PoC開発 IoT x AI　～仮想環境 venvと特有.py～

以下に、PJ_IoT_00 プロジェクトで DHT22 センサー＋Wi-Fi 通信を扱う MicroPython プログラムを作るにあたっての venv 構築・ファイル構成・手順・設定ファイルの使い方 を、Windows + Thonny 環境向けにやさしく丁寧に整理します。

PoC開発 IoT x AI　～フォルダ構成～ | 優日堂 Lab | 優日堂のページ設定した以下のフォルダ
C:\Users\あなたの名前\Documents\RaspiProjects\PJ_IoT_00　に構築していきます。

開発環境：前提条件

🔧 主流シェル一覧（2025年現在）

一旦、脱線します。

皆さんが馴染み深いる「コマンドプロンプト (cmd)」windows画面下のバーにある検索にcmdと入力して、黒画面が表示されるシェル。

今回のプロジェクトに限らず、Raspberry Piを開発していくうえでPython、MicroPython、Raspbianなどでシェルの使い分けが必要になりますのでここで、その準備を先にしておきます。

使い分けのポイント（開発目的別）

そもそも「ターミナル」とは？

Python開発におけるTerminal（ターミナル）の活用法について、初心者〜中級者向けに整理して説明します。
特に Windows環境＋仮想環境＋Raspberry Pi系（Pico W や Zero 2 W）との連携 を意識した内容になっています。

「ターミナル」とは、コマンド（文字）でPCを操作する画面のこと。
Python開発では、以下のような操作に使います：

よく使うターミナルコマンド

Python開発でのターミナルの使いどころ

Python開発におすすめのターミナル環境

Windows Terminal

💡 なぜ Windows Terminal を使うと良いのか？

Windows Terminalを開くと、タブメニューから以下が選べます：

・Windows PowerShell
・Command Prompt（cmd）
・WSL（Ubuntuなど）
・Azure Cloud Shell（使ってなければ非表示）
・Git Bash（インストール済みの場合）

→ つまり「cmdだけ」だった従来の環境が、「いろいろ選べる快適な作業場」に変わります。

今まで cmd を使っていたなら、Windows Terminal を入れておくと cmd も使えて、さらに便利になります。開発作業の効率が大きく上がるのでおすすめです。

Microsoft Store で「Windows Terminal」と検索してインストール（無料）してみてください。

PowerShell(7.x)もインストールして標準的に使っていけばよいと思います。

最新の PowerShell (7.x) をインストール

Microsoft Store から「PowerShell」で検索 → PowerShell をインストール

インストール後、

pwsh　を入力

出力　PowerShell 7.x.x

になればokです。

Windows Terminal の既定プロファイルを「PowerShell 」に変更

手順：

1. Windows Terminal 右上の「▼」をクリック → 「設定（Settings）」
2. 左側の「スタートアップ」もしくは「既定のプロファイル（Default Profile）」を選択
3. ドロップダウンから PowerShell（7.x と表示される）を選択
   　※「Windows PowerShell」ではないことを確認
4. 「保存」して閉じる

脱線終了、本題に戻ります。⇩

ディレクトリ構成：理想形

C:\Users\あなたの名前\Documents\RaspiProjects\PJ_IoT_00\

全体の構成は以下になります。
PJ_IoT_00\
├─ pc_dev
├─ pico_app/
├─ README.md

pc_dev

├─ pc_dev　　　　　　　　　← PC補助スクリプト・開発環境
│ 　├─ .venv/　　　　　　　 ← 仮想環境（Pythonライブラリ用）
│ 　├─ requirements.txt　　 ← PCで使うライブラリ定義（matplotlib 等）
│ 　├─ sensor_test_dht.py　 ← DHT22センサーテスト　動作確認用（USB経由 or テスト信号）
│　 ├─ sensor_test_bme280.py ← BME280センサーテスト　動作確認用（USB経由 or テスト信号）
│ 　├─ sensor_test_oled.py 　← OLED表示テスト　動作確認用（USB経由 or テスト信号）
│　 └─ …
│ 　├─ plot_data.py 　　　　 ← センサーデータをCSVからグラフ表示
│　 ├─ wifi_logger.py 　　　 ← Picoから受信したデータをログに記録
│ 　├─ data/ 　　　　　　 　← 保存されたセンサーデータやログ
│ 　│ 　├─ thm_log_20250619.csv
│　 │ 　└─ wifi_data.json
│　 └─ utils/ 　　　　　　　 ← PC用ユーティリティ（CSV整形など）
│ 　　　└─ file_utils.py

Thonnyだけで完結するなら、 requirements.txt は省略可。

仮想環境（venv）の構築

PC（開発用）の Python 仮想環境を作ります。
Pico にではなく、あなたのWindows PCに作る仮想環境です。

venv は 通常の Python（CPython） の機能です。
MicroPython や Raspberry Pi Pico (MicroPython環境) では、venv は使えません。

venv は、Python が複数バージョンや依存ライブラリを共存させるために OS（Windows/Linux/macOS）上で仮想的に環境を切り替える仕組みです。

MicroPython は Pico 上で動作する軽量 Python互換のファームウェアであり、以下のような理由で venv が非対応です：

• OS が存在しない（MicroPython自身がOSのように動作）
• ファイルシステムが限定的（小容量のFlash）
• Pythonパッケージのインストール・アンインストールという概念がない
• 必要な .py ファイルは直接 Pico にコピーして使う設計

🎯 誤解されやすい点

混乱させてしまっているかも知れませんが、PJ_IoT_00\pc_devの中に.venvを設置します。
pc_devは、パソコンとpico wをUSBケーブルで接続して実行(動作)させる用のフォルダーとファイルになります。

pico wを単体で動作させる場合は、PJ_IoT_00\pico_appの中のファイルをpico wに転送して動作させますので、.venvは無関係になります。

.venv/ 内部の構成（Windows環境）

.venv/ 内部の構成を先にご紹介します。

python -m venv .venv コマンドで作成される .venv/ フォルダの中身は、以下のようになります

.venv/
├─ Include/　　　　　　← Cヘッダファイル群（通常は不要）
├─ Lib/　　　　　　　　← 仮想環境専用のライブラリ置き場
│   　└─ site-packages/　← pip install したパッケージが入る（例：requests, matplotlib など）
├─ Scripts/　　　　　　← Windows用 実行ファイル群
│　   ├─ activate.bat　　 ← cmd用 有効化スクリプト
│  　 ├─ Activate.ps1　　 ← PowerShell用
│  　 ├─ python.exe　　　 ← この環境専用のPython本体
│  　 └─ pip.exe　　　　 ← pipコマンド
├─ pyvenv.cfg　　　　 ← 仮想環境の設定ファイル（バージョン情報など）

🔧 コマンドプロンプトの場合

windows画面の下のバーの左側にある検索窓でコマンドプロンプトを検索し選択します。

🔧 コマンドプロンプトが開くと、
Microsoft Windows [Version 10.0.26100.4351]
(c) Microsoft Corporation. All rights reserved.

C:\Users\あなたの名前>_

このようになっていると思います。

🔧 venv構築

C:\Users\あなたの名前>cd C:\Users\あなたの名前\Documents\RaspiProjects\PJ_IoT_00\pc_dev
python -m venv .venv

.venv/ という 隠しフォルダを作成。
👉 通常のプロジェクトでは .venv/ の方が好まれます（IDEが自動認識しやすく、Gitに含めないため）。

🔧 有効化（activate）

.venv\Scripts\activate.bat

有効になると、プロンプトに (venv) が付きます
(venv) C:\Users\YourName\Documents\RaspiProjects\PJ_IoT_00\pc_dev>

pipを最新版にアップグレード（※重要）

python -m pip install --upgrade pip

仮想環境を作った直後の pip は「古いことが多い」ため、pipの更新は「仮想環境の作成後」に実行します。

🔧 仮想環境のPython が有効か確認

このコマンドは、現在使用されている python.exe のパスを確認します。

where python

出力が .venv\Scripts\python.exe を含んでいれば成功。

C:\Users\YourName\Documents\RaspiProjects\PJ_IoT_00\pc_dev\.venv\Scripts\python.exe

Thonnyで venv を使用するには？

1.メニュー → [実行] → [実行構成]
2.「仮想環境を使用する」にチェック
3.C:\Users\YourName\Documents\RaspiProjects\PJ_IoT_00\pc_dev\.venv\Scripts\python.exeを指定

.venv を pc_dev/ 配下に作成した場合、この設定で仮想環境の Python が使用されます。

requirements.txt を元にしたライブラリのインストールも、この環境で完結します。

pip install -r requirements.txt

🔧PowerShell コマンドの場合

Windows Terminalの中のPowerShellで構築する場合

python -m venv .venv
..venv\Scripts\Activate.ps1

.venv という名前の仮想環境が作成されます。
有効化すると、プロンプトが以下のように変わります（例）：

(.venv) PS C:\Users\YourName\Documents\RaspiProjects\PJ_IoT_00\pc_dev>

pip を最新版にアップグレード（※重要）

python -m pip install --upgrade pip

仮想環境の場所を確認したいとき

where python

出力結果に .venv\Scripts\python.exe が含まれていれば、仮想環境が使われています。

Thonnyで venv を使用するには？

1.Thonny を起動
2.メニュー → [実行] → [実行構成]
3.「仮想環境を使用する」にチェック
4..venv\Scripts\python.exe を指定して保存

PowerShell と cmd の違いと共通点

「仮想環境の有効化」の activate の方法だけ違います。

pico_app/

pico wを単体動作させるときにpicoにインストールするフォルダー構成です。
pico_app/の中身だけを転送します。
Thonnyは、ファイル更新時に Thonny の "ファイルを上書き" 機能で手動転送します。
自動同期機能はThonnyにはありません。

├─ pico_app/　　　　　　　　← Pico W用（転送対象）
│　 ├─ lib/　　　　　　　　 ← Pico Wで使うライブラリ・機能別モジュール群
│　 │ 　├─ dht.py　　　　　← DHT22センサー用ドライバ（温湿度取得）
│　 │ 　├─ bme280.py　　 ← BME280センサー
│　 │ 　├─ display/ 　　　　 ← 表示器（OLEDやLCD）制御クラス・関数（例：oled.py）
│ 　│ 　│　└─ oled.py 　　（I2C接続のOLEDにテキストやセンサーデータを表示）
│ 　│ 　├─ net/ 　　　　　 ← Wi-Fi通信関連の関数・MQTT/HTTP送信など
│ 　│ 　│　├─ wifi_manager.py 　（Wi-Fi接続・再接続処理）
│ 　│ 　│　└─ mqtt_client.py 　 （MQTT通信ユーティリティ）
│ 　│ 　└─ utils/ 　　　　　 ← 時刻取得、文字列整形、NTP同期などの補助関数
│ 　│ 　　　├─ time_sync.py　 （NTPで時刻同期）
│ 　│ 　　　└─ formatting.py 　 （ログやJSONの整形）
│ 　├─ main.py　　　　　　 ← Pico Wのメイン処理（ループ、センサーデータ取得＆送信）
│ 　├─ boot.py　　　　　　 ← Pico起動時に1回だけ実行される初期設定（省略可）
│　 │　　　　　　　　　　　　※REPL制御やNTP同期、LED点灯などに使える
│ 　├─ config.py　　　　　　← Wi-Fi設定・定数定義（SSID/PASS、送信間隔など）
│ 　└─ README_pico.md　　← Pico W側だけに関する説明書（使い方・ファイル構成など）

config.py の書き方

機密情報（Wi-Fi SSIDやパスワード）やGPIO のPIN設定をまとめて管理します。

# config.py

WIFI_SSID = "Your_SSID"
WIFI_PASSWORD = "Your_Password"

SENSOR_PIN = 15 # GPIO番号
など

MicroPython に pip はない

MicroPythonはメモリがとても少ないマイコン用の軽量Pythonです。

• 通常の pip install は使えません。
• PyPI も使えません。
• ライブラリは「.pyファイルを直接コピー」して使います。

import は普通に使えます。

• ただし、Pico上に その.pyファイルがあること が条件です。

from lib.dht import DHT22

この場合、lib/dht.py が Pico にアップロードされていなければ ImportError になります。

pipとは？

pip は、Python の パッケージ管理ツールです。

• Python公式の「PyPI（パイパイ）」という倉庫から、追加の機能（ライブラリ）をインストールします。

例
pip install requests
pip install numpy

MicroPython特有のlib フォルダーの使い方

import 用

Pico に転送できるようにライブラリを整理します。
MicroPython では、ルート直下に lib/ フォルダを作っておくと、そこにある .py ファイルをモジュールとして自動的に探索対象にしてくれます。

つまり、「lib/ は MicroPython にとっての import 用フォルダ」です。

MicroPython公式の 温湿度センサーのDHT ライブラリを lib/dht.py に保存。
以下は参考（公式に近いもの）：

# lib/dht.py

import machine
import time

class DHT22:
　　def __init__(self, pin):
　　　　self.pin = machine.Pin(pin)

    def read(self):
        import dht
        sensor = dht.DHT22(self.pin)
        sensor.measure()
        return sensor.temperature(), sensor.humidity()

詳しく解説

このファイルは、DHT22（温湿度センサー）用の便利なラッパークラスです。

ラッパークラスとは

**「ある機能やライブラリを、使いやすい形で包み込んだクラス」**のことです。

• 難しかったり面倒な処理を、シンプルでわかりやすくするために使います。
• 「包む（wrap）」→「ラッパー」という名前です。

ラッパークラスとは：「複雑なライブラリや処理を、使いやすく包み込んだクラス」
→ 自作ライブラリのようなもので、簡潔・安全・再利用可能なコードにするために使います。

ラッパークラスのメリット

イメージ例（DHT22センサー）

たとえば、MicroPythonで温湿度センサー DHT22 を使うには、通常こんな感じになります

import dht
from machine import Pin

sensor = dht.DHT22(Pin(15))
sensor.measure()
temp = sensor.temperature()
hum = sensor.humidity()

これをラッパークラスにすると、main.py 側は以下のようにスッキリしたコードになります。
フォルダー構成でlib/dht.pyを設置していると、

PJ_IoT_00/
├── boot.py
├── main.py
├── config.py
├── lib/
│ 　　└── dht.py

from lib.dht import DHT22

sensor = DHT22(15)
temp, hum = sensor.read()

read() を呼ぶだけで温度と湿度を両方取得できる
内部での処理（measure(), temperature() など）を 隠して くれる
ミスを減らし、他のファイルでも使い回しやすい

lib/dht.py の中に DHT22 というクラス（ラッパークラス）を定義してあるから可能なのです。

典型的な lib/dht.py

前述をまとめると、参考例として

import dht
from machine import Pin

class DHT22:
　　def init(self, pin_num):
　　　　self.sensor = dht.DHT22(Pin(pin_num))

　　def read(self):
    　　try:
     　　   self.sensor.measure()
     　　   temperature = self.sensor.temperature()
      　　  humidity = self.sensor.humidity()
     　　   return temperature, humidity
    　　except Exception as e:
     　　   print("DHT read error:", e)
      　　  return None, None

・__init__() でセンサーを初期化（ピン番号指定）
・read() で温湿度を一括取得（内部処理を隠蔽）
・エラーハンドリングもまとめて実装

Wi-Fi接続ユーティリティ（例）

# lib/network_manager.py

import network
import time
import config

def connect_wifi():
　　wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
　　wlan.active(True)
　　if not wlan.isconnected():
　　　　wlan.connect(config.WIFI_SSID, config.WIFI_PASSWORD)
　　　　timeout = 10
　　　　while not wlan.isconnected() and timeout > 0:
　　　　　　time.sleep(1)
　　　　　　timeout -= 1
　　return wlan

MicroPython 特有のmain.py（実行ファイル）

main.py はなるべくシンプルにし、ロジックは lib/ に切り出すのがベストです。

# main.py

import time
from lib.dht import DHT22
from lib.network_manager import connect_wifi
import config

# Wi-Fi接続

wlan = connect_wifi()
if wlan.isconnected():
　　print("Connected:", wlan.ifconfig())

# センサー初期化

sensor = DHT22(config.SENSOR_PIN)

while True:
　　temp, hum = sensor.read()
　　print("Temp:", temp, "C Humidity:", hum, "%")
　　time.sleep(5)

MicroPython 特有のboot.py 起動時に自動実行

Python全般ではなく、MicroPythonの起動プロセスにおいて特別な役割を持ちます。

MicroPython 特有のboot.py とは

WindowsやLinuxなどで動く通常のPythonでは、起動時に boot.py が自動で実行されるという仕様はありません。
通常Pythonでは main.py や任意の .py ファイルを明示的に実行します。

MicroPythonでは、起動順に以下が実行されます

1. boot.py（あれば）

電源投入やリセット直後に 最初に一度だけ実行
システム全体の初期設定やネットワーク接続などに使う
通常ユーザーが明示的に用意しないと存在しないファイル

1. main.py（自動で実行される）

boot.py のあとに実行される
実際の処理（センサ読み取り・表示・送信など）はこっちに書く

boot.py は 一番最初に1回だけ実行される特別なファイルです。
ネットワーク初期化、RTC（時計）設定、I2Cバス準備などに使います。

main.py との違いは

なぜ MicroPython に boot.py があるのか

MicroPython は組み込みマイコン（Pico, ESP32など）で動作するため、

• 電源ON直後に自動的に何らかの準備（Wi-Fi接続、ファイルマウント、タイマー設定など）を行いたい
• 再起動時も確実に初期化されるようにしたい

という理由から、**OSの代わりに使う「起動時スクリプト」**として boot.py が用意されています。

boot.py 設置の目安

「Raspberry Pi Pico / Pico W を起動したときに、初期化処理を確実に毎回実行したい場合」です。

boot.py を使わなくてもいい場合

✅単純なスクリプトを動かすだけ（main.py に全て書ける）
✅開発中でテストや動作確認が中心
✅Wi-Fiを使わず、センサーの読み取りだけをする

使うべき目安

✅ Pico起動時に何か自動的に「準備しておきたいこと」があるなら使う
✅ main.py に複雑な初期処理を書きたくないなら分ける
✅main.py 単体で完結する場合は無理に使わなくてOK

Thonnyでの操作

1.Thonny を起動
2.Pico W に接続（MicroPythonが書き込まれていること）
3.左側の "This computer" から main.py, lib/, config.py を Pico にドラッグ
4.保存先を Raspberry Pi Pico にして「Upload」
5.main.py が起動されることを確認

🧠 解説まとめ

📊 MicroPython 特有のまとめ

MicroPython と 通常Python（CPython）の構成・ファイル比較表

MicroPythonでは

• boot.py と main.py によって「電源ON後に自動で処理開始」ができます（家電製品のように動かせる）
• ファイルサイズ・処理内容が非常にコンパクトである必要があります（メモリが小さいため）
• lib/ に入れておくと import できるようになる（ただしフォルダ階層には制限あり）

通常のPython（PC）では

• 起動用の固定ファイルはなく、自由にどのスクリプトを実行するか決められます
• venv, pip, requirements.txt によって柔軟にパッケージ管理・環境分離が可能

MicroPython プロジェクト構成（Pico W）

PJ_IoT_00\pc_dev\
├── boot.py ← 起動時に一度だけ実行（Wi-Fi設定など）
├── main.py ← 実際のセンサ処理、表示、送信など
├── config.py ← 設定用（SSID, パスワード, センサー設定など）
├── lib/ ← 自作または外部のPythonモジュールをここへ
│ └── dht.py ← 例：DHT22センサ用ラッパークラス