ArduinoとPythonで作る入門IoTシステム｜センサーデータをリアルタイム可視化する方法

「Arduinoで取ったセンサーのデータ、なんとかグラフで見られないかな…」

そう思ったことはありませんか？せっかく電子工作でセンサーをつないでも、シリアルモニターに流れる数字を眺めるだけじゃちょっともったいないですよね。

今回は、ArduinoとPythonを連携させて、センサーデータをリアルタイムにグラフ表示するIoTシステムを一緒に作っていきます。難しそうに聞こえるかもしれませんが、仕組みはシンプルです。ぜひ最後まで読んでみてください！ 🚀

Contents

この記事で作るもの・対象読者
全体の仕組みをざっくり理解しよう
STEP 1：Arduino側のスケッチを書く
STEP 2：Pythonのライブラリをインストールする
STEP 3：Pythonでリアルタイムグラフを描画する
STEP 4：実行してみよう
うまく動かないときのチェックリスト
まとめ
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この記事で作るもの・対象読者

arduino sensor electronics / Photo by Lisha Dunlap via Pexels

作るもの：Arduinoで取得した温度センサー（LM35）のデータをシリアル通信でPythonに送り、matplotlibでリアルタイムにグラフ表示するシステムです。

対象読者：

✅ Arduinoを触ったことがある（Lチカ程度でOK）
✅ Pythonの基礎を少し知っている
✅ 電子工作とプログラミングをつなげてみたい初〜中級者

必要なもの：

Arduino Uno（互換機でもOK）
LM35温度センサー（または任意のアナログセンサー）
USBケーブル、ジャンパワイヤ、ブレッドボード
Python 3.x がインストールされたPC

全体の仕組みをざっくり理解しよう

まずイメージを掴んでおきましょう。システム全体の流れはこうです。

センサー → Arduino → シリアル通信（USB）→ Python → グラフ表示

つまり、ArduinoはセンサーからデータをAD変換して読み取り、それをUSBケーブル経由でPCに送り続けます。PC側ではPythonが受け取ったデータを解析して、リアルタイムにグラフを更新し続ける、という仕組みです。

シリアル通信というのは、データを1ビットずつ順番に送る通信方式のことで、ArduinoとPCをつなぐUSBが、まさにこのシリアル通信の役割を担っています。難しく考えなくて大丈夫です 😊

STEP 1：Arduino側のスケッチを書く

IoT data visualization / Photo by Jakub Zerdzicki via Pexels

まずはArduino側のコードを準備します。LM35センサーはA0ピンに接続しておいてください。LM35はVCC・OUT・GNDの3ピン構成で、OUTをArduinoのA0につなぐだけでOKです。

ポイントをまとめるとこんな感じです：

アナログ値（0〜1023）を電圧に変換し、LM35の特性（10mV/℃）で温度を計算
Serial.println() で改行付きで送信するのがPython側で受け取りやすくなるコツ
200msごとに送信することでPython側の処理が追いつきやすくなる

// LM35センサーの値をシリアル通信でPCに送るスケッチ

void setup() {
  Serial.begin(9600); // シリアル通信を9600bpsで開始
}

void loop() {
  int rawValue = analogRead(A0); // アナログ値を読み取り（0〜1023）

  // 電圧(mV)に変換 → LM35は10mV/℃なので温度を計算
  float voltage = rawValue * (5000.0 / 1023.0); // 単位: mV
  float temperature = voltage / 10.0;           // 単位: ℃

  Serial.println(temperature); // 温度をシリアルポートに送信

  delay(200); // 200ms待機
}

Arduino IDEでこのスケッチを書き込んだら、シリアルモニターを開いて温度の数値が流れてくるか確認しておきましょう。ここで数値が出ていればArduino側はバッチリです ✅

STEP 2：Pythonのライブラリをインストールする

Python側では2つのライブラリを使います。インストールしていない場合は以下のコマンドを実行してください。

pip install pyserial matplotlib

pyserial：Pythonからシリアルポートにアクセスするためのライブラリ
matplotlib：グラフ描画の定番ライブラリ。リアルタイム更新にも使えます

インストールが完了したら次のステップへ進みましょう！

STEP 3：Pythonでリアルタイムグラフを描画する

いよいよメインのPythonコードです。ここが少し長めですが、コメントを丁寧に入れているので順番に読んでみてください。

ここが重要です：

animation.FuncAnimation を使うことで、一定間隔で自動的にグラフを更新できます
COMポートの番号はお使いの環境に合わせて変更してください（Macなら/dev/tty.usbmodem...など）
データを deque（デック）で管理することで、表示件数を自動的に最新100件に保てます

import serial
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation
from collections import deque
import time

# ---- 設定 ----
PORT = 'COM3'       # 環境に合わせて変更（Mac: '/dev/tty.usbmodemXXXX'）
BAUD_RATE = 9600    # Arduino側と同じボーレートに揃える
MAX_POINTS = 100    # グラフに表示するデータ点数

# シリアルポートに接続
ser = serial.Serial(PORT, BAUD_RATE, timeout=1)
time.sleep(2)  # Arduino起動待ちのために少し待機

# データ格納用のdeque（最大100件で自動的に古いものを削除）
temperatures = deque(maxlen=MAX_POINTS)

# グラフの初期設定
fig, ax = plt.subplots(figsize=(10, 5))
line, = ax.plot([], [], 'r-', linewidth=2)  # 赤い折れ線グラフ
ax.set_xlim(0, MAX_POINTS)
ax.set_ylim(0, 50)   # 温度の表示範囲（0〜50℃）
ax.set_title('リアルタイム温度モニター', fontsize=14)
ax.set_xlabel('サンプル数')
ax.set_ylabel('温度 (℃)')
ax.grid(True, alpha=0.3)

def update(frame):
    """FuncAnimationから繰り返し呼ばれる更新関数"""
    if ser.in_waiting > 0:  # 受信データがあれば処理
        try:
            raw = ser.readline().decode('utf-8').strip()  # 1行読み取り
            temp = float(raw)  # 文字列を数値に変換
            temperatures.append(temp)  # データを追加
            print(f"温度: {temp:.1f} ℃")  # コンソールにも表示
        except ValueError:
            pass  # 変換に失敗したデータは無視

    # グラフのデータを更新
    line.set_data(range(len(temperatures)), list(temperatures))
    return line,

# 200msごとにupdate関数を呼び出してグラフを更新
ani = animation.FuncAnimation(fig, update, interval=200, blit=True)

plt.tight_layout()
plt.show()

ser.close()  # ウィンドウを閉じたらシリアルポートを解放

このコード、実行前にCOMポートの番号だけ確認しておきましょう。Windowsなら「デバイスマネージャー」、Macなら ls /dev/tty.* コマンドで確認できます。