CN109903651B - 一种高等数学概率演示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高等数学概率演示装置，其基座的容纳槽内设有铁质的移动座，基座内沿容纳槽周向还设有多个电磁铁；移动座上设有转台，转台上固定有第一支架，第一支架上转动连接有透明的半球形壳体，半球形壳体的入口通过一透明的圆板封闭；半球形壳体内放有若干个骰子，每个骰子的每个面上均设有一代表该面的二维码，圆板上还设有二维码扫描识别装置；半球形壳体上还设有震动装置及光幕装置；二维码扫描识别装置、震动装置及光幕装置均与微处理器连接，微处理器还连接有计时模块、随机选择模块及触摸显示屏。本发明概率演示的自动化程度高，且能够演示若干个骰子组合时的较为复杂的概率事件，并且整个演示过程不需要耗费人力，演示直观、方便。

Description

一种高等数学概率演示装置

技术领域

本发明涉及数学教学用具领域，特别涉及一种高等数学概率演示装置。

背景技术

在高等数学概率学习中，往往通过若干次投掷骰子来计算所投掷出的骰子某个面或某些面所出现的概率，以此来验证概率论中的理论概率的正确性，然而这样的试验方法较为简单，并且费时费力，不能验证较为复杂的概率事件，一般在验证中只使用一个或数个骰子进行试验，且试验次数相对较少，所验证的结果难以具备代表性、普遍性。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种高等数学概率演示装置。

本发明的技术方案是：一种高等数学概率演示装置，包括基座，所述基座的中部开设有圆柱形的容纳槽，容纳槽内设有铁质的移动座，其中移动座的下表面设有多个万向滚轮，使得移动座通过万向滚轮能够在容纳槽的槽底面上自由移动，移动座侧壁还和容纳槽侧壁之间通过多个绕容纳槽侧壁周向分布的弹簧相连接，所述基座内沿容纳槽侧壁的周向还设有多个电磁铁，每个电磁铁分别通过一电磁铁控制开关与微处理器信号连接；所述移动座上设有转台，移动座内设有与所述转台轴连接并向转台提供转动动力的第一步进电机，所述第一步进电机通过第一电机控制器与微处理器信号连接；转台上固定有第一支架，第一支架上设有用透明材料制成的半球形壳体，半球形壳体的过其球心的切割面所切割的半球形壳体的入口通过一透明材料的圆板进行封闭，所述半球形壳体具体通过转轴与第一支架转动连接，其中转轴的轴线与所述圆板的圆面相平行，所述转轴与第二步进电机的输出轴连接，第二步进电机通过第二支架固定于所述第一支架上，第二步进电机通过第二电机控制器与微处理器信号连接；所述半球形壳体内放有若干个尺寸相同的正方体的骰子，每个骰子的每个面上均对应设有一二维码，每个二维码的信息包括其所在的骰子的编号以及其在该骰子上的面的编号，所述圆板的位于半球形壳体外的圆面上设有二维码扫描识别装置；所述半球形壳体的外表面还固定有震动装置并设有光幕装置，其中所述光幕装置发出的光幕与所述圆板的圆面相平行并通过所述半球形壳体的内部，所述光幕与所述圆板的圆面的距离大于骰子高度的一倍且小于骰子高度的两倍；所述二维码扫描识别装置、震动装置以及光幕装置分别与微处理器信号连接，微处理器还信号连接有计时模块、随机选择模块以及触摸显示屏，所述微处理器还与电源模块电连接；所述触摸显示屏用于通过触摸的方式来接收概率演示命令，进而向所述微处理器发送启动信号；所述微处理器接收到所述启动信号后，向所述随机选择模块发送随机选择命令，同时微处理器通过所述第一电机控制器控制所述第一步进电机转动，从而带动所述转台转动；当所述随机选择模块接收到所述随机选择命令后，随机的选择一个电磁铁，并将选择该电磁铁的选择信息发送给微处理器，微处理器根据该选择信息控制被选择的电磁铁的电磁铁控制开关向被选择的电磁铁供电，从而使得移动座被吸引到被选择的电磁铁一边，当被选择的电磁铁的电磁铁控制开关供电时长达到设定的时长时，所述微处理器控制电磁铁控制开关停止向被选择的电磁铁供电，所述微处理器同时向所述随机选择模块再次发送随机选择命令，从而使得随机选择模块再次随机的选择一个电磁铁并被供电，以此重复，当所述微处理器向所述随机选择模块发送的随机选择命令达到设定的次数后，所述微处理器不再向所述随机选择模块发送随机选择命令，随后微处理器通过第一电机控制器关闭第一步进电机，同时微处理器向所述第二电机控制器发送转动命令，所述第二电机控制器接收到所述转动命令后控制所述第二步进电机的输出轴转动180°，使得所述半球形壳体从原来的位于所述圆板下方的位置转动到位于圆板上方的位置；所述光幕装置用于检测其发出的光幕是否受到所述骰子的遮挡，如检测到被遮挡，则向所述微处理器发送遮挡信号，所述微处理器接收到所述遮挡信号后控制所述震动装置进行震动，在震动作用下使得所有骰子都单层的平铺于所述圆板上，当所述微处理器没有或不再接收到所述遮挡信号时，所述微处理器控制所述二维码扫描识别装置对圆板进行扫描，从而识别与圆板相贴的各骰子的面上的二维码，并将所扫描到的所有二维码的信息发送至微处理器，微处理器将所扫描到的所有二维码的信息发送至所述触摸显示屏予以显示，同时微处理器通过所述第二电机控制器控制所述第二步进电机的输出轴再次转动180°，使得所述半球形壳体的位置复原；根据所显示的二维码的信息即可计算出诸如预先想要的骰子的面在二维码扫描后在所有骰子的面中出现的概率或预先想要的某两个或几个面在二维码扫描后在所有骰子的面中出现的概率等相关概率数据。

上述微处理器还信号连接有统计模块，所述统计模块用于将微处理器所接收到的所述二维码的信息中的包含预先想要被扫描到的某个骰子预先想要的面或某几个骰子预先想要的面的组合，按照预先设定的在所有或部分骰子的面中出现的概率进行计算，并将所计算的概率结果在所述触摸显示屏上予以显示。

上述二维码扫描识别装置包括通过支撑架固定于所述圆板上的分别与圆板相平行的导向滑轨以及齿条，所述齿条与齿轮相啮合，齿轮与第三步进电机的输出轴通过键连接，所述第三步进电机与滑动连接件相固定，滑动连接件与导向滑轨滑动连接，所述滑动连接件还通过连接杆固定有二维码扫描识别模块，所述第三步进电机通过第三电机控制器与所述微处理器信号连接；当所述震动装置震动后，所述微处理器不再接收到所述遮挡信号时，所述微处理器通过第三电机控制器控制所述第三步进电机转动，从而带动所述二维码扫描识别模块沿所述导向滑轨移动，在移动的过程中二维码扫描识别模块对所述圆板进行扫描。

上述电磁铁以及弹簧的数量均为3-8个；所述微处理器是MSP430单片机或PLC控制器。

上述设定的时长为0.1-0.5秒；所述设定的次数为10-25次。

上述透明材料是钢化玻璃或有机玻璃。

本发明的有益效果：本发明实施例中，提供一种高等数学概率演示装置，通过对封闭在半球形壳体内的若干个骰子进行在前后左右摇动以及在摇动的过程中进行转动的自动操作，能够充分对所有骰子进行摇匀，进而通过将各骰子自动的单层平铺于透明的圆板上后再通过自动扫描每个骰子的与圆板相贴合的面上的二维码来记录各个被选择的面的信息，通过被选择的面的信息进而计算出所需的面出现的概率。本发明概率演示的自动化程度高，且能够演示若干个骰子组合时的较为复杂的概率事件，并且整个演示过程不需要耗费人力，演示直观、快捷、方便。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明的半球形壳体旋转180°后的整体结构示意图；

图3为本发明的半球形壳体旋转180°后的示意图；

图4为本发明的基座和移动座连接结构示意图；

图5为本发明的电系统连接框图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

参见图1-图5，本发明实施例提供了一种高等数学概率演示装置，包括基座1，所述基座1的中部开设有圆柱形的容纳槽4，容纳槽4内设有铁质的移动座2，其中移动座2的下表面设有多个万向滚轮6，使得移动座2通过万向滚轮6能够在容纳槽4的槽底面上自由移动，移动座2侧壁还和容纳槽4侧壁之间通过多个绕容纳槽4侧壁周向分布的弹簧3相连接，所述基座1内沿容纳槽4侧壁的周向还设有多个电磁铁7，每个电磁铁7分别通过一电磁铁控制开关与微处理器信号连接；所述移动座2上设有转台20，移动座2内设有与所述转台20轴连接并向转台20提供转动动力的第一步进电机8，所述第一步进电机8通过第一电机控制器与微处理器信号连接；转台20上固定有第一支架9，第一支架9上设有用透明材料制成的半球形壳体13，半球形壳体13的过其球心的切割面所切割的半球形壳体13的入口通过一透明材料的圆板21进行封闭，所述半球形壳体13具体通过转轴15与第一支架9转动连接，其中转轴15的轴线与所述圆板21的圆面相平行，所述转轴15与第二步进电机14的输出轴连接，第二步进电机14通过第二支架固定于所述第一支架9上，第二步进电机14通过第二电机控制器与微处理器信号连接；所述半球形壳体13内放有若干个尺寸相同的正方体的骰子10，每个骰子10的每个面上均对应设有一二维码，每个二维码的信息包括其所在的骰子的编号以及其在该骰子上的面的编号，所述圆板21的位于半球形壳体13外的圆面上设有二维码扫描识别装置16；所述半球形壳体13的外表面还固定有震动装置11并设有光幕装置12，其中所述光幕装置12发出的光幕22与所述圆板21的圆面相平行并通过所述半球形壳体13的内部，所述光幕22与所述圆板21的圆面的距离大于骰子10高度的一倍且小于骰子10高度的两倍；所述二维码扫描识别装置16、震动装置11以及光幕装置12分别与微处理器信号连接，微处理器还信号连接有计时模块、随机选择模块以及触摸显示屏5，所述微处理器还与电源模块电连接；所述触摸显示屏5用于通过触摸的方式来接收概率演示命令，进而向所述微处理器发送启动信号；所述微处理器接收到所述启动信号后，向所述随机选择模块发送随机选择命令，同时微处理器通过所述第一电机控制器控制所述第一步进电机8转动，从而带动所述转台20转动；当所述随机选择模块接收到所述随机选择命令后，随机的选择一个电磁铁7，并将选择该电磁铁7的选择信息发送给微处理器，微处理器根据该选择信息控制被选择的电磁铁7的电磁铁控制开关向被选择的电磁铁7供电，从而使得移动座2被吸引到被选择的电磁铁7一边，当被选择的电磁铁7的电磁铁控制开关供电时长达到设定的时长时（通过计时模块进行时间计时），所述微处理器控制电磁铁控制开关停止向被选择的电磁铁7供电，所述微处理器同时向所述随机选择模块再次发送随机选择命令，从而使得随机选择模块再次随机的选择一个电磁铁7并被供电，以此重复，当所述微处理器向所述随机选择模块发送的随机选择命令达到设定的次数后，所述微处理器不再向所述随机选择模块发送随机选择命令，随后微处理器通过第一电机控制器关闭第一步进电机8，同时微处理器向所述第二电机控制器发送转动命令，所述第二电机控制器接收到所述转动命令后控制所述第二步进电机14的输出轴转动180°，使得所述半球形壳体13从原来的位于所述圆板21下方的位置转动到位于圆板21上方的位置；所述光幕装置12用于检测其发出的光幕22是否受到所述骰子10的遮挡，如检测到被遮挡，则向所述微处理器发送遮挡信号，所述微处理器接收到所述遮挡信号后控制所述震动装置11进行震动，在震动作用下使得所有骰子都单层的平铺于所述圆板21上，当所述微处理器没有或不再接收到所述遮挡信号时，所述微处理器控制所述二维码扫描识别装置16对圆板21进行扫描，从而识别与圆板21相贴的各骰子10的面上的二维码，并将所扫描到的所有二维码的信息发送至微处理器，微处理器将所扫描到的所有二维码的信息发送至所述触摸显示屏5予以显示，同时微处理器通过所述第二电机控制器控制所述第二步进电机19的输出轴再次转动180°，使得所述半球形壳体13的位置复原；根据所显示的二维码的信息即可计算出诸如预先想要的骰子的面在二维码扫描后在所有骰子的面中出现的概率或预先想要的某两个或几个面在二维码扫描后在所有骰子的面中出现的概率等相关概率数据。

进一步地，所述微处理器还信号连接有统计模块，所述统计模块用于将微处理器所接收到的所述二维码的信息中的包含预先想要被扫描到的某个骰子10预先想要的面或某几个骰子10预先想要的面的组合，按照预先设定的在所有或部分骰子的面中出现的概率进行计算，并将所计算的概率结果在所述触摸显示屏5上予以显示。

进一步地，所述二维码扫描识别装置16包括通过支撑架固定于所述圆板21上的分别与圆板21相平行的导向滑轨17以及齿条18，所述齿条18与齿轮相啮合，齿轮与第三步进电机19的输出轴通过键连接，所述第三步进电机19与滑动连接件相固定，滑动连接件与导向滑轨17滑动连接，所述滑动连接件还通过连接杆固定有二维码扫描识别模块，所述第三步进电机19通过第三电机控制器与所述微处理器信号连接；当所述震动装置11震动后，所述微处理器不再接收到所述遮挡信号时，所述微处理器通过第三电机控制器控制所述第三步进电机19转动，从而带动所述二维码扫描识别模块沿所述导向滑轨17移动，在移动的过程中二维码扫描识别模块对所述圆板21进行扫描。

进一步地，所述电磁铁7以及弹簧3的数量均为3-8个；所述微处理器是MSP430单片机或PLC控制器。

进一步地，所述设定的时长为0.1-0.5秒；所述设定的次数为10-25次。

进一步地，所述透明材料是钢化玻璃或有机玻璃。

综上所述，本发明实施例提供了一种高等数学概率演示装置，通过对封闭在半球形壳体内的若干个骰子进行在前后左右摇动以及在摇动的过程中进行转动的自动操作，能够充分对所有骰子进行摇匀，进而通过将各骰子自动的单层平铺于透明的圆板上后再通过自动扫描每个骰子的与圆板相贴合的面上的二维码来记录各个被选择的面的信息，通过被选择的面的信息进而计算出所需的面出现的概率。本发明概率演示的自动化程度高，且能够演示若干个骰子组合时的较为复杂的概率事件，并且整个演示过程不需要耗费人力，演示直观、快捷、方便。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种高等数学概率演示装置，包括基座（1），其特征在于，所述基座（1）的中部开设有圆柱形的容纳槽（4），容纳槽（4）内设有铁质的移动座（2），其中移动座（2）的下表面设有多个万向滚轮（6），使得移动座（2）通过万向滚轮（6）能够在容纳槽（4）的槽底面上移动，移动座（2）侧壁还和容纳槽（4）侧壁之间通过多个绕容纳槽（4）侧壁周向分布的弹簧（3）相连接，所述基座（1）内沿容纳槽（4）侧壁的周向还设有多个电磁铁（7），每个电磁铁（7）分别通过一电磁铁控制开关与微处理器信号连接；所述移动座（2）上设有转台（20），移动座（2）内设有与所述转台（20）轴连接并向转台（20）提供转动动力的第一步进电机（8），所述第一步进电机（8）通过第一电机控制器与微处理器信号连接；转台（20）上固定有第一支架（9），第一支架（9）上设有用透明材料制成的半球形壳体（13），半球形壳体（13）的过其球心的切割面所切割的半球形壳体（13）的入口通过一透明材料的圆板（21）进行封闭，所述半球形壳体（13）具体通过转轴（15）与第一支架（9）转动连接，其中转轴（15）的轴线与所述圆板（21）的圆面相平行，所述转轴（15）与第二步进电机（14）的输出轴连接，第二步进电机（14）通过第二支架固定于所述第一支架（9）上，第二步进电机（14）通过第二电机控制器与微处理器信号连接；所述半球形壳体（13）内放有若干个尺寸相同的正方体的骰子（10），每个骰子（10）的每个面上均对应设有一二维码，每个二维码的信息包括其所在的骰子的编号以及其在该骰子上的面的编号，所述圆板（21）的位于半球形壳体（13）外的圆面上设有二维码扫描识别装置（16）；所述半球形壳体（13）的外表面还设有震动装置（11）以及光幕装置（12），其中所述光幕装置（12）发出的光幕（22）与所述圆板（21）的圆面相平行并通过所述半球形壳体（13）的内部，所述光幕（22）与所述圆板（21）的圆面的距离大于骰子（10）高度的一倍且小于骰子（10）高度的两倍；所述二维码扫描识别装置（16）、震动装置（11）以及光幕装置（12）分别与微处理器信号连接，微处理器还信号连接有计时模块、随机选择模块以及触摸显示屏（5），所述微处理器还与电源模块电连接；

所述触摸显示屏（5）用于通过触摸的方式来接收概率演示命令，进而向所述微处理器发送启动信号；所述微处理器接收到所述启动信号后，向所述随机选择模块发送随机选择命令，同时微处理器通过所述第一电机控制器控制所述第一步进电机（8）转动，从而带动所述转台（20）转动；当所述随机选择模块接收到所述随机选择命令后，随机的选择一个电磁铁（7），并将选择该电磁铁（7）的选择信息发送给微处理器，微处理器根据该选择信息控制被选择的电磁铁（7）的电磁铁控制开关向被选择的电磁铁（7）供电，从而使得移动座（2）被吸引到被选择的电磁铁（7）一边，当被选择的电磁铁（7）的电磁铁控制开关供电时长达到设定的时长时，所述微处理器控制电磁铁控制开关停止向被选择的电磁铁（7）供电，所述微处理器同时向所述随机选择模块再次发送随机选择命令，从而使得随机选择模块再次随机的选择一个电磁铁（7）并被供电，以此重复，当所述微处理器向所述随机选择模块发送的随机选择命令达到设定的次数后，所述微处理器不再向所述随机选择模块发送随机选择命令，随后微处理器通过第一电机控制器关闭第一步进电机（8），同时微处理器向所述第二电机控制器发送转动命令，所述第二电机控制器接收到所述转动命令后控制所述第二步进电机（14）的输出轴转动180°，使得所述半球形壳体（13）从原来的位于所述圆板（21）下方的位置转动到位于圆板（21）上方的位置；所述光幕装置（12）用于检测其发出的光幕（22）是否受到所述骰子（10）的遮挡，如检测到被遮挡，则向所述微处理器发送遮挡信号，所述微处理器接收到所述遮挡信号后控制所述震动装置（11）进行震动，在震动作用下使得所有骰子都单层的平铺于所述圆板（21）上，当所述微处理器不再接收到所述遮挡信号时，所述微处理器控制所述二维码扫描识别装置（16）对圆板（21）进行扫描，从而识别与圆板（21）相贴的各骰子（10）的面上的二维码，并将所扫描到的所有二维码的信息发送至微处理器，微处理器将所扫描到的所有二维码的信息发送至所述触摸显示屏（5）予以显示，同时微处理器通过所述第二电机控制器控制所述第二步进电机（19）的输出轴再次转动180°，使得所述半球形壳体（13）的位置复原。

2.如权利要求1所述的一种高等数学概率演示装置，其特征在于，所述微处理器还信号连接有统计模块，所述统计模块用于将微处理器所接收到的所述二维码的信息中的包含预先想要被扫描到的某个骰子（10）预先想要的面或某几个骰子（10）预先想要的面的组合，按照预先设定的在所有或部分骰子的面中出现的概率进行计算，并将所计算的概率结果在所述触摸显示屏（5）上予以显示。

3.如权利要求1所述的一种高等数学概率演示装置，其特征在于，所述二维码扫描识别装置（16）包括通过支撑架固定于所述圆板（21）上的分别与圆板（21）相平行的导向滑轨（17）以及齿条（18），所述齿条（18）与齿轮相啮合，齿轮与第三步进电机（19）的输出轴通过键连接，所述第三步进电机（19）与滑动连接件相固定，滑动连接件与导向滑轨（17）滑动连接，所述滑动连接件还通过连接杆固定有二维码扫描识别模块，所述第三步进电机（19）通过第三电机控制器与所述微处理器信号连接；当所述震动装置（11）震动后，所述微处理器不再接收到所述遮挡信号时，所述微处理器通过第三电机控制器控制所述第三步进电机（19）转动，从而带动所述二维码扫描识别模块沿所述导向滑轨（17）移动，在移动的过程中二维码扫描识别模块对所述圆板（21）进行扫描。

4.如权利要求1所述的一种高等数学概率演示装置，其特征在于，所述电磁铁（7）以及弹簧（3）的数量均为3-8个；所述微处理器是MSP430单片机或PLC控制器。

5.如权利要求1所述的一种高等数学概率演示装置，其特征在于，所述设定的时长为0.1-0.5秒；所述设定的次数为10-25次。

6.如权利要求1所述的一种高等数学概率演示装置，其特征在于，所述透明材料是钢化玻璃或有机玻璃。

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