到接近算盤尾部時，應返回運動，數(shù)字依然按照走過的算盤珠子計算

其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至四之一相同。

具體實施方式六：本實施方式提供一種隨機數(shù)生成方法，所述方法是基于具體實施方式二至五中任意一項隨機數(shù)可視化裝置實現(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；

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

步驟3)直線電機行進與數(shù)列電信號相匹配的時長，并停止；

步驟4)舵機的擺臂撥動算盤上的算珠；

步驟5)從直線電機的當前位置開始，重復步驟1)至步驟4)，直至重復次數(shù)達到預設的值；

步驟6)讀取算盤上的讀數(shù)作為隨機數(shù)。

具體實施方式七：本實施方式與具體實施方式六不同的是：

步驟2)中，使用使用Hemon映射進行處理，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將要行進的時長；x₁為表示時間種子的電信號所對應的時間的小時數(shù)值；a為表示時間種子的電信號所對應的時間的分鐘數(shù)值；b為表示時間種子的電信號所對應的時間的秒鐘數(shù)值；

當x_n小于0時，取x_n的絕對值代替原x_n值；當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。

<實施例1>

本實施例中將具體描述隨機數(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，通過單片機收集時鐘信號：時間H，分鐘M，秒鐘S。由于時間種子的隨機性，基本可以判斷為簡單的隨機種子。

第二步，由于產(chǎn)生的隨機信號隨機性不強，難以直接變成隨機電信號，傳到機械裝置上，所以，本實用新型為增加數(shù)據(jù)的隨機性，將產(chǎn)生的時間H，分鐘M，秒鐘S進行二維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，使電機在不同的時間間隔停止后，舵機撥動算盤，產(chǎn)生不同的數(shù)字。例如，x₁＝98，x₂＝57，x₃＝45,x₄＝52開始后，電機轉(zhuǎn)動delay(x₁)＝5.4秒后停止，舵機撥動算盤的第九檔的珠子，那么記錄個位數(shù)值為9，電機繼續(xù)轉(zhuǎn)動，由于機械誤差和信號干擾，電機可能轉(zhuǎn)動delay(x₂)＝2.6秒后停止，從第二次轉(zhuǎn)動開始計時，舵機撥動算盤的第五檔的珠子，那么記錄十位數(shù)值為5，電機繼續(xù)轉(zhuǎn)動，由于機械誤差和信號干擾，電機可能轉(zhuǎn)動delay(x₃)＝2.3秒后停止，從第三次轉(zhuǎn)動開始計時，舵機撥動算盤的第四檔的珠子，那么記錄百位數(shù)值為4，電機繼續(xù)轉(zhuǎn)動，由于機械誤差和信號干擾，電機可能轉(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)生的隨機數(shù)。即舵機多次進行撥動，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)過大量實驗，發(fā)現(xiàn)這種方法需要注意以下幾點：

(1)延時函數(shù)delay(x_n)需要保證，當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，可以通過單片機簡單計算出，或通過實驗計算出。

(2)當直線電機從左到右轉(zhuǎn)到接近算盤尾部時，應返回運動，數(shù)字依然按照走過的算盤珠子計算。

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

(4)由于直線電機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，從而進一步增加一些隨機性，因為當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，當撥動第三個算珠時，可以將記錄的數(shù)據(jù)加1，同理，當撥動第一個算珠時，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。

本實用新型還可有其它多種實施例，在不背離本實用新型精神及其實質(zhì)的情況下，本領域技術人員當可根據(jù)本實用新型作(做)出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本實用新型所附的權利要求的保護范圍。