MATLAB和c#混合编程实现心电图显示软件

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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。

（ 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：