ArduinoとPythonで作るIoT温湿度モニタリングシステム【ゼロから動かす入門ガイド】

「IoTって面白そうだけど、ArduinoとPythonをどうつなげばいいのかよくわからない…」

そんなモヤモヤを感じたことはありませんか？実は、ArduinoとPythonの連携は思っているよりずっとシンプルです。今回は、温湿度センサーを使ったIoTモニタリングシステムをゼロから一緒に作っていきましょう！ 🌡️

センサーで取ったデータをリアルタイムでPythonに渡して表示する、という「IoTの基本の流れ」がしっかり体験できる内容になっています。

Contents

この記事の対象読者と難易度
今回作るものの全体像
必要なもの（材料リスト）
STEP 1：配線をしよう
STEP 2：Arduinoのスケッチを書こう
STEP 3：Pythonでデータを受信しよう
STEP 4：実行してみよう
応用：データをCSVに保存しよう
まとめ

この記事の対象読者と難易度

Arduino sensor / Photo by Lisha Dunlap via Pexels

📋 こんな方におすすめです

Arduinoを触ったことがある（またはこれから触る）初〜中級者
Pythonの基礎がなんとなくわかる方
IoTや電子工作に興味があるけど何から始めればいいか迷っている方

難易度は★★☆☆☆（初〜中級者向け）です。電子工作が初めてでも、手順通りに進めれば必ず動かせます。

今回作るものの全体像

まず、ざっくりとした流れをつかんでおきましょう。

DHT11センサーで温度・湿度を計測（Arduino側）
シリアル通信でデータをPCに送信
PythonがそのデータをリアルタイムでUSB経由で受信
ターミナルやグラフでデータを表示

イメージとしては、Arduinoが「センサー係」、Pythonが「データ処理係」という役割分担です。この二つがシリアル通信（USBケーブル）という橋でつながっている、と思ってもらえればOKです 😊

必要なもの（材料リスト）

🛒 ハードウェア

Arduino Uno（または互換機）
DHT11 温湿度センサー
ブレッドボード
ジャンパワイヤー（数本）
10kΩ 抵抗（1本）
USBケーブル（Arduino〜PC接続用）

💻 ソフトウェア

Arduino IDE
Python 3.x
Pythonライブラリ：pyserial、matplotlib

DHT11センサーは数百円で購入できるので、コスパ最高の電子工作入門パーツです。

STEP 1：配線をしよう

まずはDHT11センサーをArduinoに接続します。配線の確認をしておきましょう。

DHT11のVCC → Arduino の5V
DHT11のGND → Arduino のGND
DHT11のDATA → Arduino のデジタルピン2番
DATAピンと5Vの間に10kΩ抵抗を挟む（プルアップ抵抗）

プルアップ抵抗は「信号を安定させるための保険」みたいなものです。省略すると誤動作することがあるので、必ず入れておいてください！

STEP 2：Arduinoのスケッチを書こう

次に、Arduinoがセンサーからデータを読み取ってシリアル通信で送り出すプログラムを書きます。

Arduino IDEのライブラリマネージャーから「DHT sensor library by Adafruit」をインストールしておいてください。

// DHT11から温湿度を読み取り、シリアルで送信するスケッチ
#include <DHT.h>

#define DHTPIN 2       // センサーのデータピン
#define DHTTYPE DHT11  // DHT11を使用

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

void setup() {
  Serial.begin(9600);  // シリアル通信を9600bpsで開始
  dht.begin();         // センサーを初期化
}

void loop() {
  delay(2000);  // 2秒ごとに計測（DHT11の仕様上、最低2秒必要）

  float humidity    = dht.readHumidity();     // 湿度を取得
  float temperature = dht.readTemperature();  // 温度を取得（摂氏）

  // センサーの読み取りに失敗した場合はスキップ
  if (isnan(humidity) || isnan(temperature)) {
    Serial.println("ERROR");
    return;
  }

  // 「温度,湿度」の形式でシリアルに送信
  Serial.print(temperature);
  Serial.print(",");
  Serial.println(humidity);
}

ポイントをまとめるとこんな感じです：

Serial.begin(9600) でPC側と通信速度を合わせています（後でPython側も同じ速度を指定します）
データは 温度,湿度 のカンマ区切りで送るので、Python側でパースしやすい形式です
isnan() でセンサーエラーを検知しています。これ、地味に大事なポイントです 🔍

書けたら、ArduinoをPCにつないでスケッチをアップロードしましょう。シリアルモニターを開いて、数値が流れてきたらArduino側の準備は完了です！

STEP 3：Pythonでデータを受信しよう

次はいよいよPythonの出番です。まずは必要なライブラリをインストールしておきましょう。

pip install pyserial matplotlib

インストールできたら、以下のスクリプトを作成してください。

import serial
import time

# ポート名はOSによって異なります
# Windows: 'COM3' など / Mac・Linux: '/dev/ttyUSB0' や '/dev/cu.usbmodem...' など
PORT = '/dev/cu.usbmodem14101'  # ← ご自身の環境に合わせて変更してください
BAUD_RATE = 9600  # Arduinoと同じ通信速度

def read_sensor_data():
    """Arduinoから温湿度データを受信して表示する"""
    try:
        # シリアルポートを開く
        ser = serial.Serial(PORT, BAUD_RATE, timeout=1)
        print(f"接続成功: {PORT}")
        print("データ受信を開始します... (Ctrl+C で停止)")
        print("-" * 40)

        while True:
            # Arduinoからの1行を読み取る
            line = ser.readline().decode('utf-8').strip()

            if line == "ERROR" or line == "":
                print("センサーエラー or データなし")
                continue

            # 「温度,湿度」の形式をパース
            values = line.split(',')
            if len(values) == 2:
                temperature = float(values[0])
                humidity    = float(values[1])

                # タイムスタンプと一緒に表示
                timestamp = time.strftime("%H:%M:%S")
                print(f"[{timestamp}] 🌡 温度: {temperature:.1f}°C  💧 湿度: {humidity:.1f}%")

    except serial.SerialException as e:
        print(f"ポートに接続できませんでした: {e}")
        print("ポート名と接続を確認してください")
    except KeyboardInterrupt:
        print("\n\n受信を終了しました。")
    finally:
        if 'ser' in locals() and ser.is_open:
            ser.close()
            print("シリアルポートを閉じました")

if __name__ == '__main__':
    read_sensor_data()

ここが重要です：

ポート名は環境によって違います。Windowsなら「デバイスマネージャー」、Mac/Linuxなら ls /dev/cu.* や ls /dev/tty* で確認してください
.decode('utf-8').strip() で受信バイト列を文字列に変換しています
try / except でエラーを丁寧に拾っているので、接続失敗時も親切なメッセージが出ます 😊

STEP 4：実行してみよう

では、実際に動かしてみましょう！Arduino IDEのシリアルモニターは閉じてから実行してください（ポートの競合が起きます）。

python temperature_monitor.py

うまくいくと、こんな感じでデータが流れてきます 🎉

ターミナルにデータがリアルタイムで表示されたら成功です！センサーに手を当てると温度や湿度が変わるのが確認できるはずです。「むずかしそう」が「できそう」に変わった瞬間ですよね 😄

応用：データをCSVに保存しよう

データを取り続けるだけでなく、ログとして保存しておくとあとで分析できて便利です。先ほどのスクリプトに少し追加するだけでOKです。

import serial
import time
import csv
from datetime import datetime

PORT = '/dev/cu.usbmodem14101'
BAUD_RATE = 9600
CSV_FILE = 'temperature_log.csv'  # 保存先ファイル名

def read_and_save_data():
    """温湿度データを受信してCSVに保存する"""
    with open(CSV_FILE, 'w', newline='', encoding='utf-8') as f:
        writer = csv.writer(f)
        writer.writerow(['timestamp', 'temperature', 'humidity'])  # ヘッダー行

        try:
            ser = serial.Serial(PORT, BAUD_RATE, timeout=1)
            print(f"ログ保存開始 → {CSV_FILE}")

            while True:
                line = ser.readline().decode('utf-8').strip()
                if ',' not in line:
                    continue

                values = line.split(',')
                if len(values) == 2:
                    temperature = float(values[0])
                    humidity    = float(values[1])
                    timestamp   = datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")

                    # CSVに書き込む
                    writer.writerow([timestamp, temperature, humidity])
                    f.flush()  # 即座にディスクへ書き出す

                    print(f"[{timestamp}] {temperature:.1f}°C / {humidity:.1f}% → 保存済")

        except KeyboardInterrupt:
            print("\n保存を終了しました。")
        finally:
            if 'ser' in locals() and ser.is_open:
                ser.close()

if __name__ == '__main__':
    read_and_save_data()

f.flush() を入れているのがポイントです。これがないと、プログラムを途中で止めたときにデータが保存されていないことがあります。細かいですが、大事な一工夫ですよ 👍