ラズパイで作るデジタルピッキングシステム、数千点の部品管理を自動化!(ハードウェア構築編)【前編】

Q: なぜDINをGPIO18（物理12番ピン）につなぐのですか？他のピンでもよいですか？

rpi_ws281xはPWM/PCM/SPIのいずれかを使ってLEDへ信号を送り、GPIO18（PWM0）が定番です。GPIO12・GPIO13・GPIO21なども使えますが、コード内のboard.D18を合わせて変更する必要があります。

Q: LEDが白く光りっぱなしになる、またはチカチカします。

データ線（DIN）の接触不良、電源不足、3.3V→5Vのロジックレベル不足が主な原因です。まずLED1個だけでpixels[0] = (0, 255, 0)を試し、配線を1本ずつ確認してください。

Q: sudo なしで動かせませんか？

rpi_ws281xはハードウェアのPWM/DMAにアクセスするため、root権限（sudo）が基本的に必要です。gpiozeroのPWMLEDやRaspberry Pi 5では事情が異なります。

デジタルピッキング前編

はじめに：光る棚で部品の払い出しミスを防ぐ
1. 従来の課題：部品が多すぎて配線が終わらない
2. 解決策：アドレス指定型LED（WS2812B）
要素設計のロードマップ
システム構成と準備するもの
STEP1：ハードウェアの配線
1. 配線図の確認
ライブラリのインストール（rpi_ws281x・pandas・openpyxl）
Lチカテスト：3番目のLEDを緑に光らせる
まとめと次回予告
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よくある質問（FAQ）
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はじめに：光る棚で部品の払い出しミスを防ぐ

こんにちは、ニンジンです🥕

電子工作や製造の現場で「部品の払い出し」に苦労したことはありませんか。何百・何千とある部品棚から、構成表どおりに必要なパーツを探す作業は、慎重にやっても棚の読み間違いや数量ミスが起きます。

この連載では、Raspberry Pi・Python・「光るLED」を使って、誰でもミスなく部品を取り出せるデジタルピッキングシステムを自作します。前編のこの記事は、その土台となるハードウェアの構築編です。

従来の課題：部品が多すぎて配線が終わらない

最初は「部品IDとLEDを1対1で配線し、IDを指定したらそのLEDが光る」仕組みを考えましたが、すぐに壁にぶつかります。

配線が膨大：部品が1,000点あればLEDも1,000個。個別配線は非現実的
制御ピン不足：ラズパイのGPIOだけでは多数のLEDを個別制御できない
ID判別：「150番のLEDを光らせろ」と言っても、LED側に自分を識別する能力がなければ制御できない

解決策：アドレス指定型LED（WS2812B）

配線地獄を回避する切り札が WS2812B（通称：NeoPixel）です。1つ1つに制御ICが内蔵されていて、データ線1本で数珠つなぎに連結できます。

データ線1本でOK：GPIOから1本の線を伸ばし、LEDテープを棚に沿って貼るだけ
位置指定ができる：「3番目のLEDを緑に光らせる」といった指示が簡単に出せる
Excel連携：棚番号とLEDのインデックスをExcelで管理すれば、数千点規模でも一括管理できる

この記事（前編）で分かること

WS2812B（NeoPixel）を選ぶ理由と、システム全体の構成
ラズパイとWS2812Bの配線（5V・GND・DIN＝GPIO18）と、逆接続でICが焼ける注意点
Debian 12以降で rpi_ws281x などを入れる方法（--break-system-packages）
sudo でThonnyを起動して、3番目のLEDだけを緑に光らせる疎通テスト

要素設計のロードマップ

デジタルピッキングシステムの要素設計は3ステップです。前編のこの記事はSTEP1を扱います。

STEP1：環境構築（この記事）— ラズパイとWS2812Bの物理接続、rpi_ws281x 等のインストール、LEDを1個点灯（疎通確認）
STEP2：要素技術の連携（後編）— ExcelをPythonで読み込み、指示に紐づくLEDを順番に点灯
STEP3：操作画面の実装（後編）— Flaskでサーバーを立て、タブレットで部品名・数量を表示、「完了」で次へ

システム構成と準備するもの

項目	役割
Raspberry Pi	システムの司令塔。Excelの読み込みとLED制御を行う
WS2812B LEDテープ	部品棚に設置。対象パーツの場所を光で示す
操作用端末（PC・スマホ・タブレット等）	ブラウザで操作画面（Flask）を表示し、進捗を確認する

STEP1：ハードウェアの配線

配線図の確認

ラズパイとWS2812Bを接続します。WS2812Bには「向き（信号の流れる方向）」があり、テープ上の矢印の向きにデータが流れます。矢印の始点側（DIN）をラズパイにつなぎます。

接続ミスに注意：5VとGNDを逆につなぐと、WS2812Bの制御ICが一瞬で焼けます。配線前に必ず極性を確認してください。

LED側のピン	Raspberry Pi側のピン
5V（赤）	5V（物理2番または 4番ピン）
GND（黒）	GND（物理6番などのGroundピン）
DIN（中）	GPIO18（物理12番ピン）

ライブラリのインストール（rpi_ws281x・pandas・openpyxl）

ラズパイのターミナルで、LED制御用とExcel読み込み用のライブラリを入れます。

最近のRaspberry Pi OS（Debian 12以降）は、OSの安定性を守るため、pipでシステム領域に直接ライブラリを入れることが制限されています（externally-managed-environment）。正式には「仮想環境（venv）」を作りますが、この記事は実験用なので --break-system-packages で強行します。本番運用ではvenvを使ってください。

pandas と openpyxl を入れます。

sudo pip3 install pandas openpyxl --break-system-packages

続けて、WS2812B制御用のライブラリを入れます。

sudo pip3 install rpi_ws281x adafruit-circuitpython-neopixel --break-system-packages

Lチカテスト：3番目のLEDを緑に光らせる

正しく結線できているか、「3番目のLEDを緑に光らせるだけ」のコードで確認します。

sudo権限でThonnyを起動する

WS2812Bの制御にはroot権限が必要です。通常起動のThonnyでは動かないので、ターミナルから sudo thonny で起動します。

sudo thonny

テストコード：test_led.py

import board
import neopixel

# 設定: ピン番号、LEDの数、輝度(0.0〜1.0)
pixel_pin = board.D18
num_pixels = 20
ORDER = neopixel.GRB

pixels = neopixel.NeoPixel(
    pixel_pin, num_pixels, brightness=0.2, auto_write=False, pixel_order=ORDER
)

# 3番目（インデックスは2）を緑にする
pixels[2] = (0, 255, 0)
pixels.show()

pixel_pin = board.D18 がGPIO18（物理12番ピン）です。pixels[2] は0から数えて3番目のLEDを指します。色は (R, G, B) で、(0, 255, 0) が緑です。