MATLAB和c#混合编程实现心电图显示软件
[在此处输入文章标题]
由于MATLAB自带的GUI平台设计的界面不是很美观而且设计过程并不是很方便，我们选择了用c#来做软件界面的实现。我们用MATLAB做信号处理封装成函数，把函数编译成dll格式，然后用c#调用MATLAB的函数即可。在设计过程中遇到两个主要的麻烦，一个是MATLAB和c#数值类型的转化问题，而且c#函数多输出、多输入问题是从来没有遇到过的，另一个问题是实现动态的绘制心电曲线，我最后通过一个定时器不断的刷新画图解决了这个问题。下面详细介绍实现过程。
1 c#调用matlab函数
matlab版本2013a，c#版本vs2010.
1.1 matlab函数编译成dll文件
（1）首先编写一个函数的m文件，如MatrixOpera表示两个矩阵相加和相减。
%--------------------------------------------------------
function [addRlt,minusRlt]=MatrixOpera(a,b)
% 矩阵相加,相减
[m1,n1]=size(a);
[m2,n2]=size(b);
if m1~=m2 || n1~=n2
display('矩阵大小不相同')
error('参数错误');
end
addRlt=a+b;
minusRlt=a-b;
end
%-----------------------------------------------------------
两个输入参数，两个输出参数，并且都是矩阵形式
（2）在matlab 命令窗口输入deploytool，弹出如下窗口
或者点击matlab的主菜单 desktop→deploy tool获得如下面图所示的窗口，然后在file→new→deployment project 中点击。获得上图窗口，修改工程名称和文件后缀名（必须是，.Net Assembly格式）
（3）新建了一个叫matPrj的工程（它相当于c#中的命名空间namespace）；然后给它增加class或类（它就是c#中的类），点[add class]比如myMathClass；之后再给它添加方法（它就是函数了），点[add files]，如下图所示。本实例中给它添加了MatrixOpera等函数。
![clip_image010[1]](http://images2015.cnblogs.com/blog/904258/201603/904258-20160311104817819-948176598.gif "clip_image010[1]"){kind=small}
（4）完了之后就可以编译了。编译出来后需要一两分钟的时间。
（5）找到该工程存放的文件夹，从里面拷出matPrj.dll文件。同时还要从G:\Program Files\MATLAB\R2009b\toolbox\dotnetbuilder\bin\win32\v2.0拷贝出MWArray.dll和ManagedCPPAPI.netmodule。第二个文件必须要哦，否则可能会出错。
1.2 c#添加matlab的dll引用
（1）打开vs2008，新建一个窗体应用程序。
（2）将刚才拷贝到的那3个文件一起放在vs工程（CallMatlabDllApp）的debug文件夹下面。然后右键下图中的引用，选择添加引用，弹出一个窗口，选择其中的浏览页面，分别添加matPrj.dll文件和MWArray.dll文件。
（3）最后在前面，代码的前面添加下面的命名空间即可。
using MathWorks.MATLAB.NET.Arrays;//在MWArray.dll，最常用的
using MathWorks.MATLAB.NET.Utility;// 在MWArray.dll，最常用的
using matPrj;//这个就是我们自己定义的，里面有matlab函数
如果matlab函数复杂，还需要用到其他的空间，则视情况而定，自己凭经验添加。
至此，已经可以利用c#调用我们用matlab编写的函数了。
1.3 函数调用
函数调用前必须注意：
（1）将c#的参数输入到matlab函数时，要将参数转化为matlab的参数形式，通常是MWArray类型。
（2）matlab返回的参数，也要转化为c#用的类型，比如数组或者数值类型。
直接将值传递给已经初始化的MWArray数组中的成员
直接将数据类型赋值给已经初始化的MWNumericArray变量。
直接将字符串类赋值给已经初始化的MWCharArray变量。
如果是数组类型：
直接赋值给MWNumericArray变量；
赋值给MWArray变量，则在前面加上类型转换如：（MWNumericArray）进行强制转换。
总之，MWArray是总类型，其它的以MW开头，以Array结尾的变量类型都可以直接对它进行赋值或取值。
M类型到C++/C#数据类型
MWArray
M类型，它是M文件的编译后内部的标准类型，一切C++/C#类型都要最终转换成此类型，方可作为参数调用M语言函数。
MWCharArray
M的字符串类型，使用它可以将M中的字符类型转换成C++/C#的字符串类型。
MWNumericArray
MWNumericArray是MWArray与C#等语言的转换中间类型。
常用的转换函数：
① public Array ToArray(MWArrayComponent component);
将M类型转换成C#的Array类型，然后可以直接转换成其它类型的数组。
② public byte ToScalarByte();
将M类型转换成C#的字节类型；
③ public double ToScalarDouble();
将M类型转换成C#的双精度类型；
double temp = ((MWNumericArray)(mwArgout[0])).ToScalarDouble();
④ public float ToScalarFloat();
将M类型转换成C#的单精度类型；
⑤ public int ToScalarInteger();
将M类型转换成C#的整型类型；
⑥ public long ToScalarLong();
将M类型转换成C#的长整C/C++/C#数据型类型；
⑦ public short ToScalarShort();
将M类型转换成C#的短整型类型；
⑧ public override string ToString();
将M类型转换成C#的字符串类型；string arror = mwArgout[2].ToString();
⑨ public Array ToVector(MWArrayComponent component);
将M类型转换成C#的Array类型，然后可以直接转换成其它类型的数组。
下面使用调试过的代码示例表述①⑨两个函数的区别：
①
double[,] Temp1 = new double[1,3];
Temp1= (double[,])((MWNumericArray)mwArgout[1]).ToArray(MWArrayComponent.Real);
⑨
double[] s1 = new double[2];
s1 = (double[])((MWNumericArray)mwArgout[1]).ToVector(MWArrayComponent.Real);
（3）必须注意到多参数输入和多参数返回的问题。刚开始碰到这个这个问题比较头疼，后来经过不懈的努力，终于从网上找到答案。
声明这部分是我参考别人的想法自己写的额，网上百度知道也有我（lwq123_321）回答的。
//输入这里想传入的2个输入参数，为了支持矩阵好通用，所以得弄成Array
double[] a = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };//输入参数1
double[] b = { 2, 4, 6, 8, 10, 12 };//输入参数2
double[,] c = new double[3, 2];//输出参数1
double[,] d = new double[3, 2];//输出参数2
//这些参数都是矩阵
MWNumericArray ma = new MWNumericArray(3, 2, a);//转换成matlab需求的格式
MWNumericArray mb = new MWNumericArray(3, 2, b);
//输出参数是一个MWArray数组
MWArray[] agrsOut = new MWArray[2];//两个输出参数，一定要写数量
//输出几个输出参数可以是不同类型的，比如第一个元素是矩阵，第二个是数值
//同理，输入参数也是一个MWArray数组
MWArray[] agrsIn = new MWArray[] { ma,mb};
//调用函数，输出参数需要加 ref 关键字
myFun.MatrixOpera(2, ref agrsOut, agrsIn);
//2表示输入参数的个数，输出结构都在argsOut中，类似于c的指针参数输入
//转换得到实际的输出参数
MWNumericArray x1 = agrsOut[0] as MWNumericArray;
MWNumericArray x2 = agrsOut[1] as MWNumericArray;
c = (double[,])x1.ToArray();
d = (double[,])x2.ToArray();
//一定要注意最后c和d的转化，不同类型的转换差异很大厄
//ToArray()对应n*m的数组
//ToScalarDouble()对应单个数值
//ToVetor()对应1维数组
到此，已经实现了c#调用matlab函数的整个过程。
2软件界面的设计
2.1软件设计
C#有很方便的界面设计平台。下图是我最后完成的效果：
我实现了心电曲线的实时绘制，正常QT间期范围设置、QT间期、QR间期的实时显示、可以显示一分钟之内的平均QT间期、QT间期状态一栏可实现间期预警，如果QT间期大于正常QT间期范围则状态颜色由绿色变成红色。用了一个100ms的定时器，每次100ms之后触发一次画图，让曲线往右移一格，由于100ms很短，所以在视觉上形成了连续移动的效果。核心代码如下：
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.ComponentModel;
using System.Data;
using System.Drawing;
using System.Text;
using System.Windows.Forms;
using System.IO;
using MathWorks.MATLAB.NET.Arrays;//在MWArray.dll，最常用的
using MathWorks.MATLAB.NET.Utility;// 在MWArray.dll，最常用的
using third;
namespace MsPaint
{
public partial class Form1 : Form
{
public Form1()
{
InitializeComponent();
}
double[,] rbegin;
double[,] pend;
double[,] rpk;
double qt_mean;
double[] ce = new double[5];
MWArray d1;
double[,] f1;
MWArray[] agrsOut = new MWArray[4];//两个输出参数，一定要写数量
public Point[] ptlist;//存放点的数组
Point[] data = new Point[12000];
//Random rm = new Random();//随机数产生器
Timer mytimer = new Timer();//定时器
third.Class1 pcl = new Class1();
int 网格间距 = 12; //网格间距
int 网格偏移 = 0; //网格偏移
Pen 网格颜色 = new Pen(Color.FromArgb(0x00, 0x80, 0x40));
Pen 曲线颜色 = new Pen(Color.Lime);
Pen R颜色 = new Pen(Color.Red,1);
Pen Q颜色 = new Pen(Color.DeepSkyBlue, 1);
Pen T颜色 = new Pen(Color.DeepPink, 1);
int time_count = 20;
//窗口加载时调用
private void Form1_Load(object sender, EventArgs e)
{
//设置控件的样式和行为，以减少图像的闪烁
this.SetStyle(ControlStyles.OptimizedDoubleBuffer | ControlStyles.AllPaintingInWmPaint | ControlStyles.UserPaint, true);
this.SetStyle(ControlStyles.ResizeRedraw, true);
this.UpdateStyles();
}
draw drawtest = new draw();//创建类 draw 的实例
private void 打开OToolStripMenuItem_Click(object sender, EventArgs e)
{
OpenFileDialog d = new OpenFileDialog();
d.Filter = "(*.mat)|*.mat|所有文件(*.*)|*.*"; if (d.ShowDialog() == DialogResult.OK)
{
FileStream fs = File.OpenRead(d.FileName); StreamReader sr = new StreamReader(fs); string s;
string filename = d.FileName;
d1 =pcl.loaddata(filename);
// MessageBox.Show(filename);
MWArray[] agrsIn = new MWArray[] {d1};
pcl.pces(4, ref agrsOut, agrsIn);
MWNumericArray x1 = agrsOut[0] as MWNumericArray;
MWNumericArray x2 = agrsOut[1] as MWNumericArray;
MWNumericArray x3 = agrsOut[2] as MWNumericArray;
MWNumericArray x4 = agrsOut[3] as MWNumericArray;
rbegin = (double[,])x1.ToArray();
pend = (double[,])x2.ToArray();
rpk = (double[,])x3.ToArray();
f1 = (double[,])d1.ToArray();
qt_mean = x4.ToScalarDouble();
textBox4.Text = qt_mean.ToString();
for (int i = 0; i < 12000; i++)
{
data[i].X = (int)i;//强制类型转换，将double转为int，可能会丢失数据
data[i].Y = (int)((1000-f1[0, i*5]) * 250 / 4500 + 100);
}
this.timer1.Enabled = true;//可以使用
this.timer1.Interval = 100;//定时时间为100毫秒
this.timer1.Tick += new System.EventHandler(this.timer1_Tick);
this.timer1.Start();//启动定时器
}
}
private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
//动态添加一个定时器
timer1.Start();//启动定时器
textBox1.Enabled = false;
textBox5.Enabled = false;
}
private void button2_Click(object sender, EventArgs e)
{
timer1.Stop();
textBox1.Enabled = true;
textBox5.Enabled = true;
}
private void timer1_Tick(object sender, EventArgs e)
{
if (time_count == 1100)
time_count = 0;
else
time_count++;
网格偏移 = (网格偏移 + 1000) % 网格间距;
Invalidate();
Point[] temp = new Point[600];
for (int i = 0; i < 600; i++)
{
temp[i].X = i;
temp[i].Y = data[time_count * 10 + i].Y;
}
//调用绘图函数,这里的参数可以根据不同的测量给定不同的实参
//drawtest.DrawLineS(Color.Blue, 1200, 600, pictureBox1, ptlist);
int index = (int)time_count / 20;
double QT = (pend[0, index]-rbegin[0, index])/1000;
Graphics g2 = pictureBox2.CreateGraphics();//创建 PictureBox窗体的画布
if ((QT < double.Parse(textBox1.Text)) || (QT > double.Parse(textBox5.Text)))
{
g2.FillRectangle(Brushes.Red, g2.ClipBounds);
}
else
{
g2.FillRectangle(Brushes.LightGreen, g2.ClipBounds);
}
textBox2.Text = Convert.ToString(QT);
double QR = (rpk[0, index]-rbegin[0, index])/1000;
textBox3.Text = Convert.ToString(QR);
// drawtest.DrawLineS(Color.Blue, 400, 2400, pictureBox1, data);
Graphics g1 = pictureBox1.CreateGraphics();//创建 PictureBox窗体的画布
g1.FillRectangle(Brushes.Black, g1.ClipBounds);
//绘制纵线 从右向左绘制
for (int i = pictureBox1.Width - 网格偏移; i >= 0; i -= 网格间距)
g1.DrawLine(网格颜色, i, 0, i, pictureBox1.Height);
//绘制横线
for (int i = pictureBox1.Height; i >= 0; i -= 网格间距)
g1.DrawLine(网格颜色, 0, i, pictureBox1.Width, i);
for (int i = 0; i < 60; i++)
{
int line = (int)(rpk[0, i]/5-time_count * 10);
g1.DrawLine(R颜色, line, 0, line, pictureBox1.Height);
}
for (int i = 0; i < 60; i++)
{
int line = (int)(pend[0, i] / 5 - time_count * 10);
g1.DrawLine(T颜色, line, 0, line, pictureBox1.Height);
}
for (int i = 0; i < 60; i++)
{
int line = (int)(rbegin[0, i] / 5 - time_count * 10);
g1.DrawLine(Q颜色, line, 0, line, pictureBox1.Height);
}
//绘制曲线 若想曲线从右向左移动，则必须先绘制后面的
Pen p = new Pen(Color.Yellow, 1);//画笔
g1.DrawLines(p, temp);//五点绘图，直线连接
}
}
}
2.2软件的使用
在\MsPaint\bin\Debug目录下，双击：实时绘制曲线.exe运行如下图：
单击：文件-打开
由于我们只做了最后一个的处理，故只能选择最后一个打开，打开之后则可看到程序运行效果：
项目github：https://github.com/HUSTLX/electrocardiogram
