水平仪从过去简单的气泡水平仪到现在的电子水平仪已经历经多次更新。作为一种通用工具它已成为桥梁架设、铁路铺设、土木工程、地质勘探、石油钻井、航空航海、工业自动化、智能平台、机械加工等领域不可缺少的重要仪器。 目前国内已有的水平仪不能很好的满足生产和应用的需求，国内电子水平仪的生产和研制能力与国外相比相对落后。尤其是存在着智能化程度不高，对数据缺乏处理能力，无法一次性测量出被测面倾斜角和方位角等缺点。 本文在对电子水平仪进行设计研究的基础上，还对整个仪器系统的误差进行了分析，针对产生误差的原因，提出了一系列的改进措施，从而提高了仪器的精度，增强了仪器的实用性。 本文主要完成了以下几部分工作： 1.对水平仪的测量原理进行了设计，分别推导了传感器三点布置方式和两点布置方式的算法，经过比较后，采用了经济简便的两点布置方案。 2.对几种位移传感器进行了比较，选择了变极距型电容传感器作为测量系统的传感器。随后，对电容检测电路进行了研究，采用运算放大器检测电路作为电容-电压的转换电路，为了保证运算放大器检测电路的精度，采用电缆驱动电路屏蔽外界的电磁干扰，设计了高精度的正弦波信号源作为运算放大器的激励源，设计了交直流滤波、交直流放大、限幅电路等保证运算放大器的输出信号的正确性。 3.采用ATMEL89C55WD作为微处理器，对单片机外围电路如复位电路、按键电路、AD转换电路、数码显示电路等进行了设计和研制。 4.采用KEILC作为软件编程工具，对按键服务程序、AD转换程序、滤波程序、数据处理程序、数码显示程序进行了设计编写。 5.采用MATLAB为分析工具，对测量电路和机械系统的相关参数对测量系统的影响进行分析，提出了相关的改进措施。 本文所研究、设计的电子水平仪，待测平面的倾斜角度和倾斜方位信息可一次实时提取，解决了平面倾斜度测量中一些传统水平仪无法解决的问题，适用于与各类工业现场。