一、方案背景
在许多工业领域，如汽车制造、航空航天、机械装配等，对于螺丝、螺栓等连接件的拧紧不仅要求精确的扭矩控制，还需要对拧紧角度进行精准测量。传统的扭力扳手只能单一显示扭矩值，无法满足对拧紧角度的监测需求，而角度扭力同步数显扭力扳手可以同时显示扭矩和角度信息，能够更好地保证连接件的拧紧质量，提高产品的安全性和可靠性。
二、设计目标
实现扭矩和角度的高精度同步测量，扭矩测量精度达到±[具体精度值]，角度测量精度达到±[具体角度精度值]。
具备清晰、直观的数显界面，实时同步显示扭矩值和角度值，方便操作人员查看和操作。
可设置扭矩和角度的目标值，当达到预设值时能及时发出声光报警信号。
展开剩余86%支持数据存储和传输功能，方便后续的质量追溯和数据分析。
三、功能特性
（一）同步测量与显示
采用先进的扭矩传感器和角度传感器，能够实时、准确地同步测量拧紧过程中的扭矩和角度。
数显屏幕分为两个区域，分别清晰显示当前的扭矩值和角度值，操作人员可以一目了然地掌握拧紧状态。
（二）预设值设置与报警
通过操作按键，可以方便地设置扭矩和角度的目标值。这些预设值可以根据不同的工作需求进行灵活调整。
当拧紧过程中扭矩或角度达到预设值时，扳手会立即发出声光报警信号，提醒操作人员停止操作，确保拧紧质量符合要求。
（三）数据存储与管理
内置大容量存储器，可自动存储每次拧紧操作的扭矩和角度数据，包括测量时间、测量序号等详细信息。
支持按批次或时间顺序对存储的数据进行分类管理，方便查询和统计。
（四）数据传输与分析
配备数据传输接口，如 USB 接口、蓝牙接口等，可将存储的数据传输到计算机或其他数据处理设备。
提供配套的数据管理软件，对传输的数据进行进一步的分析和处理，生成详细的报表和图表，为质量控制和生产管理提供有力支持。
（五）单位切换与模式选择
支持扭矩单位（如 N·m、kgf·cm、lbf·in 等）和角度单位（如度、弧度等）的切换，满足不同用户的使用习惯和国际标准要求。
具备多种工作模式，如单次测量模式、连续测量模式等，可根据实际工作场景进行选择。
四、硬件设计
（一）传感器部分
扭矩传感器：选用高精度的应变式扭矩传感器，能够准确感知拧紧过程中的扭矩变化，并将其转换为电信号。
角度传感器：采用光电编码器或磁编码器等高精度角度传感器，实时测量拧紧的角度，并输出相应的电信号。
（二）信号处理模块
对扭矩传感器和角度传感器输出的电信号进行放大、滤波、模数转换等处理，将模拟信号转换为数字信号，以便微控制器进行处理。
（三）微控制器
作为整个扳手的核心控制单元，负责接收和处理信号处理模块输出的数字信号，进行数据计算、存储和显示控制。同时，根据预设值判断是否触发报警信号。
（四）数显屏幕
采用高分辨率的液晶显示屏，具有良好的可视性和对比度，能够在不同的光照条件下清晰显示扭矩和角度值。
（五）存储模块
选用大容量的闪存芯片作为数据存储模块，确保能够存储大量的拧紧数据。
（六）数据传输接口
根据设计要求，配置 USB 接口或蓝牙模块等数据传输接口，实现与外部设备的数据通信。
（七）电源模块
采用可充电电池作为电源，为扳手提供稳定的电力支持。电源模块具备过充、过放保护功能，延长电池的使用寿命。
五、软件设计
（一）数据采集与处理程序
编写程序实时采集扭矩传感器和角度传感器输出的数字信号，并进行数据处理和计算，得到准确的扭矩值和角度值。
对采集到的数据进行滤波处理，去除干扰信号，提高测量的准确性。
（二）显示控制程序
控制数显屏幕实时显示扭矩和角度值，更新显示内容的频率可根据实际需求进行调整。
设计友好的用户界面，显示预设值、报警状态等信息。
（三）预设值设置与报警程序
实现通过操作按键设置扭矩和角度的目标值，并将预设值存储在微控制器的存储器中。
当测量值达到预设值时，触发声光报警程序，控制报警装置发出相应的信号。
（四）数据存储与管理程序
设计数据存储算法，将每次拧紧操作的扭矩和角度数据按照一定的格式存储到存储模块中。
提供数据查询和管理功能，支持按条件查询存储的数据。
（五）数据传输程序
编写数据传输程序，实现与外部设备的数据通信。支持 USB 通信协议和蓝牙通信协议，确保数据传输的准确性和稳定性。
六、生产与校准
（一）生产制造
选用优质的原材料和零部件，确保扳手的质量和可靠性。
采用先进的生产工艺和设备，进行扳手的组装和调试。在生产过程中，严格按照质量管理体系进行质量控制，对每个环节进行检验和测试。
（二）校准流程
使用标准扭矩校准设备和角度校准设备对生产出来的扭力扳手进行校准。在校准过程中，在不同的扭矩点和角度点进行多次测量和调整，确保扭矩和角度的测量精度符合设计要求。
校准完成后，出具校准证书，证明该扳手的测量精度和性能指标符合相关标准。
七、使用与维护
（一）使用方法
打开扳手电源开关，等待数显屏幕显示正常。
根据需要设置扭矩和角度的目标值，选择合适的扭矩单位和角度单位。
将扳手头部与待拧紧的连接件连接，缓慢施加扭矩，观察数显屏幕上的扭矩值和角度值变化。
当达到预设的扭矩或角度值时，扳手发出声光报警信号，此时停止施加扭矩。
如需存储数据，可按相应的操作按键进行数据存储。查询数据时，通过操作按键选择数据查询功能，在屏幕上查看存储的测量记录。
进行数据传输时，使用相应的数据传输线或通过蓝牙连接将扳手与计算机或其他设备连接，按照软件提示进行数据传输操作。
（二）维护保养
定期清洁扳手表面，避免油污、灰尘等杂质影响传感器和电子元件的性能。
检查电池电量，及时充电或更换电池，确保扳手正常工作。
避免扳手受到剧烈撞击和振动，防止内部零部件损坏。
按照规定的时间间隔对扳手进行校准，确保测量精度始终符合要求。
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