滑坡和泥石流等地质灾害是世界上普遍存在的地质灾害,同时也是地震或者暴雨的次生灾害。这类灾害发生根本原因是边坡失稳,边坡失稳前期是一个变化缓慢的过程,随着时间积累土方内部位移超过阈值就会引发地质灾害,在大坝、深坑基挖掘、铁路路基防护和矿井作业上也常常会发生此类灾害。防止此类灾害的最为有效的手段就是对土方内部发生的微小位移变化进行长期监测,基于这个原理本文设计实现了 一种基于三轴MEMS加速度计阵列式的测斜仪,能够实现对微小位移进行监测,并可将监测情况进行图像呈现。本文设计的阵列式测斜仪是采用多个独立的测斜单元通过顺序编组方式相互协同工作,在静态方式下实现对土体内部微小偏移变化进行连续的自动监测。工作原理是阵列式MEMS加速度传感器模拟信号通过单片机进行采集并转换成数字信号最后传送到PC端,PC端通过相应算法解析出传感器空间姿态,通过图形显示系统形状变化。设计系统分为硬件通讯架构设计与软件数据解析与优化算法。通讯架构以RS485作为节点间通讯,STM32、16位高精度可编程AD芯片、MEMS加速度计单元模块三者实现节点内部通讯。系统以8个监测单元配合一个STM32单片机构成基本编组实现数据采集、模数转换和数据上传,单个或多个基本编组均可构成阵列式测量系统。软件算法方面采用卡尔曼滤波算法对传感器数据进行最优值估计,最终通过欧拉角与转换矩阵实现将加速度信号解析为传感器空间坐标,并借助MATLAB实现图形显示。通过测试,本设计系统单节测量单元最高可分辨0.07°倾角,1米长度的线性阵列单元末端能够测量5mm位移。本文主要工作内容体现在以下几个方面:(1)系统设计采用MEMS加速度传感器作为检测单元,通过STM32与AD芯片配合单元模块,实现一个MCU对八个单元模块的数据采集并以8个单元模块构成一个编组作为一个数据节点;(2)系统通讯方式分为两级实现,上级是以RS485方式实现上位机与编组节点单元通讯,次级通讯结构是编组节点与其负载的单元模块间数据传输。上级通讯实现数据互传,次级通讯结构是编组内部实现单元控制与数据采集;(3)对系统的非正交误差、比例因子和零偏输出值进行分析和校准,采用卡尔曼滤波实现过滤噪声信号对连输出数据进行最优估计,最后通过欧拉角法与转换矩阵实现姿态解析,将系统状态通过图形方式表现出来。