豪雨・洪水対策！Raspberry Piで作る家庭用水位センサー

2025年10月14日

イケオジ

趣味

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近年増える線状降水帯やゲリラ豪雨。河川や自宅周辺の水位をいち早く知ることが、防災行動に直結します。Raspberry Piと超音波センサーを使えば、水位を自動で計測するシステムを簡単に自作可能！

超音波を発射して反射までの時間を測ることで距離を計算できます。避難判断や早期警戒につながる電子工作を初心者向けに解説します。

1. 必要なもの

Raspberry Pi 5（Raspberry Pi 4でも可）
HC-SR04 超音波距離センサー
ジャンパーワイヤー（オス-メス）
抵抗（2.2kΩと3.3kΩ） → 電圧を5V→3V以下に変換するために使用
ブレッドボード（あると便利）

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抵抗値の見方（色コード）

抵抗には、4本または5本のカラーリングが印刷されています。
色の組み合わせで抵抗値を表しています。

例：2.2kΩ の抵抗（4本帯）

帯の順	色	意味
1本目	赤	2 （数字）
2本目	赤	2 （数字）
3本目	赤	乗数 100 → 22×100 = 2200 Ω = 2.2kΩ
4本目	金	誤差 ±5%

例：3.3kΩ の抵抗（4本帯）

帯の順	色	意味
1本目	オレンジ	3
2本目	オレンジ	3
3本目	赤	×100 → 33×100 = 3300 Ω = 3.3kΩ
4本目	金	±5%

2. HC-SR04センサーの接続

HC-SR04には 4本のピンがあります。

HC-SR04 ピン	接続先（Raspberry Pi）	説明
VCC	5Vピン（Pin 2）	電源
TRIG	GPIO24（Pin 18）	トリガー信号
ECHO	GPIO23（Pin 16） GNDピン（Pin 9）	抵抗で分圧してから接続（2.2kΩと3.3kΩ使用）
GND	GNDピン（Pin 6 ）	グランド

Raspberry pi本体　GPIOピンの配置

 3.3V  (1) (2)  5V
 GPIO2 (3) (4)  5V
 GPIO3 (5) (6)  GND
 GPIO4 (7) (8)  GPIO14
  GND  (9) (10) GPIO15
 GPIO17(11)(12) GPIO18
 GPIO27(13)(14) GND
 GPIO22(15)(16) GPIO23
 3.3V  (17)(18) GPIO24
 GPIO10(19)(20) GND
 GPIO9 (21)(22) GPIO25
 GPIO11(23)(24) GPIO8
  GND  (25)(26) GPIO7
 ID_SD (27)(28) ID_SC
 GPIO5 (29)(30) GND
 GPIO6 (31)(32) GPIO12
 GPIO13(33)(34) GND
 GPIO19(35)(36) GPIO16
 GPIO26(37)(38) GPIO20
  GND  (39)(40) GPIO21

HC-SR04のECHOピン接続

HC-SR04 の ECHO ピンは 5V 出力なので、Raspberry Pi の GPIO（3.3V 仕様）に直接つなぐと破損の恐れがあります。そのため、抵抗で分圧して 3V 前後に落とす必要があります。

接続方法

HC-SR04のECHO → 2.2kΩ抵抗 → 分岐点
分岐点 → GPIO23（Pin 16）
分岐点 → 3.3kΩ抵抗 → GND（Pin 9）

回路イメージ

電圧計算（抵抗分圧）

Vin = 5V
R1 = 2.2kΩ（上側）
R2 = 3.3kΩ（下側）

Vout = Vin × (R2 / (R1 + R2))
     = 5V × (2.2 / (2.2 +3.3))
     = 5V × (2.2 / 5.5)
     = 2.0V

Vout = Vin × (R2 / (R1 + R2))
     = 5V × (3.3 / (2.2 + 3.3))
     = 5V × (3.3 / 5.5)
     = 3.0V

これで安全に動作します。

3. Pythonプログラム

ターミナルを開きます。Ctrl + Alt + T を同時に押す。

ターミナルで nano shikoshikosuii.py と入力し、新しいファイルを作成。

nano shikoshikosuii.py

次に、以下のプログラムを入力します。

from gpiozero import DistanceSensor
from time import sleep
import tkinter as tk
import threading

# 最大測定距離（メートル単位）
MAX_DISTANCE = 5.0

# センサー設定
# echo = GPIO23, trigger = GPIO24
sensor = DistanceSensor(echo=23, trigger=24, max_distance=MAX_DISTANCE)

# GUIウィンドウの準備
root = tk.Tk()
root.title("水位計")
root.geometry("400x200")

label = tk.Label(root, text="測定中...", font=("Helvetica", 24))
label.pack(pady=50)

def measure_loop():
    while True:
        reversed_distances = []

        # 10回分の測定（10秒間）
        for _ in range(10):
            actual_distance = sensor.distance * MAX_DISTANCE
            reversed_distance = max(0.0, MAX_DISTANCE - actual_distance)
            reversed_distances.append(reversed_distance)
            sleep(1)

        average = sum(reversed_distances) / len(reversed_distances)
        cm_value = average * 100

        # GUIラベルに値を表示
        label.after(0, lambda v=cm_value: label.config(
            text=f"水位: {v:.1f} cm"))

# 測定を別スレッドで実行（GUIが固まらないように）
threading.Thread(target=measure_loop, daemon=True).start()

# GUI起動
root.mainloop()

4. プログラムを保存して実行

nanoで入力が終わったら、以下の手順で保存します。

Ctrl + O を押す（ファイルを保存）
Enter を押す（ファイル名を確定）
Ctrl + X を押す（エディターを終了）

ターミナルを開きます。Ctrl + Alt + T を同時に押す。以下を入力してプログラムを実行します。

python3 shikoshikosuii.py

すると新しいウィンドウが開き、10秒ごとの平均水位が表示されます。

5. Tkinterとは？

Tkinterは、Pythonに標準で入っている GUI（グラフィカル・ユーザー・インターフェイス）ライブラリ です。
これを使うと、黒いターミナルの文字だけでなく、ボタンやラベルを使った ウィンドウアプリ を作れます。

今回のプログラムでは、

tk.Tk() → 新しいウィンドウを作成
tk.Label() → 測定値を表示するラベルを作成
root.mainloop() → ウィンドウを開いたままにする

という使い方をしています。

6. 水位計以外の応用例

HC-SR04は水位計以外にもいろいろ使えます。

人感センサーの代わりに使う
→ 一定距離内に物体が来たらLEDを光らせる
ゴミ箱の残量測定
→ 満杯かどうかを自動で検知
車庫の駐車アシスト
→ 車と壁の距離を測ってLEDでお知らせ
ロボットの障害物回避
→ 距離を測って自動でストップ

もっともっと電子工作を作ってラズパイを楽しんでいきましょう！

次回は、熱中症・火災を防ぐ！Raspberry Piでつくる温度監視システムです。

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1. 必要なもの

抵抗値の見方（色コード）

2. HC-SR04センサーの接続

HC-SR04のECHOピン接続

接続方法

回路イメージ

電圧計算（抵抗分圧）

3. Pythonプログラム

4. プログラムを保存して実行

5. Tkinterとは？

6. 水位計以外の応用例

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