CN109615981A - 一种自动化概率统计装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动化概率统计装置，包括：承载和安装各个机构的车体；装填概率模拟小球的球仓；收集被选中小球的收集箱；用于混乱所述选球器内小球和从收集箱内回收小球的选球机构；统计小球种类和数量的颜色传感器；控制概率统计装置的控制机构；所述车体顶部安装有球仓，所述车体内部安装有收集箱，所述车体左侧安装有选球机构，所述车体右侧设有控制机构；在本发明中实现了对“彩票型”、“直到型”、“特殊型”、“通项型”概率统计的模拟，能够根据需要进行大样本量的自动化模拟，并将模拟结果统计下来；同时也可以展示统计模拟的全过程，清晰地展示了统计模拟的过程。

Description

一种自动化概率统计装置

技术领域

本发明涉及概率统计相关技术领域，具体涉及一种自动化概率统计装置。

背景技术

在概率统计教学中，概率统计因其抽象性往往令同学们难以理解，而概率事件演示模型为概率统计教学提供了直观的图形或原理展示。目前概率统计教学中所使用的概率统计演示模型多为单一演示模型，且自动化程度低不能长时间地自主工作，此类模型不仅模型本身体积较大，重量较重，而且操作繁琐，其统计方法大多较为原始，多采用人工统计的方法，统计结果容易出错；同时由于其操作不便，在多次随机事件的统计时，浪费大量的课时时间，为此我们提出一种自动化概率统计装置以解决上述问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种自动化概率统计装置，实现了对“彩票型”、“直到型”、“特殊型”、“通项型”概率统计的模拟，能够根据需要进行大样本量的自动化模拟，并将模拟结果统计下来；同时也可以展示统计模拟的全过程，清晰地展示了统计模拟的过程。

为了实现上述目的，本发明采用的一种自动化概率统计装置，包括：承载和安装各个机构的车体；装填概率模拟小球的球仓；收集被选中小球的收集箱；用于混乱所述选球器内小球和从收集箱内回收小球的选球机构；统计小球种类和数量的颜色传感器；控制概率统计装置的控制机构；所述车体顶部安装有球仓，所述车体内部安装有收集箱，所述车体左侧安装有选球机构，所述车体右侧设有控制机构。

在上述方案中，利用各种颜色的小球来模拟各种事件，小球易于收集和传输，且小球在球仓内运动具有随机性，使得每个小球落入收集箱的概率相等。

作为上述方案的进一步优化，所述车体底部安装有车轮，所述车轮分布在车体底部的四周；所述车体正面为透明材料，包括但不限于玻璃、塑料。

在上述方案中，车轮方便整个装置的运输，同时车体证明透明，使得模拟过程可以被观察，具有很强的直观性，易于被人理解和学习。

作为上述方案的进一步优化，所述球仓顶部安装有仓门，所述仓门用于向球仓内投放小球或用于阻挡小球从球仓内逃逸，所述球仓呈圆柱体，所述球仓正面为圆面；所述球仓正面材料为透明材料，包括但不限于玻璃、塑料；所述球仓底部与车体顶部连接处设有加强柱，所述加强柱用于提高球仓的稳定性，所述加强柱中心设有贯穿孔，所述贯穿孔连通球仓底部和收集箱顶部，所述贯穿孔内设有第一电磁门，所述贯穿孔的直径为1.1-1.5倍小球直径。

在上述方案中，球仓更加需要可以放入数量不一的各色的小球，能够模拟多种概率统计的案例；圆柱体的球仓使得小球在球仓内能够充分的运动混合，不会聚集在一处或卡住某个小球，保证了统计结果的合理性；贯穿孔一次仅能通过一个小球，不会进入多个小球，确保模拟地正常进行；球仓正面为透明，使得人们可以直观的看到模拟过程。

作为上述方案的进一步优化，所述第一电磁门内安装有第一红外感应器，所述第一红外感应器用于探测是否有小球落入第一电磁门；所述第一电磁门下方设有颜色传感器，所述颜色传感用于识别第一电磁门落下小球的表面颜色。

在上述方案中，第一红外感应器将有小球落下的信息传递至单片机，单片机控制电磁门闭合，保证了每次仅有一个小球落下；颜色传感器能够识别落下小球的颜色，并将颜色信息传递至单片机记录下来，起到了识别颜色和计数的作用，省去了人工统计的步骤，使得概率统计可以进行大样本量的模拟。

作为上述方案的进一步优化，所述收集箱上部空间宽阔，所述收集箱底部呈凹槽状，所述收集箱底部与小球外形相适配，所述收集箱底部向左侧倾斜，所述收集箱上部空间和底部之间平滑过渡；所述收集箱的制作材料为透明材料，包括但不限于玻璃、塑料。

在上述方案中，收集箱上部空间方便小球落下，而收集箱底部形成了一条仅能容纳单个小球通过的凹槽，且凹槽向左侧倾斜，使得下落小球最终会停留在收集箱左侧底部；同时透明的收集箱使得人们可以直观的看到统计模拟的过程。

作为上述方案的进一步优化，所述选球机构包括管道和鼓风机，所述管道用于空气流动和小球运动的通道，所述鼓风机用于向球仓内鼓风，所述鼓风机安装在管道中部；所述管道顶端设有出风口，所述出风口伸入球仓左侧中部，所述出风口朝向球仓底部，所述出风口内安装有第二红外感应器；所述管道末端分设有第一进风口和第二进风口，所述第一进风口直径小于小球直径，所述第二进风口连通收集箱左侧底部，所述第二进风口安装有第二电磁门。

在上述方案中，鼓风机将球仓内的小球带动起来，使得球仓内的小球充分混合；同时鼓风机也能在需要的时候将落入收集箱内的小球重新吸入球仓内，第二红外感应器能够探测到小球是够已经吸入到球仓内；选中小球再重新放回小球能够模拟部分类型的概率统计模拟。

作为上述方案的进一步优化，所述控制机构包括显示器、键盘、单片机、开关电源，所述单片机与显示器、键盘、开关电源、颜色传感器和第二红外感应器均有电性连接，所述开关电源与第一电磁门、第二电磁门和鼓风机均有电性连接。

作为上述方案的进一步优化，所述显示器安装在车体表面右上方，所述显示器下方安装有键盘，所述显示器用于显示统计结果、统计状态和交互界面，所述键盘用于输入控制命令。

作为上述方案的进一步优化，所述单片机内预设有控制程序，所述单片机根据键盘输入指令自动化控制开关电源向第一电磁门、第二电磁门和鼓风机供电或停止供电。

在上述方案中，键盘和显示器为操作人员提供了输入输出设备，键盘输入指令，显示器输出模拟结果；单片机根据键盘指令进行多种概率统计模拟，根据不同的模拟类型，单片机可以控制概率统计模拟的样本量大小，也可以控制落下小球重新返回球仓再次进行随机选球；单片机根据第一红外感应器判断是否有小球落下，根据颜色传感器获取落下小球的颜色信息，根据第二红外传感器判断小球是否重新进入球仓，单片机根据预设程序并结合各个传感器的反馈信息通过调整开关电源的供电情况来控制第一电磁门、第二电磁门和鼓风机的工作状态。

本发明的一种自动化概率统计装置，具备如下有益效果：

1.本发明的一种自动化概率统计装置，自动化程度高，能够代替人力重复做概率统计模拟实验，获得足够大的样本量，进而得到近似的实际概率，具有极强的模拟效果。

2.本发明的一种自动化概率统计装置，球仓和收集箱都是透明材料制成，模拟过程直观，便于教学，提高了学生对概率学习的认识。

3.本发明的一种自动化概率统计装置，能够替代计算机产生的随机数，产生真随机数，可以运用到密码、金融等安全领域。

附图说明

图1为本发明的正面示意图；

图2为本发明的正面剖视示意图；

图3为本发明的收集箱侧面剖视示意图。

图中：车体1、球仓2、收集箱3、颜色传感器4、车轮5、仓门6、加强柱7、第一电磁门8、第一红外感应器9、管道10、鼓风机11、第二红外感应器12、第二电磁门13、显示器14、键盘15、单片机16、开关电源17。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种自动化概率统计装置，包括：承载和安装各个机构的车体1；装填概率模拟小球的球仓2；收集被选中小球的收集箱3；用于混乱选球器内小球和从收集箱3内回收小球的选球机构；统计小球种类和数量的颜色传感器4；控制概率统计装置的控制机构；车体1顶部安装有球仓2，车体1内部安装有收集箱3，车体1左侧安装有选球机构，车体1右侧设有控制机构；

在本发明中，利用各种颜色的小球来模拟各种事件，小球易于收集和传输，且小球在球仓2内运动具有随机性，使得每个小球落入收集箱3的概率相等。

车体1底部安装有车轮5，车轮5分布在车体1底部的四周；车体1正面为透明材料，包括但不限于玻璃、塑料；

在本发明中，车轮5方便整个装置的运输，同时车体1证明透明，使得模拟过程可以被观察，具有很强的直观性，易于被人理解和学习。

球仓2顶部安装有仓门6，仓门6用于向球仓2内投放小球或用于阻挡小球从球仓2内逃逸，球仓2呈圆柱体，球仓2正面为圆面；球仓2正面材料为透明材料，包括但不限于玻璃、塑料；球仓2底部与车体1顶部连接处设有加强柱7，加强柱7用于提高球仓2的稳定性，加强柱7中心设有贯穿孔，贯穿孔连通球仓2底部和收集箱3顶部，贯穿孔内设有第一电磁门8，贯穿孔的直径为1.1-1.5倍小球直径；

在本发明中，球仓2更加需要可以放入数量不一的各色的小球，能够模拟多种概率统计的案例；圆柱体的球仓2使得小球在球仓2内能够充分的运动混合，不会聚集在一处或卡住某个小球，保证了统计结果的合理性；贯穿孔一次仅能通过一个小球，不会进入多个小球，确保模拟地正常进行；球仓2正面为透明，使得人们可以直观的看到模拟过程。

第一电磁门8内安装有第一红外感应器9，第一红外感应器9用于探测是否有小球落入第一电磁门8；第一电磁门8下方设有颜色传感器4，颜色传感用于识别第一电磁门8落下小球的表面颜色；

在本发明中，第一红外感应器9将有小球落下的信息传递至单片机16，单片机16控制电磁门闭合，保证了每次仅有一个小球落下；颜色传感器4能够识别落下小球的颜色，并将颜色信息传递至单片机16记录下来，起到了识别颜色和计数的作用，省去了人工统计的步骤，使得概率统计可以进行大样本量的模拟。

收集箱3上部空间宽阔，收集箱3底部呈凹槽状，收集箱3底部与小球外形相适配，收集箱3底部向左侧倾斜，收集箱3上部空间和底部之间平滑过渡；收集箱3的制作材料为透明材料，包括但不限于玻璃、塑料；

在本发明中，收集箱3上部空间方便小球落下，而收集箱3底部形成了一条仅能容纳单个小球通过的凹槽，且凹槽向左侧倾斜，使得下落小球最终会停留在收集箱3左侧底部；同时透明的收集箱3使得人们可以直观的看到统计模拟的过程。

选球机构包括管道10和鼓风机11，管道10用于空气流动和小球运动的通道，鼓风机11用于向球仓2内鼓风，鼓风机11安装在管道10中部；管道10顶端设有出风口，出风口伸入球仓2左侧中部，出风口朝向球仓2底部，出风口内安装有第二红外感应器12；管道10末端分设有第一进风口和第二进风口，第一进风口直径小于小球直径，第二进风口连通收集箱3左侧底部，第二进风口安装有第二电磁门13；

在本发明中，鼓风机11将球仓2内的小球带动起来，使得球仓2内的小球充分混合；同时鼓风机11也能在需要的时候将落入收集箱3内的小球重新吸入球仓2内，第二红外感应器12能够探测到小球是够已经吸入到球仓2内；选中小球再重新放回小球能够模拟部分类型的概率统计模拟。

控制机构包括显示器14、键盘15、单片机16、开关电源17，单片机16与显示器14、键盘15、开关电源17、颜色传感器4和第二红外感应器12均有电性连接，开关电源17与第一电磁门8、第二电磁门13和鼓风机11均有电性连接；

显示器14安装在车体1表面右上方，显示器14下方安装有键盘15，显示器14用于显示统计结果、统计状态和交互界面，键盘15用于输入控制命令；

单片机16内预设有控制程序，单片机16根据键盘15输入指令自动化控制开关电源17向第一电磁门8、第二电磁门13和鼓风机11供电或停止供电；

在本发明中，键盘15和显示器14为操作人员提供了输入输出设备，键盘15输入指令，显示器14输出模拟结果；单片机16根据键盘15指令进行多种概率统计模拟，根据不同的模拟类型，单片机16可以控制概率统计模拟的样本量大小，也可以控制落下小球重新返回球仓2再次进行随机选球；单片机16根据第一红外感应器9判断是否有小球落下，根据颜色传感器4获取落下小球的颜色信息，根据第二红外传感器判断小球是否重新进入球仓2，单片机16根据预设程序并结合各个传感器的反馈信息通过调整开关电源17的供电情况来控制第一电磁门8、第二电磁门13和鼓风机11的工作状态。

实施例一：

“彩票型”概率模拟背景：在编号为1,2,3,4,5的5张彩票中，只有一张彩票是中奖券，现有5个人进行摸奖，每人依次摸一张，求每个人摸到中奖券的概率。

一种自动化概率统计装置方法步骤：

步骤一、获取模拟背景，向球仓2内倒入黑，白两种颜色的小球，其中黑色颜色小球的个数为1个，并选定黑色中奖色；

步骤二、在键盘15上输入小球不回收，选球次数5次，实验重复50次；

步骤三、实验结束后，记录下显示器14上的统计结果，并将统计结果与理论值对比。

原理：在实施例一中，单片机16接到指令后，控制开关电源17接通鼓风机11的电源，鼓风机11向球仓2内鼓风，小球在球仓2内随风进行无规则的运动，5秒后单片机16控制开关电源17断开鼓风机11的电源，并接通第一电磁门8的电源，第一电磁门8打开，等待小球落入电磁门后，第一红外感应器9监测到有小球落入后，单片机16控制开关电源17断开第一电磁门8的电源，第一电磁门8迅速关闭，小球落出第一电磁门8后经过颜色传感器4，颜色传感器4将小球颜色信息发送至单片机16，小球落入收集箱3底部；单片机16接到颜色传感器4发送的信息后2秒重新接通鼓风机11电源进行第二个小球的随机选择，直至5个小球全部选完；一次完整的模拟实验完成，开始第二次模拟实验，单片机16控制第二电磁门13和鼓风机11打开，5个小球一次被重新吸入球仓2内，单片机16根据第二红外感应器12监测到有5个小球进入球仓2后，控制第二电磁门13关闭，开始进行新一轮的模拟实验，直至实验次数到达50次；统计结果时记录每次实验中奖色是在第几次选球时出现。

实验例二：

“直到型”概率模拟背景：一批货物中，有7件是合格品，3件是不合格品，在这批货物中，随机逐个抽取，抽出的货物不放回，分别求在第一次、第二次、第三次、第四次、第五次、第六次抽取时第一次抽到不合格品。

一种自动化概率统计装置方法步骤：

步骤一、获取模拟背景，向球仓2内倒入10个小球，其中7个是白球，3个是黑球，并选定白球为合格品，黑球是不合格品；

步骤二、在键盘15上输入小球不回收，选球次数6次，实验重复100次；

步骤三、实验结束后，记录下显示器14上的统计结果，并将统计结果与理论值对比。

原理：实验例二的原理与实施例一的原理相同，在选球次数和实验重复次数上有所不同，在统计结果时记录每次实验第一次出现黑球是在第几次选球中出现。

实验例三：

“特殊型”概率模拟背景：一个黑盒中装有8个白球和2个黑球，从黑盒中随机连续取3次球，求取得黑球个数为2个的概率。

一种自动化概率统计装置方法步骤：

步骤一、获取模拟背景，向球仓2内倒入10个小球，其中8个是白球，2个是黑球；

步骤二、在键盘15上输入小球不回收，选球次数3次，实验重复80次；

步骤三、实验结束后，记录下显示器14上的统计结果，并将统计结果与理论值对比。

原理：实验例三的原理与实验例一相同，在选球次数和实验重复次数上有所不同，在统计结果时记录80次实验中有几次实验是选中了2个黑球。

实验例四：

“特殊型”概率模拟背景：一个黑盒中装有8个白球和2个黑球，从黑盒中随机连续取3次球，每次选球完成后重新将球放回黑盒中，求3次选球选中的球均为黑色的概率。

一种自动化概率统计装置方法步骤：

步骤一、获取模拟背景，向球仓2内倒入10个小球，其中8个是白球，2个是黑球；

步骤二、在键盘15上输入小球回收，选球次数3次，实验重复80次；

步骤三、实验结束后，记录下显示器14上的统计结果，并将统计结果与理论值对比。

原理：在实施例四中，单片机16接到指令后，控制开关电源17接通鼓风机11的电源，鼓风机11向球仓2内鼓风，小球在球仓2内随风进行无规则的运动，5秒后单片机16控制开关电源17断开鼓风机11的电源，并接通第一电磁门8的电源，第一电磁门8打开，等待小球落入电磁门后，第一红外感应器9监测到有小球落入后，单片机16控制开关电源17断开第一电磁门8的电源，第一电磁门8迅速关闭，小球落出第一电磁门8后经过颜色传感器4，颜色传感器4将小球颜色信息发送至单片机16，小球落入收集箱3底部单片机16接到颜色传感器4发送的信息后2秒重新接通鼓风机11电源，并将第二电磁门13打开，收集箱3内的小球被重新吸入球仓2内，单片机16接收第二红外感应器12监测到小球进入球仓2的信息后控制第二电磁门13关闭，并开始进行第二个小球的随机选择，直至3个小球全部选完；一次完整的模拟实验完成，开始第二次模拟实验，直至实验次数到达80次；统计结果时记录实验中选中的3个球均是黑球的次数。

实验例五：

“通项型”概率模拟背景：一个黑盒中装有标着数字1,2,3,4,5的小球各2个，从黑盒中任取3个小球，每个小球被取出的可能性相等，求这3个小球中，最大数字的分别是2,3,4,5时的概率。

一种自动化概率统计装置方法步骤：

步骤一、获取模拟背景，向球仓2内倒入10个小球，其中2个是白球，2个是黑球，2个是绿球，2个是蓝球，2个是红球，并选定白色代表数字1，黑色代表数字2，绿色代表数字3，蓝色代表数字4，红色代表数字5；

步骤二、在键盘15上输入小球不回收，选球次数3次，实验重复100次；

步骤三、实验结束后，记录下显示器14上的统计结果，并将统计结果与理论值对比。

原理：实验例五的原理与实施例一的原理相同，在选球次数和实验重复次数上有所不同，在统计结果时记录所有实验中，有红球的次数，有篮球但没有红球的次数，有绿球但没有蓝球和红球的次数，仅有白球和黑球的次数。

仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种自动化概率统计装置，其特征在于，包括：

承载和安装各个机构的车体(1)；

装填概率模拟小球的球仓(2)；

收集被选中小球的收集箱(3)；

用于混乱所述选球器内小球和从收集箱(3)内回收小球的选球机构；

统计小球种类和数量的颜色传感器(4)；

控制概率统计装置的控制机构；

所述车体(1)顶部安装有球仓(2)，所述车体(1)内部安装有收集箱(3)，所述车体(1)左侧安装有选球机构，所述车体(1)右侧设有控制机构。

2.根据权利要求1所述的一种自动化概率统计装置，其特征在于：所述车体(1)底部安装有车轮(5)，所述车轮(5)分布在车体(1)底部的四周；

所述车体(1)正面为透明材料，包括但不限于玻璃、塑料。

3.根据权利要求1所述的一种自动化概率统计装置，其特征在于：所述球仓(2)顶部安装有仓门(6)，所述仓门(6)用于向球仓(2)内投放小球或用于阻挡小球从球仓(2)内逃逸，所述球仓(2)呈圆柱体，所述球仓(2)正面为圆面；

所述球仓(2)正面材料为透明材料，包括但不限于玻璃、塑料；

所述球仓(2)底部与车体(1)顶部连接处设有加强柱(7)，所述加强柱(7)用于提高球仓(2)的稳定性，所述加强柱(7)中心设有贯穿孔，所述贯穿孔连通球仓(2)底部和收集箱(3)顶部，所述贯穿孔内设有第一电磁门(8)，所述第一电磁门(8)的直径为1.1-1.5倍小球直径。

4.根据权利要求3所述的一种自动化概率统计装置，其特征在于：所述第一电磁门(8)内安装有第一红外感应器(9)，所述第一红外感应器(9)用于探测是否有小球落入第一电磁门(8)；所述第一电磁门(8)下方设有颜色传感器(4)，所述颜色传感用于识别第一电磁门(8)落下小球的表面颜色。

5.根据权利要求1所述的一种自动化概率统计装置，其特征在于：所述收集箱(3)上部空间宽阔，所述收集箱(3)底部呈凹槽状，所述收集箱(3)底部与小球外形相适配，所述收集箱(3)底部向左侧倾斜，所述收集箱(3)上部空间和底部之间平滑过渡；

所述收集箱(3)的制作材料为透明材料，包括但不限于玻璃、塑料。

6.根据权利要求1所述的一种自动化概率统计装置，其特征在于：所述选球机构包括管道(10)和鼓风机(11)，所述管道(10)用于空气流动和小球运动的通道，所述鼓风机(11)用于向球仓(2)内鼓风，所述鼓风机(11)安装在管道(10)中部；

所述管道(10)顶端设有出风口，所述出风口伸入球仓(2)左侧中部，所述出风口朝向球仓(2)底部，所述出风口内安装有第二红外感应器(12)；

所述管道(10)末端分设有第一进风口和第二进风口，所述第一进风口直径小于小球直径，所述第二进风口连通收集箱(3)左侧底部，所述第二进风口安装有第二电磁门(13)。

7.根据权利要求1所述的一种自动化概率统计装置，其特征在于：所述控制机构包括显示器(14)、键盘(15)、单片机(16)、开关电源(17)，所述单片机(16)与显示器(14)、键盘(15)、开关电源(17)、颜色传感器(4)和第二红外感应器(12)均有电性连接，所述开关电源(17)与第一电磁门(8)、第二电磁门(13)和鼓风机(11)均有电性连接。

8.根据权利要求1所述的一种自动化概率统计装置，其特征在于：所述显示器(14)安装在车体(1)表面右上方，所述显示器(14)下方安装有键盘(15)，所述显示器(14)用于显示统计结果、统计状态和交互界面，所述键盘(15)用于输入控制命令。

9.根据权利要求7所述的一种自动化概率统计装置，其特征在于：所述单片机(16)内预设有控制程序，所述单片机(16)根据键盘(15)输入指令自动化控制开关电源(17)向第一电磁门(8)、第二电磁门(13)和鼓风机(11)供电或停止供电。