ArduinoとPython連携で作るIoT入門｜センサーデータをリアルタイム可視化しよう

「Arduino Python連携って難しそう…センサーのデータをグラフにするなんて、自分には無理かも」

そんなふうに感じている方、けっこう多いんじゃないでしょうか。でも実は、必要なライブラリとちょっとしたコードさえあれば、初心者でも意外とすんなり動くんです。今回は「IoT入門」として、Arduinoで拾ったセンサーデータをPythonでリアルタイムにグラフ表示するところまで、一緒に試してみましょう！ 🚀

対象読者：プログラミング初〜中級者／ Arduinoの基本操作ができる方／ Pythonの基礎文法がわかる方

Contents

そもそもArduino×Pythonで何ができるの？
用意するもの
STEP 1：ArduinoでセンサーデータをシリアルにPrintする
STEP 2：Pythonでシリアルデータをリアルタイムにグラフへ描画する
COMポートがわからないときの確認方法
まとめ
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そもそもArduino×Pythonで何ができるの？

arduino sensor electronics / Photo by Lisha Dunlap via Pexels

Arduinoはセンサーや電子部品を動かすのが得意なマイコンボードです。一方Pythonはデータ処理・グラフ描画・Web連携などが得意な言語。この2つを組み合わせると、それぞれの強みを活かした本格的なIoTシステムが作れます。

イメージとしてはこんな感じです👇

🔌 Arduino：センサーで温度・湿度・照度などの値を読み取る
📡 シリアル通信：USBケーブルを通してPCへデータを送る
🐍 Python：受け取ったデータをリアルタイムにグラフ表示する

この流れが「入門IoTシステム」の基本形です。シンプルですが、これをマスターすると応用の幅がぐっと広がりますよ。

用意するもの

Arduino Uno（または互換機）
温度センサー：TMP36（3本足で扱いやすくておすすめ）
ブレッドボード・ジャンパワイヤー
USBケーブル（A-Bタイプ）
PC（Windows / Mac / Linux いずれも可）

Pythonのライブラリも事前に入れておきましょう。ターミナルで以下を実行してください。

pip install pyserial matplotlib

pyserialがシリアル通信を担当し、matplotlibがグラフ描画を担当します。この2つだけでOKです ✅

STEP 1：ArduinoでセンサーデータをシリアルにPrintする

IoT data visualization / Photo by Jakub Zerdzicki via Pexels

まずはArduino側のスケッチ（コード）を書きます。TMP36センサーのアナログ値を読み取って、摂氏温度に変換してシリアル出力するだけのシンプルな内容です。

ポイントをまとめるとこんな感じです👇

A0ピンでアナログ値を読み取る
読み取った値を電圧 → 温度（℃）に変換する
Serial.println()でPCへ送信する
送信間隔は500msに設定（グラフが見やすいテンポになります）

// TMP36温度センサーのデータをシリアル送信するスケッチ

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

void loop() {
  int sensorValue = analogRead(A0); // A0ピンからアナログ値を読み取る

  // アナログ値 → 電圧 → 温度(℃)へ変換
  float voltage = sensorValue * (5.0 / 1023.0);
  float temperatureC = (voltage - 0.5) * 100.0;

  // 温度をシリアルモニターへ送信
  Serial.println(temperatureC);

  delay(500); // 0.5秒ごとに送信
}

このスケッチをArduino IDEで書き込んだら、シリアルモニターを開いて温度らしい数値が流れてくるか確認しておきましょう 🔍

STEP 2：Pythonでシリアルデータをリアルタイムにグラフへ描画する

Arduino側が整ったら、次はPython側です。ここが今回のメインです！

ここが重要です。matplotlibにはFuncAnimationという「一定間隔で描画を更新し続ける」機能があります。これを使うと、センサーデータのリアルタイム可視化がとても楽に実装できます。

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

# --- 設定 ---
PORT = 'COM3'        # Windowsの場合。Macなら '/dev/tty.usbmodem...' など
BAUD_RATE = 9600
MAX_DATA_POINTS = 60  # グラフに表示するデータ数（最新60件）

# シリアルポートを開く
ser = serial.Serial(PORT, BAUD_RATE, timeout=1)

# データ保存用のdeque（古いデータを自動で捨ててくれる便利なリスト）
temps = deque([0] * MAX_DATA_POINTS, maxlen=MAX_DATA_POINTS)

# グラフの初期設定
fig, ax = plt.subplots()
line, = ax.plot(list(temps), color='tomato', linewidth=2)
ax.set_ylim(0, 50)       # 温度の表示範囲（0〜50℃）
ax.set_xlim(0, MAX_DATA_POINTS)
ax.set_title('TMP36 リアルタイム温度モニター 🌡️', fontsize=14)
ax.set_ylabel('温度 (℃)')
ax.set_xlabel('時間（サンプル数）')
ax.grid(True, linestyle='--', alpha=0.5)

def update(frame):
    """FuncAnimationから繰り返し呼ばれる更新関数"""
    try:
        raw = ser.readline().decode('utf-8').strip()  # シリアルから1行読む
        if raw:
            temp = float(raw)  # 文字列 → 小数に変換
            temps.append(temp) # dequeに追加（古いものは自動削除）
    except (ValueError, UnicodeDecodeError):
        pass  # 読み取り失敗時は無視して続行

    line.set_ydata(list(temps))  # グラフのY軸データを更新
    return line,

# 500msごとにupdate関数を呼び出してグラフを更新し続ける
ani = animation.FuncAnimation(fig, update, interval=500, blit=True)

plt.tight_layout()
plt.show()

# ウィンドウを閉じたらシリアルポートを閉じる
ser.close()

コードのポイントをまとめると👇