本项目旨在为生物实验提供一套集成了生物体征（体重、体温、RFID 标签）自动化采集、药物剂量精密计算以及实验数据集中记录与管理的数字化解决方案。整个系统采用 C/S (Client-Server) 架构，通过 WebSocket 实现前后端实时通信，并利用 Python/Flask 框架处理硬件接口和数据逻辑。

1. 项目目标与技术选型

核心技术栈：

• 后端 (Server)： Python (Flask, Flask-SocketIO, Serial/MODBUS 库)

• 前端 (Client)： HTML5, CSS3, JavaScript (Socket.IO Client)

• 通信协议： WebSocket (Socket.IO), 串口通信 (RS232/USB转串口), MODBUS-RTU

2. 服务端开发记录 (Backend Log)

服务端是系统的核心大脑，主要负责硬件设备的连接、数据的稳定采集、业务逻辑计算及数据持久化。

2.1 硬件抽象与连接管理

• 功能： 统一管理电子秤 (COM3)、温度计 (COM10) 和 UHF RFID 阅读器 (COM8) 的连接状态。

• 实现： 使用 Python 的串行通信库封装硬件驱动层。在服务器启动时尝试连接并持续监听，并通过 SocketIO 将连接状态和实时数据（体重、温度）推送到前端。

• 优势： 实现了硬件的插拔管理和连接状态可视化，方便用户在前端进行连接/断开操作（通过调试面板）。

2.2 实时数据采集与推送

• 逻辑： 电子秤和温度计持续采集数据，并通过 socket.emit('weight_update', ...) 和 socket.emit('temperature_update', ...) 实时广播到所有连接的客户端。

• RFID 流程：

  1. 客户端发起 socket.emit('start_scan')。

  2. 后端启动 RFID 监听，实时将扫描到的 ID 暂存并推送到客户端 (rfid_update)。

  3. 成功锁定 ID 后，触发 scanned_id_found 事件，通知客户端扫描成功，并携带最新的体重和时间戳。

2.3 数据持久化与查询

• 元数据 (mouse_metadata)： 存储 RFID_ID、小鼠名称 (Mouse_Name)、基数 (Base_Multiplier) 和所属人 (Owner)。用于首次扫描时的数据填充和元数据的新建/更新。

• 历史数据 (mouse_data)： 存储每次操作的完整记录，包括时间戳、所有生物体征、计算剂量和备注。

• 业务逻辑：

  • 接收到新的 RFID 后，查询元数据。如果存在，返回元数据和最近 3 次历史记录。

  • 接收到 save_data 请求时，将完整数据写入 mouse_data 文件/数据库。

2.4 数据导出与系统维护

• 数据导出： 实现了基于 Owner 字段筛选历史记录，并将结果打包成 CSV 文件，通过 Flask 路由 (/download_export) 供用户下载。

• 日志下载： 提供下载系统运行日志 (/download_log) 的接口，便于远程调试和系统维护。

3. 客户端开发记录 (Frontend Log - templates/index.html)

前端采用单页应用模式，利用 JavaScript 处理所有用户交互和数据实时更新。

3.1 页面结构与布局

• 采用经典的 双栏网格布局 (top-grid)，左侧用于数据采集和剂量计算，右侧用于元数据和备注输入。

• 实时数据显示区 (realtime-data) 采用三列布局，清晰展示体重、温度和 ID。

• 底部包含“本次数据”和“历史数据”表格，以及一个实时的“状态栏”用于显示设备连接状态。

3.2 核心功能实现

• 剂量自动计算： ```javascript

  // injection = weight * multiplier

  const injection = (weight * multiplier).toFixed(3);

  document.getElementById('injection-amount').value = injection;

  该函数绑定在基数输入框 (`oninput`) 和体重更新事件 (`weight_update`) 上，实现了剂量数据的实时联动和精密到小数点后三位的计算。
  

• 数据填充与校验： 扫描成功后，JavaScript 接收后端返回的元数据，自动填充小鼠名称、所属人和基数。在保存时，对新建 ID 强制要求填写名称和所属人。

• 表格动态更新： updateCurrentDataTable 和 updateHistoryDataTable 函数负责根据 SocketIO 接收到的数据动态重绘表格内容。

4. 关键功能与迭代优化记录

在开发过程中，根据实际使用反馈，对用户界面和显示逻辑进行了两次关键的迭代优化，以确保系统的实用性和体验性。

5. 系统展示与最终能力 (Final Showcase)

经过多次迭代优化，本系统已具备以下功能和界面特性：

A. 精准的实时数据展示

• 实时体重 (g)：

• 实时温度 (℃)：

• 实时/本次 ID： 仅显示 RFID 的前 8 位字符（易于识别）

B. 智能化的操作流程

1. 用户点击 “扫描小鼠标签”。

2. 系统实时显示 RFID 标签的前 8 位，并自动锁定。

3. 系统查询历史数据，自动填充小鼠名称、所属人和上次使用的基数。

4. 根据当前体重和自动填充的基数，系统实时计算并显示注射剂量（精确到小数点后三位）。

   • 计算公式：注射量 = 体重 × 基数 (Multiplier)

5. 用户填写备注后，点击 “保存记录”，完整数据（包括原始 RFID_ID）被保存，系统重置为待扫描状态。

C. 强大的数据管理工具

• 本次数据表： 实时反映当前操作的数据和计算结果。

• 历史数据表： 显示该 RFID 标签最近 3 次的操作记录，所有 ID 均显示完整版本以供溯源。

• 硬件调试面板： 可手动连接/断开电子秤、温度计和 RFID 阅读器，并支持按“所属人”筛选批量导出历史数据为 CSV 文件。

• 状态栏： 实时显示所有硬件设备的连接状态（连接/断开），并提示所使用的 COM 端口。

6.前端代码展示

7.使用说明