RaspberryPiで作るスマート時計アプリケーション - RaspiWatch開発記
はじめに
今回は、RaspberryPiを使用してデスクトップ時計アプリケーション「RaspiWatch」を開発しましたので、その実装方法について共有させていただきます。このアプリケーションは、時刻表示だけでなく、温度、湿度、天気情報なども表示できる多機能な時計アプリケーションとなっています。
ちなみに、私の机の上でこんな感じで動いてくれています。
開発の背景
デスクに置ける多機能な時計が欲しいと思い、RaspberryPiとPythonを使って開発することにしました。単なる時計としての機能だけでなく、室内の環境モニタリングや天気予報機能も備えることで、より実用的なデバイスを目指しました。
機能紹介
RaspiWatchには以下のような機能があります：
- リアルタイムの時刻表示
- 大阪の天気情報表示（6時間ごとに更新）
- 室内の温度・湿度モニタリング（DHT22センサーを使用）
- フルスクリーン表示対応
必要な機材
- Raspberry Pi（任意のモデル）
- DHT22温度・湿度センサー
私はAmazonで買いました。→Amazon - LCDディスプレイ
これもAmazonで買いました。私は3.5インチにしましたがなんでもいいと思います。→Amazon 10kΩ抵抗- ジャンパーワイヤー
- Python 3.7以上の実行環境
ハードウェアのセットアップ
DHT22センサーの接続
DHT22センサーは以下のように接続します：
- データピン → GPIO18（D18）
- VCC → 3.3Vまたは5V電源
- GND → グランド
-
データピンとVCC間に10kΩ抵抗を接続
（追記：抵抗は必要ありません）
ソフトウェアの実装
使用している主要なライブラリ
- Flet: モダンなGUIアプリケーションを作成するためのPythonフレームワーク
- adafruit_dht: DHT22センサーを制御するためのライブラリ
- board: RaspberryPiのGPIOピンを制御するためのライブラリ
アプリケーションの構造
アプリケーションは以下のような構造になっています：
RaspiWatch/
├── README.md
├── README_JP.md
├── requirements.txt
├── main.py
└── src/
├── get_now_time.py
├── get_weather.py
└── get_temperature_humidity.py
メインコードの解説
1. 初期設定とレイアウト
def main(page: ft.Page):
# DHT22センサーの初期化
dhtDevice = acd.DHT22(board.D18, use_pulseio=False)
# ページの基本設定
page.title = "Custom fonts"
page.fonts = {
"NnumGothic": "fonts/NanumGothic-ExtraBold.ttf",
}
page.theme = ft.Theme(font_family="NnumGothic")
page.bgcolor = ft.colors.BLACK
page.window.full_screen = True
アプリケーションの基本設定として、フォントの設定、背景色の設定、フルスクリーン表示の設定を行っています。
2. 天気アイコンの管理
def get_weather_icon():
wb_code = get_weather.get_osaka_weather()
if wb_code == 1:
return wb_sunny
elif wb_code == 2:
return wb_cloudy
# ... 他の天気パターン
天気情報を数値コードで取得し、対応するアイコンを返す関数を実装しています。この関数により、視覚的にわかりやすい天気表示を実現しています。
3. メインループの実装
while True:
try:
# 温度・湿度の取得と表示更新
now_temp, now_humidity = get_temperature_humidity.get_temp_hum(dhtDevice)
display_temp.value = now_temp
display_humidity.value = now_humidity
except RuntimeError as error:
pass
# 時刻の更新
display_time.value, display_month.value, display_weekday.value, dt = get_str_time()
# 天気情報の更新（6時間ごと）
if (dt - old_time).seconds >= SIX_HOUR:
try:
weather.content = get_weather_icon()
except Exception:
weather.content = wb_unknown
old_time = dt
page.update()
time.sleep(2.0)
メインループでは以下の処理を行っています：
- 温度・湿度の定期的な取得と表示更新
- 時刻表示の更新
- 6時間ごとの天気情報更新
- UIの更新
レイアウトデザイン
アプリケーションのレイアウトは、Fletのコンテナとスタックを使用して実装しています：
page.add(
ft.Column(
controls = [
ft.Stack([
# 天気アイコンと時刻表示のスタック
ft.Row(controls=[weather]),
ft.Container(
content=display_time,
alignment=ft.Alignment(0, -1),
bgcolor=ft.colors.TRANSPARENT,
width=2000,
height=700,
),
]),
# 温度、湿度、日付、曜日の表示行
ft.Row(controls=[...])
],
alignment=ft.MainAxisAlignment.START,
spacing=0,
)
)
このレイアウト構造により、以下のような表示を実現しています：
- 大きな時刻表示（中央上部）
- 天気アイコン（左上）
- 温度・湿度表示（下部左側）
- 日付・曜日表示（下部右側）
インストール方法
- リポジトリのクローン：
git clone https://github.com/yourusername/RaspiWatch.git
- 必要なパッケージのインストール：
pip install -r requirements.txt
- アプリケーションの起動：
cd RaspiWatch
flet run watch_app
実装時の工夫点
-
エラーハンドリング
- DHT22センサーの読み取りエラーに対する適切な例外処理
- 天気情報の取得失敗時のフォールバック処理
-
パフォーマンス最適化
- 天気情報の更新頻度を6時間に制限
- センサーの読み取り間隔を2秒に設定
-
ユーザビリティ
- フルスクリーン表示対応
- 見やすい大きさのフォントとアイコン
- 直感的なレイアウト設計
課題と今後の展望
-
機能の拡張
- 複数都市の天気情報表示
- アラーム機能の追加
- カスタマイズ可能なテーマ設定
-
改善点
- 設定のGUI化
- エラー通知の改善
- ネットワーク接続エラーへの対応強化
まとめ
RaspiWatchは、RaspberryPiとPythonを使用して、実用的なデスクトップ時計アプリケーションを作成する方法を示しています。Fletフレームワークを使用することで、モダンなUIを持つアプリケーションを比較的簡単に作成することができました。
また、DHT22センサーを組み合わせることで、単なる時計以上の機能を持つIoTデバイスとして活用することができます。
ライセンス
このプロジェクトはApache License 2.0の下で公開されています。詳細については、プロジェクトのLICENSEファイルをご確認ください。