【MCJE】銅塊氧化農(nóng)場設(shè)計(jì)（含原理）
原視頻在這里：
然而銅塊的存在感可以比肩MC三大廢石，正如Mojang所期待，銅塊成為了MC中不可多得的建筑方塊，但銅塊在滿足建筑玩家的建造欲的同時(shí)，后勤卻無法忘記晾曬銅塊所支配的恐懼。而生電玩家勢必要破除這種恐懼。目前銅塊的量產(chǎn)是通過擊殺溺尸獲得的銅錠合成的，而網(wǎng)上關(guān)于銅塊氧化的生電機(jī)器的研究尚少，不過也有一些玩家設(shè)計(jì)了一些可行的銅塊氧化農(nóng)場，比如國外大佬cubicmetre系統(tǒng)的研究了銅塊的氧化原理，并先后設(shè)計(jì)的幾個銅塊氧化農(nóng)場。
想要設(shè)計(jì)出一款像cubicmetre這樣性能優(yōu)良的銅塊氧化農(nóng)場，那么就有必要了解一下銅塊氧化原理
隨機(jī)刻原理
在講解原理之前，我們需要了解一下隨機(jī)刻原理。在座各位Minecraft玩家或多或少會接觸到隨機(jī)刻，它是我的世界中重要的運(yùn)行規(guī)律之一，今天，讓我們從一種全新的視角認(rèn)識一下隨機(jī)刻。
在minecraft維基百科中，隨機(jī)刻是這么解釋的，“在Java版中，在每個游戲刻，執(zhí)行區(qū)塊刻的區(qū)塊中，每個區(qū)段默認(rèn)會被隨機(jī)選出randomTickSpeed個方塊給予隨機(jī)刻?！?/span>
其中游戲刻不必多說，但區(qū)段有必要解釋一下。在Minecraft中，游戲世界是以區(qū)塊的單位進(jìn)行加載的，一個區(qū)塊占據(jù)著世界水平方向的16×16的區(qū)域，然后我們按照16格的高度對區(qū)塊進(jìn)行均勻分割，得到的每個16×16×16的區(qū)域均是該區(qū)塊的一個區(qū)段。
對于randomTickSpeed這個參數(shù)，修改過隨機(jī)刻的玩家一定不陌生，它是一個可修改參數(shù)，默認(rèn)為3，接下來的講解均按照默認(rèn)進(jìn)行。
被給予隨機(jī)刻的方塊會執(zhí)行對應(yīng)的隨機(jī)刻事件，比如銅塊氧化為斑駁的銅塊，農(nóng)作物生長等等。
重點(diǎn)來了，為了更加容易的理解隨機(jī)刻，在這里，我們賦予隨機(jī)刻時(shí)間尺度上的意義，和游戲刻一樣，用于衡量游戲時(shí)間。隨機(jī)刻與游戲刻之間的關(guān)系由隨機(jī)刻速度（也就是randomTickSpeed）決定。我們可以將一個游戲刻分為randomTickSpeed份，每份可以認(rèn)為是一個隨機(jī)刻（這里單位用randt表示）即1游戲刻 = randomTickSpeed 隨機(jī)刻。
默認(rèn)情況下，1s = 20gt = 60 randt。
在每個隨機(jī)刻中，每個區(qū)段隨機(jī)選且僅選一個方塊執(zhí)行隨機(jī)刻事件。而我們很容易得到在區(qū)段中隨機(jī)選擇到任意一個方塊的概率：
銅塊氧化過程一共分為四種階段，分別是未銹蝕、斑駁、銹蝕和氧化，我們分別將這四種狀態(tài)記為ABCD，氧化過程是按照順序依次進(jìn)行的，銅塊每次執(zhí)行隨機(jī)刻事件，最多氧化到下一階段，不會跳級氧化。
在講解銅塊的氧化原理之前，我們需要了解一種距離測量方式——曼哈頓距離。在Minecraft中，曼哈頓距離可以用兩方塊坐標(biāo)在坐標(biāo)系上的絕對軸距之和表示，例如圖示兩個方塊的曼哈頓距離等于它們在x軸、y軸和z軸軸距的絕對值之和，為2+2+2=6。
當(dāng)銅塊被隨機(jī)刻選中后，該銅塊進(jìn)行接下來的操作。
1、Pt1=5.688889%的概率繼續(xù)執(zhí)行
2、判斷該銅塊是否已經(jīng)完全氧化，即處于狀態(tài)D
3、判斷距離該銅塊曼哈頓距離小于等于4的方塊中是否有小于該銅塊的狀態(tài)的非涂蠟銅塊：
如果有，則該銅塊不會氧化到下一階段。
曼哈頓距離小于等于4用Minecraft中常用的術(shù)語可以表述為四階毗鄰內(nèi)。
4、分別統(tǒng)計(jì)該銅塊的四階毗鄰內(nèi)的大于和等于自身的狀態(tài)的非涂蠟方塊，分別記為j和k
5、目前為止，該銅塊會有Pt的概率氧化到下一個狀態(tài)，Pt的計(jì)算如下所示
通過流程圖，我們可以看，銅塊氧化的概率除了受到隨機(jī)刻和5.688889%這些固定概率之外，就只與自身狀態(tài)以及周圍銅塊的數(shù)量和狀態(tài)這些可變概率有關(guān)。
銅塊氧化機(jī)器可以分為高效率型和小體積型。
當(dāng)被隨機(jī)刻選中的銅塊的四階毗鄰內(nèi)沒有未涂蠟的銅塊時(shí)，銅塊的氧化不受其他銅塊的影響，氧化速度最快，這種是高效率型。當(dāng)有未涂蠟的銅塊時(shí)，銅塊的氧化會出現(xiàn)等待效應(yīng)，即氧化狀態(tài)高的銅塊會等待周圍氧化狀態(tài)低的銅塊，同時(shí)銅塊之間相互影響，進(jìn)一步降低銅塊的氧化速度，但是這種相比高效率型體積會小很多，因此我們稱這種為小體積型。
高效率型和小體積型，各有優(yōu)劣，我們應(yīng)當(dāng)根據(jù)自己的情況進(jìn)行選擇。本文主要探究一種高效率型的銅塊氧化機(jī)器。
當(dāng)銅塊的四屆毗鄰內(nèi)沒有其他的銅塊時(shí)，銅塊氧化為各個階段的概率是固定的。當(dāng)這些銅塊被隨機(jī)刻選中時(shí)，各個階段轉(zhuǎn)化為下一階段的概率分別如下所示：
未銹蝕A -> 斑駁B
斑駁B -> 銹蝕C 和 銹蝕C->完全氧化D
一個隨機(jī)刻只對每個子區(qū)塊隨機(jī)選擇一個方塊執(zhí)行隨機(jī)刻事件，根據(jù)Pb，我們可以計(jì)算出每個隨機(jī)刻，銅塊轉(zhuǎn)化為下一階段的概率：
銅塊氧化概率統(tǒng)計(jì)
在查閱銅塊氧化相關(guān)資料時(shí)，發(fā)現(xiàn)了cubicmetre已經(jīng)對銅塊氧化概率已經(jīng)有所研究，但他僅僅通過模擬實(shí)驗(yàn)獲得銅塊的氧化概率分布曲線，但作為理論紅石玩家，我需要從理論上獲得這些曲線。
銅塊氧化數(shù)學(xué)模型建立
對于銅塊的氧化過程，我們可以簡化為下列數(shù)學(xué)問題：
已知所有銅塊的四階毗鄰內(nèi)沒有未涂蠟銅塊，在每個隨機(jī)刻銅塊由未銹蝕轉(zhuǎn)化為下一階段的概率為PAB=Pbo1=1.043E-5，由斑駁和銹蝕轉(zhuǎn)化到下一個階段的概率為PBC= PCD=Pbo2 =1.389E-5。
假設(shè)世界中有一個未銹蝕的銅塊，求經(jīng)過t個連續(xù)的隨機(jī)刻后，該銅塊處于未銹蝕、斑駁、銹蝕和完全氧化四種狀態(tài)的概率分布。
遺憾的是，它不是一種常見的分布，接下來我們需要對其分析。設(shè)隨機(jī)變量X表示銅塊經(jīng)過t個連續(xù)的隨機(jī)刻后銅塊的狀態(tài)。首先隨機(jī)刻是離散的，因此隨機(jī)變量X是離散型隨機(jī)變量，對于離散型隨機(jī)變量，我們求出隨機(jī)變量X所有可能取值的概率即可。
為了了解銅塊的氧化過程，這里以4個連續(xù)的隨機(jī)刻為例，對銅塊的狀態(tài)的概率分布進(jìn)行分析。
如圖所示是最終狀態(tài)為A的氧化路徑示意圖，我們可以看到，這種情況的氧化路徑有且只有這一種,為AAAA，因此每個隨機(jī)刻，銅塊都需要保證不會被氧化到B狀態(tài)，每個隨機(jī)刻的概率為(1-P_AB)，因此最終狀態(tài)為A的概率為：
這個是最終狀態(tài)為B的氧化路徑示意圖，我們可以看到，這種情況的氧化路徑有這四種，其氧化路徑有AAAB、AABB、ABBB、BBBB。比如銅塊在第2個隨機(jī)刻由A氧化為B，在第1個隨機(jī)刻需要保證為A，概率為(1-P_AB)，在第2個隨機(jī)刻由A氧化為B，概率為P_AB，在后面的隨機(jī)刻需要保證銅塊不會由B氧化為C，因此概率為(1-P_BC)。因此這個路徑的概率為：
同理我們也可以算出其他三條路徑的概率P(X=B_0)、P(X=B_1)、P(X=B_3)。
將所有路徑的概率相加就是最終狀態(tài)為B的概率：
如圖所示是最終狀態(tài)為C的氧化路徑示意圖，我們可以看到，這種情況的氧化路徑有這六種，其氧化路徑有AABC、ABBC、ABCC、BBBC、BBCC、BCCC；
如圖所示是最終狀態(tài)為D的氧化路徑示意圖，我們可以看到，這種情況的氧化路徑有這四種，其氧化路徑有ABCD、BBCD、BCCD、BCDD；按照B的方法，我們也可以求出C，D的概率。
通過上述的分析，相信各位對4個連續(xù)隨機(jī)刻的銅塊的氧化過程有了一定的理解，接下來我們需要將隨機(jī)刻的數(shù)量推廣到t。其中最容易計(jì)算的就是最終狀態(tài)是未銹蝕的銅塊的概率
當(dāng)t個隨機(jī)刻后銅塊都沒有轉(zhuǎn)化，就是未銹蝕的銅塊的概率。
最終狀態(tài)為其他三種狀態(tài)的概率計(jì)算會稍微麻煩。我們可以看到t個隨機(jī)刻是一個離散量，即是有限的，因此我們只需將這一概型的分布律都計(jì)算出來，將最終狀態(tài)相同的概率加起來就是各個狀態(tài)的概率，因此
解釋一下，當(dāng)銅塊在前t1個隨機(jī)刻沒有轉(zhuǎn)化為狀態(tài)B，在第t1+1個隨機(jī)刻轉(zhuǎn)化為了狀態(tài)B，并且在之后的t-t1-1個隨機(jī)刻沒有轉(zhuǎn)化為狀態(tài)C，因此這些所有情況之和就是最終狀態(tài)為斑駁的銅塊的概率。
我們可以看到，在PB的計(jì)算公式中，有求和符號，不好直接計(jì)算，根據(jù)微積分的思想，當(dāng)隨機(jī)刻足夠大時(shí)，我們便可以將求和近似為積分運(yùn)算。
可以看到這個積分是可積的，并且我們可以使用matlab非常便捷的計(jì)算積分。
同理我們可以計(jì)算出銹蝕的銅塊和完全氧化的銅塊的概率：
通過matlab編程，計(jì)算并繪制出下列圖像
可以看到，這些曲線與cubicmetre擬合的曲線非常的近似，這些曲線是理論結(jié)果。
理論氧化曲線的驗(yàn)證
那么怎么確定我們算出的理論結(jié)果是正確的呢？最簡單的方法就是通過實(shí)驗(yàn)來模擬結(jié)果。由于模擬是比較耗費(fèi)時(shí)間，這里僅采樣部分隨機(jī)刻做模擬。
下圖中的星點(diǎn)是模擬的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)線為理論結(jié)果，可以看到理論結(jié)果與模擬結(jié)果吻合，基本驗(yàn)證理論的正確性。
在132000隨機(jī)刻附近，銅塊的占比相對均勻，也就是在37分鐘左右進(jìn)行回收具有較好的綜合效益。
最優(yōu)時(shí)間的確定
為了盡可能用少的時(shí)間獲得目標(biāo)銅塊，有必要確定一個最優(yōu)時(shí)間。假設(shè)同時(shí)曬100個未銹蝕的銅塊，我們可以得到t隨機(jī)刻后各個銅塊的產(chǎn)量，將產(chǎn)量除以對應(yīng)時(shí)間可以得到平均效率vB、vC和vD。
圖像如上所示，可以看到，斑駁的銅塊的平均效率幾乎為單調(diào)遞減變化，掛機(jī)時(shí)間越長，效率越低，沒有最優(yōu)時(shí)間。
銹蝕的銅塊和完全氧化的銅塊的最優(yōu)時(shí)間分別在75000隨機(jī)刻和270000隨機(jī)刻，也就是說將銅塊分別晾曬20.8和75分鐘時(shí)，可以得到最大效率的銹蝕的銅塊和完全氧化的銅塊。
第二章 活塞推動-高效型銅塊氧化農(nóng)場設(shè)計(jì)
想要設(shè)計(jì)銅塊氧化機(jī)器，可以分為三步走，第一步，設(shè)計(jì)出銅塊的氧化部分；第二步，設(shè)計(jì)出電控系統(tǒng)；第三步，設(shè)計(jì)出倉儲、收集和運(yùn)輸系統(tǒng)。
銅塊氧化系統(tǒng)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)過程的第一步，首先需要了解設(shè)計(jì)過程中的原理。根據(jù)之前的結(jié)論，為了由較好的綜合效益，每個銅塊需要晾曬40分鐘左右，因此我們需要根據(jù)這個時(shí)間進(jìn)行設(shè)計(jì)。
循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
任何設(shè)計(jì)都是由簡到繁再化繁為簡，對于自動化曬銅，銅塊必定會有輸入和輸出，輸入為未氧化的銅塊、輸出為晾曬40分鐘的銅塊。如果活塞的力大無窮，可以推動無限多個方塊，那么最簡單的方法便是將曬銅的通道設(shè)計(jì)成一條直線，輸入端每兩個銅塊之間放置四個介質(zhì)方塊隔開（這里圖中選擇的是平滑石頭作為介質(zhì)方塊）。
這時(shí)活塞推動方塊的周期T與這條直線上的方塊數(shù)n需要滿足下列關(guān)系，以保證每個銅塊在這條線上待的時(shí)間在40分鐘左右。
然而活塞最多只能推動12個方塊，因此我們需要最多每隔11個方塊添加一個活塞，于是這條直線就變成了蛇形曲線，如圖所示。
那么各位覺得這樣操作對上述關(guān)系的影響大嗎？影響并不大，中間活塞的數(shù)量僅僅影響啟動和停止的時(shí)間，當(dāng)這條線工作穩(wěn)定后，T和n的關(guān)系滿足這個關(guān)系。
我們簡單分析一下每個活塞的推動時(shí)間tp。當(dāng)左側(cè)活塞剛剛推動時(shí)，記該游戲刻為第0gt，此刻石墻的狀態(tài)改變，偵測器接收到來自石墻發(fā)出的PP更新，偵測器添加一個2gt的計(jì)劃刻，在第2gt的NTE事件，偵測器輸出信號，在此刻的BE事件，右側(cè)的活塞發(fā)現(xiàn)前方為B36方塊，無法推動，接著在這一刻的TE事件將這個B36變回原本方塊并發(fā)出NC更新，右側(cè)活塞接收到該方塊發(fā)出的NC更新，于是在第3gt的BE事件右側(cè)活塞推出，整個過程共記3gt，即tp=3gt =0.15s。
這時(shí)，我們會發(fā)現(xiàn)這條線的空間利用率較低，并且輸入與輸出之間的距離較大，不利于我們收集，因此我們可以適當(dāng)調(diào)整方塊之間的間距，并讓線路從中間對折，這時(shí)的輸入與輸出相距較近，方便我們進(jìn)行設(shè)計(jì)。調(diào)整后，每個活塞平均每次推動的方塊數(shù)量約為
如果直接這樣來應(yīng)用的話，我們會發(fā)現(xiàn)，輸入部分每個兩個銅塊之間需要放置四個介質(zhì)方塊，輸出部分也是需要回收介質(zhì)方塊，可以說是非常的麻煩。細(xì)心的小伙伴可能發(fā)現(xiàn)了，如果我們將輸入與輸出相連接，整個曬銅系統(tǒng)便形成了一個循環(huán)，而介質(zhì)方塊會自動進(jìn)入下輪循環(huán)中，我們只需要輸入并分離出銅塊即可，這便直接跳過了介質(zhì)方塊的回收。至此，我們遇到第一個技術(shù)性機(jī)器——銅塊替換裝置，也就是輸入新的銅塊同時(shí)將曬好的銅塊替換出來。
假設(shè)我們解決了介質(zhì)回收的問題，但是這個循環(huán)的啟動和停止無法完成，這便是我們遇到了第二個技術(shù)性機(jī)器——啟停裝置。我們先看一下下面這個簡化的循環(huán)系統(tǒng)。
左側(cè)的活塞不管怎么工作，系統(tǒng)中的方塊都不會移動，但是如果我們在右上方放置一個方塊并且觸發(fā)右上方的活塞工作，那么這個循環(huán)就會一直工作。
那么這時(shí)活塞的推動周期就是整個循環(huán)的工作周期Tc，它等于遍歷所有活塞所用的時(shí)間即
如果我們想讓活塞在每個循環(huán)周期內(nèi)多推動幾次，那就在啟動時(shí)增加填入循環(huán)系統(tǒng)的方塊即可，填入系統(tǒng)的方塊數(shù)量我們記為nq。
在設(shè)計(jì)這兩個裝置之前，我們還需要確定該循環(huán)系統(tǒng)的一些參數(shù)。計(jì)劃這條循環(huán)系統(tǒng)輸出銅塊的速度vc=300個/h，由于每兩個銅塊之間需要四個介質(zhì)方塊，因此每個活塞的推動速度va=5vc=1500個/h=25個/min。
我們可以得到活塞每次推動的周期
根據(jù)活塞推動方塊的周期T與方塊總數(shù)n的關(guān)系，可以得
整個循環(huán)用到的活塞數(shù)量np為
取np=134。則整個循環(huán)的工作周期Tc為
為了使每個活塞推動的平均速度滿足要求，啟動時(shí)插入循環(huán)系統(tǒng)中的方塊數(shù)量nq為
取8和9均可，這里取nq=9。
啟停裝置的設(shè)計(jì)
接著繼續(xù)設(shè)計(jì)啟停裝置，根據(jù)之前的分析，啟停裝置需要滿足下列兩個條件
1、啟停裝置需要有緩存，能夠存儲nq個方塊，即本設(shè)計(jì)為9個方塊；
2、啟停裝置需要能夠按照順序存儲和推出緩存中的方塊。
根據(jù)上述兩個條件，設(shè)計(jì)出了下列的啟停裝置，其工作如下所示：
當(dāng)啟動時(shí)，啟停裝置按照順序依次推出存儲在緩存中的方塊，當(dāng)接收到停止信號時(shí)，左側(cè)的一列活塞會將方塊同時(shí)推入緩存中，空余出的位置用于卸載剩余活塞的推力，從而使整個循環(huán)系統(tǒng)停止工作。在整個工作過程中，方塊之間的相對順序均為改變，保證整個曬銅系統(tǒng)效率的穩(wěn)定性。
此外，在啟停裝置接收到停止信號時(shí)，避免左側(cè)一列的活塞和下面的活塞的推出發(fā)生干涉，這里會等待下方的活塞推出方塊后，左側(cè)的活塞才會推出，從而避免整個循環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤。
在啟動過程中，啟停裝置每接收到1個啟動信號，推緩存的活塞僅僅會工作一次，因此啟動時(shí)需要配備一個啟動信號發(fā)生器。這個信號發(fā)生器按下開關(guān)后，會按照一定周期輸出9個脈沖信號，供啟停裝置啟動。
銅塊替換裝置的設(shè)計(jì)
接著需要設(shè)計(jì)銅塊替換裝置。如圖所示是銅塊替換裝置，圖片中能夠看到的就是裝置用到的所有元件。該機(jī)器的設(shè)計(jì)受到了的點(diǎn)撥，石頭在音符盒的下方會改變音符盒類型改變?yōu)榈坠模~塊、B36方塊和空氣一樣，在音符盒的下方時(shí)是音符盒原本的類型豎琴，利用這種差異來判斷銅塊的位置。
雖然這個銅塊替換裝置較為簡單，但是其底層原理相對復(fù)雜，需要用到微時(shí)序來分析，感興趣的可以獨(dú)自分析一下它的工作原理，如果能夠分析明白，說明你對紅石底層原理的認(rèn)識已經(jīng)比較深入了。該裝置的工作情況分為下列四種：
0->1：
如下圖所示為這一情況的工作過程。細(xì)心的朋友可能發(fā)現(xiàn)了紅石粉整整亮了4個gt，但是紅石比較器為什么會沒有輸出呢？我們從微觀方面分析就能明白其原因。
第0gt
BE事件
從左側(cè)的活塞開始推動的游戲刻記為第0gt，此刻，右側(cè)和左側(cè)的音符盒下方的方塊依次分別變成B36方塊，右側(cè)和左側(cè)的音符盒的種類先后變成豎琴，并分別發(fā)出PP更新。偵測器3首先檢測到PP更新，并給自己一個2gt的計(jì)劃刻，記為T3，接著偵測器1檢測到下方音符盒發(fā)出的PP更新，并給自己添加一個2gt的計(jì)劃刻，記為T1，第0gt結(jié)束。
第1gt，沒有標(biāo)志事件
第2gt
NTE事件
偵測器1和3有相同的優(yōu)先級，優(yōu)先級相同，看添加計(jì)劃刻的順序，偵測器3先添加的計(jì)劃刻，偵測器3首先執(zhí)行NTE3事件，偵測器3亮起，并且給自己添加一個2gt的計(jì)劃刻T3，紅石粉被激活，紅石粉發(fā)出NC更新，比較器接收到NC更新，給自己添加一個2gt的計(jì)劃刻記Tc。
接著偵測器1執(zhí)行NTE1給自己添加一個2gt的計(jì)劃刻T1，偵測器2檢測到偵測器1發(fā)出的PP更新，給自己添加一個2gt的計(jì)劃刻T2。
TE事件
活塞將方塊推到位，右側(cè)和左側(cè)的音符盒的種類先后變成底鼓，并分別發(fā)出PP更新，偵測器3和1接收到PP更新后，想要給自己添加計(jì)劃刻，但是，在一個gt內(nèi)，方塊最多添加一個計(jì)劃刻，偵測器3和1已經(jīng)添加了計(jì)劃刻T3和T1，于是這些計(jì)劃刻請求被忽略。
第3gt，沒有標(biāo)志性事件
第4gt
NTE事件
偵測器1、3和沒有指向二極管元件（比較器和中繼器）的比較器具有相同的優(yōu)先級，應(yīng)按照添加計(jì)劃刻的順序依次進(jìn)行。
偵測器3先執(zhí)行NTE3事件，偵測器3停止輸出，紅石粉熄滅，發(fā)出NC更新。比較器和中繼器如果在這一刻需要執(zhí)行NTE事件，那么在執(zhí)行完它的NTE事件之前，是不會添加計(jì)劃刻的。因此比較器接收到紅石粉的NC更新，并不會添加計(jì)劃刻。
比較器執(zhí)行NTEc事件，比較器計(jì)算出輸入為0，因此輸出信號為0。
偵測器1執(zhí)行NTE1事件，偵測器1停止輸出。偵測器2檢測到偵測器1發(fā)出PP更新，給自己添加2gt的計(jì)劃刻T2。
偵測器2執(zhí)行NTE2事件，偵測器2亮起，偵測器2要給自己添加的計(jì)劃刻T2被忽略。紅石粉亮起，并發(fā)出NC更新，比較器接收到紅石粉發(fā)出的NC更新，并給自己2gt的計(jì)劃刻Tc。
第5gt，沒有標(biāo)志性事件
第6gt
NTE事件
偵測器2先執(zhí)行NTE2，偵測器2停止輸出，紅石粉熄滅，發(fā)出NC更新，比較器忽略更新。
比較器執(zhí)行NTEc，比較器計(jì)算輸入為0，輸出信號為0。
工作過程如下圖所示，其中第一行表示時(shí)間，第二行表示事件，剩余的表示對應(yīng)事件產(chǎn)生的計(jì)劃刻。
1->2和2->3過程原理與0->1相同，細(xì)節(jié)方面有所差別，這里不再贅述。
1->2：
以上就是圖中0->1過程的所有標(biāo)志性事件，其結(jié)果是紅石粉表面上亮了4gt，但是實(shí)際上在第4gt產(chǎn)生了一個0gt的反脈沖，導(dǎo)致紅石比較器輸出為0，活塞沒有推出。
????????2->3：
3->4：活塞推出的推演
第0gt
BE事件
從左側(cè)的活塞開始推動的游戲刻記為第0gt，此刻，左側(cè)音符盒的種類由底鼓變成豎琴，并發(fā)出PP更新。偵測器1檢測到PP更新，并給自己一個2gt的計(jì)劃刻，記為T1，第0gt結(jié)束。
第1gt，沒有標(biāo)志性事件
第2gt
NTE事件
偵測器1執(zhí)行NTE1，偵測器1亮起并給自己添加一個2gt的計(jì)劃刻T1，偵測器2接收到偵測器1發(fā)出的PP更新，偵測器2給自己添加一個2gt的計(jì)劃刻T2。
TE事件
右側(cè)和左側(cè)音符盒的種類依次由豎琴變成底鼓，偵測器3先接收到右側(cè)音符盒發(fā)出的PP更新，給自己添加一個2gt的計(jì)劃刻T3。偵測器1會忽略左側(cè)音符盒發(fā)出的PP更新。
第3gt，沒有標(biāo)志性事件
第4gt
NTE事件
偵測器1執(zhí)行NTE1，偵測器1熄滅，偵測器2接收到偵測器1發(fā)出的PP更新，偵測器2給自己添加一個2gt的計(jì)劃刻T2。
偵測器2執(zhí)行NTE2，偵測器2亮起，偵測器2被拒絕給自己再添加一個2gt的計(jì)劃刻T2，紅石粉被激活，并發(fā)出NC更新，比較器接收到NC更新并給自己添加一個2gt的計(jì)劃刻Tc。
偵測器3執(zhí)行NTE3，偵測器3亮起，并給自己添加一個2gt的計(jì)劃刻T3。
第5gt，沒有標(biāo)志性事件
第6gt
NTE事件
偵測器2執(zhí)行NTE2，偵測器2熄滅，紅石粉仍然由偵測器3激活。
比較器執(zhí)行NTEc，比較器計(jì)算輸入為15，比較器輸出強(qiáng)度為15的紅石信號。
偵測器3執(zhí)行NTE3，偵測器3熄滅，紅石粉熄滅，比較器接收到紅石粉發(fā)出的NC更新，給自己添加一個2gt的計(jì)劃刻Tc。
BE事件
活塞被比較器激活并推出。
第7gt，沒有標(biāo)志性事件
第8gt
NTE事件
比較器執(zhí)行NTEc，比較器計(jì)算輸入為0，比較器熄滅。
BE事件
活塞接收到比較器的NC更新并開始縮回。
TE事件
銅塊替換完成。
工作流程見下圖：
另外，銅塊替換裝置可以將輸入輸出與循環(huán)系統(tǒng)隔離，當(dāng)輸入缺少銅塊時(shí)，會跳過此處的銅塊替換。當(dāng)輸出由于某種原因發(fā)生堵塞時(shí)，銅塊也無法完成替換，因此輸入輸出不會影響循環(huán)系統(tǒng)。
設(shè)計(jì)總結(jié)
設(shè)計(jì)出的每個曬銅系統(tǒng)的實(shí)際推動方塊數(shù)量為1020個，活塞的數(shù)量為138個，該曬銅系統(tǒng)的循環(huán)周期為Tc'= 138×0.15=20.7s，銅塊在該系統(tǒng)中實(shí)際的晾曬時(shí)間為39.1min，折合為隨機(jī)刻為140760randt。
根據(jù)不同狀態(tài)概率計(jì)算公式可以得到各個狀態(tài)的理論概率：
未銹蝕的銅塊????斑駁的銅塊????銹蝕的銅塊????氧化的銅塊
????????23.1%????? ???? 26.8%????? ??? ???26.1%?????? ? ?24.0%? ? ? ?
實(shí)際情況是銅塊的輸入和收集部分也會有部分銅塊氧化，會與理論結(jié)果有一定的偏差，但是這種偏差不會太大。
電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
銅塊晾曬農(nóng)場設(shè)計(jì)的第二步——電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的是為了方便玩家操作，盡可能的減小玩家錯誤操作對機(jī)器工作的影響。曬銅機(jī)的主要電控結(jié)構(gòu)圖如圖所示。
其中時(shí)序控制器是電控系統(tǒng)的核心，它的首要功能就是保證銅塊晾曬系統(tǒng)的正常工作。曬銅系統(tǒng)在接收到啟動信號后，并且在啟停裝置未將緩存中的方塊完全推出前，曬銅系統(tǒng)不能接收到停止信號，同理正常工作的曬銅系統(tǒng)在接收到停止信號后，并且在活塞的推力未完全回收前，也不能接收到下一次的啟動信號，否則會引起系統(tǒng)損壞。
時(shí)序控制器需要優(yōu)先保證上述時(shí)序，在它給曬銅系統(tǒng)發(fā)出啟動或停止信號后，需要至少冷卻Tc'=20.7s，這里選擇30s作為時(shí)序控制器的冷卻時(shí)間，圖中的AB和CD段就是啟動和停止的冷卻。在這兩個時(shí)間段，也就是綠色區(qū)域，時(shí)序控制器會濾除玩家多余的開關(guān)操作，并且在結(jié)束冷卻時(shí)間后才會讀取開關(guān)狀態(tài)并作出響應(yīng)。
簡單來說，時(shí)序控制器可以將曬銅系統(tǒng)的啟停和玩家的開關(guān)操作隔離開來，避免機(jī)器因玩家的誤操作而損壞。
曬銅系統(tǒng)有大量的活塞工作，如果由于某種原因而導(dǎo)致區(qū)塊卸載，那么正常工作的銅塊晾曬系統(tǒng)必定損壞。區(qū)塊加載器能夠避免由于玩家離開引起的區(qū)塊卸載。很顯然，在開機(jī)的那一刻，區(qū)塊加載器就要開啟，直到所有銅塊晾曬系統(tǒng)停止工作后在關(guān)閉，它的時(shí)序圖如圖所示。區(qū)塊加載器也并非萬能的，如果服務(wù)器和單人存檔發(fā)生了崩潰或者單人存檔直接保存并退出，正常工作的銅塊晾曬系統(tǒng)也會發(fā)生損壞。
銅塊輸入部分和TNT復(fù)制部分分別連接銅塊晾曬系統(tǒng)的輸入和輸出，為了銅塊能夠及時(shí)輸入和輸出，這兩個部分的時(shí)序與區(qū)塊加載器保持一致，覆蓋整個工作時(shí)間段。
除此之外還有一些人性化提示，在掛機(jī)點(diǎn)左側(cè)的紅石燈顯示農(nóng)場是否工作，掛機(jī)點(diǎn)背后有關(guān)閉提示音，它提示玩家機(jī)器正在關(guān)閉，請等待提示音停止后離開。此外，還有空潛影盒滿缺提示和雜物提示，它們并不受時(shí)序控制器的控制。這些人性化提示不是重點(diǎn)，就不詳細(xì)介紹了。
另外，控制開關(guān)的還有兩個裝置，分別是輸入檢測器和收集滿檢裝置。輸入檢測器可以檢測到一定時(shí)間內(nèi)玩家是否放置銅塊，如果沒有，它會關(guān)閉銅塊晾曬農(nóng)場，這適用于長時(shí)間掛機(jī)的自動關(guān)機(jī)。收集滿檢裝置檢測箱子是否裝滿，如果裝滿，則會自動關(guān)閉并鎖定農(nóng)場開關(guān)，同時(shí)亮起對應(yīng)的指示燈并發(fā)出警報(bào)提示。此時(shí)玩家無法再次開機(jī)，只有玩家清理箱子中的潛影盒后，才能農(nóng)場繼續(xù)開機(jī)工作。
倉儲、收集和運(yùn)輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
銅塊晾曬農(nóng)場設(shè)計(jì)的第三步是倉儲、收集和運(yùn)輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。其系統(tǒng)框圖如下圖所示，接下來我會逐一介紹。
綠色模塊代表外部輸入的掉落物物品，藍(lán)色模塊代表終端存儲單元，橙色部分表示掉落物物品處理裝置，藍(lán)色箭頭代表水道，表示不同模塊之間的運(yùn)輸關(guān)系。
首先，散裝或者盒裝銅塊通過輸入通道輸入，經(jīng)水道流至如左圖所示的潛影盒篩選器，潛影盒篩選器負(fù)責(zé)分離潛影盒和非潛影盒類物品，它是利用投擲器不能向潛影盒內(nèi)投擲潛影盒的原理將潛影盒與普通物品分離。
分離出的潛影盒會存放在右圖的存儲倉庫，存儲倉庫改自設(shè)計(jì)的盒子倉庫，如果覺得使用盒子倉庫太浪費(fèi)，可以自行改為其他簡單的倉庫即可。存儲倉庫可以至少存儲大約1600盒銅塊，如果倉庫存滿，多余的潛影盒會運(yùn)輸?shù)诫s物箱中。
潛影盒篩選器分離出的非潛影盒類物品會輸送至下圖的銅塊篩選器，它是整個運(yùn)輸系統(tǒng)的核心。可能有玩家擔(dān)心如果不小心將其他物品或者裝有其他物品的潛影盒扔進(jìn)了輸入通道那么怎么辦？銅塊篩選器就是為了解決這一問題而設(shè)計(jì)的，從本質(zhì)上講，銅塊篩選器就是一個漏斗分類機(jī)，它會篩選來自潛影盒篩選機(jī)、四倍速解包機(jī)和分類打包機(jī)等輸送過來的物品，將非銅塊的物品統(tǒng)統(tǒng)扔到雜物箱中。
當(dāng)雜物箱中有物品時(shí)，農(nóng)場會發(fā)出警報(bào)，玩家聽到警報(bào)后，盡量清理完雜物箱中的雜物，再繼續(xù)掛機(jī)，避免雜物過多，導(dǎo)致不必要的損失。
銅塊篩選器篩選出的銅塊會暫時(shí)存儲在銅塊分配器中，銅塊分配器會按照一定的速度給玩家分配銅塊，保證玩家銅塊的充足供應(yīng)。玩家多余的銅塊會再次通過銅塊篩選器暫存在銅塊分配器中。
存儲倉庫中存儲的盒裝銅塊會通過下圖所示的四倍速解包機(jī)進(jìn)行解包，解包后的物品會輸送給銅塊篩選器。解完包得到的空潛影盒會送至分類打包機(jī)進(jìn)行重復(fù)利用。
晾曬40分鐘的銅塊會被TNT炸成掉落物，并輸送到下圖所示的分類打包機(jī)，它采用的是二倍速分類打包機(jī)，從左到右依次對氧化的銅塊、銹蝕的銅塊和斑駁的銅塊進(jìn)行分類打包，未銹蝕的銅塊會輸送到銅塊篩選器。分類打包機(jī)會將打包好的盒子存儲在收集箱中。
一般來說，分類打包機(jī)不需要補(bǔ)充空潛影盒，但如果缺少空潛影盒，農(nóng)場會發(fā)出警報(bào)，提醒玩家補(bǔ)充空潛影盒。
使用說明
從銅塊輸入通道輸入盒裝或者少量散裝未銹蝕的銅塊；
打開銅塊氧化農(nóng)場的開關(guān)，坐進(jìn)礦車，手持銅塊一直右鍵即可。這里推薦將掛機(jī)者的背包僅僅保存一個槽位放置銅塊，用其他的物品填滿剩余的背包空間。
中途不想掛機(jī)，點(diǎn)擊開關(guān)，待關(guān)機(jī)警報(bào)停止后，離開即可。
特殊情況，如果掛機(jī)過程中，出現(xiàn)警報(bào)，請第一時(shí)間處理：
雜物警報(bào)：表明扔進(jìn)去的盒子中含有非銅塊的物品，清理完雜物，避免雜物溢出，引起不必要的損失。
滿箱警報(bào)：收集倉庫滿箱時(shí)，農(nóng)場發(fā)出警報(bào)并自動關(guān)機(jī)。
缺盒警報(bào)：如果打包機(jī)缺少空潛影盒，會發(fā)出警報(bào)，請及時(shí)補(bǔ)充潛影盒。
效率：斑駁的銅塊——2915/h 銹蝕的銅塊——2328/h 氧化的銅塊——2492/h。
之前講的活塞推動的高效型銅塊氧化農(nóng)場，有三個比較明顯的缺點(diǎn)，首先使用活塞遞推，抗卸載能力就比較差，其次農(nóng)場工作時(shí)，推動的方塊數(shù)量很多，卡頓也很明顯，最后農(nóng)場建設(shè)過程中需要預(yù)先使用一些銅塊，這些銅塊我們是無法利用的。
那么除了使用活塞推銅塊進(jìn)行晾曬，就只剩下玩家自己擺銅塊了。如果玩家能夠直接將銅塊放置到晾曬位置，就能夠解決上述的問題。
銅塊氧化農(nóng)場主要分為兩大部分，分別是銅塊的氧化系統(tǒng)和電控和輸送系統(tǒng)。
銅塊氧化系統(tǒng)設(shè)計(jì)
銅塊放置系統(tǒng)設(shè)計(jì)
既能夠讓玩家脫手掛機(jī)，又能夠讓玩家直接將銅塊放置到指定位置，首先能夠想到的就是軌道系統(tǒng)。我也知道玩家的時(shí)間是十分珍貴地，掛機(jī)方銅的重任就交給假人去做，但是這個農(nóng)場的掛機(jī)任務(wù)能且僅能交給假人去做，待會兒會解釋原因。
如圖所示，假人手持銅塊且處于持續(xù)右鍵狀態(tài)，當(dāng)假人移動時(shí)，假人會在玻璃前僅放置一個銅塊。有的觀眾可能會疑惑，為什么假人每次只放一個方塊而不是兩個或更多方塊。當(dāng)玩家持續(xù)右鍵放置方塊后，會有一個較短冷卻時(shí)間，冷卻時(shí)間過后才會放置下一個方塊，而假人在玻璃方塊停留的時(shí)間小于這個冷卻時(shí)間，因此假人經(jīng)過時(shí)僅會放置一個銅塊。
如果是玩家放銅，我們很難保證玩家在放銅過程中視角不發(fā)生改變，一旦視角在水平方向有點(diǎn)偏轉(zhuǎn)，銅塊就會放在錯誤的位置，如圖所示，因此在假人掛機(jī)時(shí)務(wù)必將假人的視角調(diào)正，可以使用?/player 假人 look 方向?指令調(diào)整假人的視角。
銅塊的回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)銅塊回收系統(tǒng)時(shí)，我的思路一直集中在如何讓放置好的銅塊聚集并回收，導(dǎo)致回收裝置非常復(fù)雜，正在我一籌莫展時(shí)，突然有個想法突襲而來，為什么必須將銅塊集中后再用TNT炸掉，不如直接從根源解決問題，讓TNT轟炸每一個曬銅的位置，銅塊的掉落物就要好收集許多。
但這對銅塊的晾曬空間提出了兩點(diǎn)非常苛刻的要求，其一是銅塊成為掉落物后需要毫無遮擋的掉落到水道中收集，其二，曬銅的空間需要是一個防爆空間，避免TNT爆炸損壞附近的軌道系統(tǒng)以及其他設(shè)施。
對于第一個要求，可以將曬銅空間設(shè)計(jì)為兩面平行的防爆墻，銅塊均勻合理的在其中進(jìn)行晾曬。在收集時(shí)，TNT需要從自下向上炸銅，即可避免上方的掉落物掉落到下方的銅塊上造成損失。
接著需要滿足第二個防爆要求，mc中最常見的防爆方塊就是黑曜石和含水方塊，黑曜石造價(jià)相當(dāng)昂貴且施工也很不方便，于是就只剩下含水方塊了，經(jīng)過許多嘗試，最終發(fā)現(xiàn)了1.19新加的含水樹葉和黑曜石一樣的具有良好抗爆性，且每個含水樹葉僅占一個空間，完美符合要求。
到這里，我們還差最后一個重要的環(huán)節(jié)，如何將銅塊放置到防爆空間。于是我在軌道系統(tǒng)的那一側(cè)防爆墻設(shè)計(jì)的下面這種結(jié)構(gòu)。
含水樓梯2和上方的流動的水替代原來的含水樹葉，保證抗爆性，含水樓梯2能夠使其上方流動的水向下流動，而不是繼續(xù)向外流動，而假人剛好可以通過含水樓梯1的縫隙，也就是青色部分放置銅塊。另外這種設(shè)計(jì)也有另一種好處，由于銅塊炸掉后，掉落物可能會掉落到含水樓梯2的邊緣，而上方的流動的水可以將掉落物沖掉，盡可能的減少掉落物的損失。
銅塊的二維最密堆積
為了在二維平面上放置更多的銅塊，銅塊盡可能的采用最密堆積。
如圖所示為銅塊的二維最密堆積，相鄰兩個銅塊之間的最小曼哈頓距離均為5。根據(jù)這個堆疊方式，設(shè)計(jì)出下列的軌道系統(tǒng)。
TNT復(fù)制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
不難發(fā)現(xiàn)，TNT復(fù)制系統(tǒng)需要能夠火力完全覆蓋到整個矩形區(qū)域，為了達(dá)到這個目的，干脆直接安裝一排TNT復(fù)制機(jī)。在正對復(fù)制TNT的下方均放置一個活板門，這樣復(fù)制的TNT會先掉落到活板門上，通過控制復(fù)制TNT和活板門的開關(guān)之間的時(shí)間差來控制TNT的下降高度，從而實(shí)現(xiàn)TNT火力的完全覆蓋。
其問題的關(guān)鍵轉(zhuǎn)化為了改變時(shí)間差的裝置，這個裝置也是非常的簡單的，它由主要由上方的投擲器鏈和下方的中繼器延時(shí)鏈組成，初始狀態(tài)，B側(cè)的投擲器會有一個物品，A側(cè)的活塞推動，發(fā)出信號，經(jīng)過上方的中繼器鏈會使投擲器鏈中的物品向左移一位。
比較器會偵測到投擲器中的物品，輸出信號使得活塞推出。下面才是重點(diǎn)，當(dāng)上方的中繼器鏈最終激活充能鐵軌，首先輸出TNT復(fù)制信號，接著當(dāng)信號傳遞到中繼器延時(shí)鏈，偵測器首次偵測到中繼器的變化，并通過活塞推出的方塊輸出到充能鐵軌上，最終輸出活板門開啟信號。A側(cè)發(fā)出每發(fā)出一個信號，活塞就會向A側(cè)移動一位，TNT復(fù)制和活板門開啟的時(shí)間差就會逐漸增加，從而實(shí)現(xiàn)TNT自下而上的爆炸。
接著我們只需在A側(cè)添加合適的時(shí)鐘和計(jì)數(shù)裝置即可實(shí)現(xiàn)自動輸出，效果如下圖所示。
將上述裝置直接連接到所有TNT復(fù)制機(jī)就可以了嗎？答案是否定的，因?yàn)槲覀冇龅搅艘粋€棘手的問題，相鄰兩個TNT連續(xù)爆炸會炸毀剛剛生成的銅塊掉落物。因此我們需要將TNT復(fù)制機(jī)進(jìn)行分組分時(shí)爆炸，將TNT復(fù)制機(jī)分成下列四組，相鄰兩個TNT的爆炸范圍不會相交，保證掉落物不會被炸損。
最終的效果如圖所示，這種方案的銅塊回收率為99.5%。
電控和輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)
如圖所示是該銅塊氧化農(nóng)場的電控盒輸送系統(tǒng)框圖，其中紅色代表紅石電路信號、藍(lán)色表示物品的流動、橙色表示整個農(nóng)場的軌道工程。
順序單選器
順序單選器是改自單選器，當(dāng)發(fā)車處有假人掛機(jī)且倉庫中有銅塊（假人和倉檢Flag均有效），順序單選器會優(yōu)先選擇位置靠前且空閑的銅塊晾曬單元，并使放銅指示燈閃爍，如果所有的銅塊晾曬單元均在晾曬銅塊，則不會有響應(yīng)。
順序單選器選中后會輸出控制信號，控制軌道開關(guān)和水道開關(guān)，使假人和銅塊能夠通向?qū)?yīng)的銅塊晾曬單元。接著向銅塊分配器發(fā)出工作信號。
銅塊分配器
此時(shí)銅塊分配器會首先補(bǔ)充假人身上的銅塊，待假人身上的銅塊補(bǔ)充完成后，發(fā)出發(fā)車信號，假人出發(fā)，接著銅塊分配器向銅塊晾曬單元的銅塊補(bǔ)給系統(tǒng)補(bǔ)充剩余的銅塊。
銅塊補(bǔ)給系統(tǒng)
假人在掛機(jī)時(shí)，手中的銅塊是不會自動補(bǔ)充的，在假人將手中銅塊放完之前，我們需要給假人補(bǔ)充合適數(shù)量的銅塊。假人放置一層銅塊需要平均消耗14.5個銅塊，因此每四層至少需要給假人補(bǔ)給一次銅塊。
當(dāng)假人剛進(jìn)入對應(yīng)的軌道系統(tǒng)時(shí)，會啟動銅塊補(bǔ)給系統(tǒng)。銅塊補(bǔ)給系統(tǒng)能夠?qū)~塊分配器補(bǔ)給的銅塊分四次依次供給到第4、8、12、16層，當(dāng)假人經(jīng)過時(shí)會將銅塊撿起。
超長計(jì)時(shí)器
假人放置完該單元的銅塊后，會啟動超長計(jì)時(shí)器，該計(jì)時(shí)器能夠計(jì)時(shí)40分鐘，計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)會觸發(fā)TNT復(fù)制系統(tǒng)，并復(fù)位銅塊補(bǔ)給系統(tǒng)。
假人在返回發(fā)車處時(shí)，會清除放銅指示燈，并對應(yīng)的曬銅指示燈。
在TNT復(fù)制系統(tǒng)將轟炸完后，它會發(fā)出紅石信號，清除對應(yīng)的曬銅指示燈。
使用說明
召喚假人，坐上礦車，持續(xù)右鍵并將假人面向正東方向，代碼如下
player Alex use continuous,player Alex look east，打開開關(guān)即可開始掛機(jī)。“假人正在放銅”指示燈閃爍，表示假人正在此單片進(jìn)行放銅任務(wù)，放完銅塊后，會將對應(yīng)的“正在曬銅”指示燈點(diǎn)亮，表明當(dāng)前的曬銅狀態(tài)。
掛機(jī)完后，點(diǎn)擊打包機(jī)潛影盒回收按鈕可以回收打包機(jī)中晾曬好的銅塊。
每個單片會晾曬銅塊40min。
效率：斑駁的銅塊：601.8/h 銹蝕的銅塊：523.2/h 氧化的銅塊：533.4/h
存檔地址：
https://wwnk.lanzouk.com/b01l5ia5g
密碼:8kv0
