【電子工作】Raspberry PiでGrove温湿度センサー（DHT20）を使ってみよう！

今回は Raspberry Pi 3B と Grove Temperature & Humidity Sensor v2.0（DHT20） を使って、温度と湿度をPythonで取得する方法を紹介します。

このセンサーは I²C通信 で簡単に扱えるので、初心者の方でも気軽にセンサープログラミングを体験できます！

使用するもの

配線方法

① Grove Base HATを使う場合（おすすめ）

一番簡単な方法です！
Base HATをPiに装着し、任意のGrove I²Cポートにセンサーを接続するだけでOKです。

• Groveケーブルを差し込むだけで配線完了
• 電源や信号のレベル変換もBase HATが自動で処理してくれます

② ジャンパワイヤで直接接続する場合(今回はこちら)

ピン対応は以下の通りです。

DHT20ピン	Raspberry Piピン
GND	GND（物理ピン6など）
VCC	3.3V（物理ピン1）
SDA	GPIO2（物理ピン3）
SCL	GPIO3（物理ピン5）

注意：Raspberry PiのI²Cは3.3V系なので、センサーも3.3V給電にしましょう。

配線後のイメージです。参考になされて下さい。

Raspberry Pi側の準備

① I²Cを有効化する

ターミナルを開いて次のコマンドを実行します。

sudo raspi-config

メニューが開いたら
Interface Options → I2C → Enable
を選択して有効化し、再起動します。

② 必要なパッケージをインストール

sudo apt update
sudo apt install -y python3-pip python3-smbus i2c-tools

③ センサーが認識されているか確認

以下のコマンドを実行して、0x38 が見えればOKです。

i2cdetect -y 1

出力例：

     0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
00:                         -- -- -- -- -- -- -- -- 
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
30: -- -- -- -- -- -- -- -- 38 -- -- -- -- -- -- -- 
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
50: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
70: -- -- -- -- -- -- -- --  

Pythonで温湿度を取得する

サンプルコード

以下を dht20_read.py という名前で保存します。

#!/usr/bin/env python3
import time
from smbus2 import SMBus, i2c_msg

I2C_BUS = 1
ADDR    = 0x38

def dht20_init(bus):
    while True:
        status = bus.read_byte(ADDR)
        busy   = (status & 0x80) != 0
        cal    = (status & 0x08) != 0
        if (not busy) and cal:
            return
        time.sleep(0.05)

def dht20_read(bus):
    bus.write_i2c_block_data(ADDR, 0xAC, [0x33, 0x00])
    time.sleep(0.08)

    read = i2c_msg.read(ADDR, 7)
    bus.i2c_rdwr(read)
    data = list(read)

    raw_h = ((data[1] << 12) | (data[2] << 4) | (data[3] >> 4)) & 0xFFFFF
    raw_t = (((data[3] & 0x0F) << 16) | (data[4] << 8) | data[5]) & 0xFFFFF

    humidity = raw_h / 1048576.0 * 100.0
    temperature = raw_t / 1048576.0 * 200.0 - 50.0

    return round(temperature, 2), round(humidity, 2)

def main():
    with SMBus(I2C_BUS) as bus:
        dht20_init(bus)
        while True:
            t, h = dht20_read(bus)
            print(f"Temp: {t:.2f} °C  Humidity: {h:.2f} %RH")
            time.sleep(2)

if __name__ == "__main__":
    main()

出力例

Temp: 24.12 °C  Humidity: 52.47 %RH
Temp: 24.09 °C  Humidity: 52.58 %RH

これでリアルタイムに温度・湿度が表示されます！

よくあるトラブルと対処法

症状	対策
i2cdetect で 0x38 が出ない	SDA/SCLの接続を確認。Groveケーブルを逆挿ししていないかもチェック。
値が出ない / 固まる	待機時間（0.08秒）を0.1秒程度に増やしてみる。
読み取りが不安定	電源電圧を3.3Vに変更。ケーブルを短くする。
5Vで動かしていた	3.3V動作が推奨。PiのI²Cは5V非対応。

まとめ

• DHT20はI²C接続で配線がシンプル
• Python + smbus2 で簡単にデータ取得
• CSV保存でログ解析も可能

Raspberry Piでの温湿度測定は、IoT入門や環境モニタ作りの第一歩にぴったりです！

おまけ： プログラム解説

全体像（このプログラムは何をしているか？）

1. Raspberry Pi の I²C バス（配線した SDA/SCL）経由で、センサー（DHT20, アドレス 0x38）に「測定して」と命令を出す
2. 少し待ってから、センサーの生データ（7バイト）を読み取る
3. 生データを温度(℃)・湿度(%)に変換する式で計算
4. 2秒おきに「温度・湿度」を表示し続ける

1) インポートと定数

import time
from smbus2 import SMBus, i2c_msg

I2C_BUS = 1
ADDR    = 0x38

• smbus2：I²C 通信をするための Python ライブラリ。SMBus は「I²C バスを開くためのクラス」、i2c_msg は「まとめて読み書きするためのヘルパー」です。
• I2C_BUS = 1：Raspberry Pi は標準で I²C-1 を使います（GPIO2/3 がそのバス）。
• ADDR = 0x38：DHT20（AHT20互換）の I²C 7bit アドレス。i2cdetect -y 1 で見える「38」がこれ。

2) 初期化（センサーが準備OKになるのを待つ）

def dht20_init(bus):
    while True:
        status = bus.read_byte(ADDR)
        busy   = (status & 0x80) != 0
        cal    = (status & 0x08) != 0
        if (not busy) and cal:
            return
        time.sleep(0.05)

• status = bus.read_byte(ADDR)：センサーの ステータスレジスタ を1バイト読む
• 0x80（bit7）：busy ビット。1なら測定中や内部処理中。0になれば読み取り可能
• 0x08（bit3）：校正完了ビット。1なら内部キャリブレーション済み（= 使える状態）

「busy=0 かつ 校正=1 になったら準備OK」。それまで 50ms 間隔で待っています。

3) 1回の測定シーケンス

def dht20_read(bus):
    bus.write_i2c_block_data(ADDR, 0xAC, [0x33, 0x00])  # 測定開始コマンド
    time.sleep(0.08)  # 80msほど待つ（データ変換時間）

    read = i2c_msg.read(ADDR, 7)  # 7バイト読み取り
    bus.i2c_rdwr(read)
    data = list(read)

• 測定開始コマンドは AC 33 00（データシート既定）。これで「温湿度の同時測定」を開始。
• 変換時間は約 80ms。足りないとデータが未確定のことがあるので 0.08～0.1s が目安。
• 応答は 7バイト：[status, d1, d2, d3, d4, d5, d6]（環境や実装差はありますが、この読み取りで問題ありません）

厳密には、コマンド後に busyビットが0になるまでループで待つ 実装もあります。今回は 80ms スリープで簡易化。

4) 生データのビット詰めをほどく（20bit×2）

raw_h = ((data[1] << 12) | (data[2] << 4) | (data[3] >> 4)) & 0xFFFFF
raw_t = (((data[3] & 0x0F) << 16) | (data[4] << 8) | data[5]) & 0xFFFFF

• DHT20/AHT20 の生データは湿度20bit・温度20bitの計40bitで届きます。
• 配列 data はバイト列。ビット演算で 20bit を取り出しています。

配列イメージ（7バイト）

data[0]=status
data[1]=H[19:12]
data[2]=H[11:4]
data[3]=H[3:0] | T[19:16]
data[4]=T[15:8]
data[5]=T[7:0]
data[6]=(未使用 or CRC 等 実装差)

ビット演算の意味（超ざっくり）

• << は左シフト（桁上げ）、>> は右シフト（桁下げ）、| はOR（くっつける）、& はAND（マスク）
• 0xFFFFF は 20bit の 1（= 2^20 – 1）。20bit 以上を切り落とすマスク。

豆知識：(data[1] << 12) は data[1] を 12ビット左にずらして、上位桁に置くイメージです。

5) 変換式（生の20bit → 実際の単位）

humidity = raw_h / 1048576.0 * 100.0      # 2^20 = 1048576
temperature = raw_t / 1048576.0 * 200.0 - 50.0

• 湿度[%RH] = raw_h / 2^20 * 100
• 温度[℃] = raw_t / 2^20 * 200 - 50

これは DHT20/AHT20 系の公式換算式（データシート）です。
最後に round(x, 2) で小数2桁に丸めています。

6) メインループ（2秒おきに測る）

def main():
    with SMBus(I2C_BUS) as bus:   # I²C-1 を開く
        dht20_init(bus)           # 準備OKになるまで待機
        while True:               # 無限ループ
            t, h = dht20_read(bus)
            print(f"Temp: {t:.2f} °C  Humidity: {h:.2f} %RH")
            time.sleep(2)         # 2秒おき

• with SMBus(...)：処理が終わったら自動でクローズしてくれる書き方
• Ctrl + C を押すと終了（KeyboardInterrupt）します