Как питать Arduino от батареек: 9V, AA, 18650 и пин Vin

Питание Arduino от батареек — первый шаг, чтобы освободить проект от USB-кабеля компьютера и превратить его в робота-машинку, датчик в саду или устройство, которое помещается в кармане. Коротко: самый безопасный способ запитать Arduino Uno от батарей — подключить сборку на 7–12 V (6×AA или два последовательно соединённых 18650) к гнезду питания (DC) или к пину Vin, либо воткнуть пауэрбанк в USB-порт. Пин 5V подходит только для чистого источника 5 V, который заранее измерен и настроен: этот пин полностью обходит стабилизатор и защиту платы.

Плохое питание стоит за многими загадочными проблемами новичков: плата перезагружается при каждом движении сервопривода, батарейка 9V садится за несколько часов, пауэрбанк выключается через пару секунд, а стабилизатор так греется, что до него не дотронуться. В этом руководстве разберём все входы, через которые можно питать Arduino, какую батарейку куда подключать, почему моторам нужно своё питание и как рассчитать потребляемый ток и время работы. В конце посмотрим, чем отличается питание от батарей у ESP32 и Raspberry Pi Pico.

5 способов запитать Arduino

Внутри Arduino Uno два отдельных пути питания. 5 V от USB проходит через самовосстанавливающийся предохранитель на 500 mA (polyfuse) и небольшой ключ на MOSFET, а затем сразу попадает на шину 5 V платы. Напряжение с гнезда питания сначала проходит через диод защиты от переполюсовки, в этой точке появляется на пине Vin и затем понижается до 5 V LDO-стабилизатором семейства 1117. Напряжение 3,3 V получается из шины 5 V вторым, более мелким стабилизатором. Компаратор на плате следит за Vin: как только Vin превышает примерно 6,6 V, он автоматически отключает питание от USB, поэтому источники не конфликтуют, даже если адаптер и USB подключены одновременно.

Питание от USB: предел 500 mA

USB — самый простой и лучше всего защищённый способ питать Arduino. Порт USB 2.0 компьютера отдаёт не больше 500 mA; самовосстанавливающийся предохранитель Uno нагревается и размыкает цепь, когда общий ток превышает это значение, а остыв, снова замыкается. Сама плата потребляет около 45–50 mA, так что на датчики, светодиоды и модули остаётся примерно 400 mA на всех. Зарядка от телефона или пауэрбанк подключаются к тому же USB-порту; разница только в том, что на тонких длинных кабелях напряжение может проседать до 4,6 V. Пока плата питается от USB, каждый миллиампер, который берётся с пина 5V, вычитается из этого бюджета в 500 mA. Поэтому сервопривод или светодиодная лента на USB-питании выбивают предохранитель, а порт компьютера может ещё и разорвать соединение, чтобы защитить себя.

Гнездо питания и пин Vin: почему 7–12 V?

Стабилизатор 5 V на плате — линейный LDO, и для нормальной работы ему нужно на входе примерно на 1–1,2 V больше, чем на выходе. Добавь падение 0,7–1 V на защитном диоде у гнезда — и получается, что для стабильных 5 V на гнезде нужно не меньше 7 V. С источником 6 V шина 5 V проседает до 4,2–4,5 V: плата вроде бы работает, но аналоговые показания плывут, а модули ведут себя странно. На верхней границе проблема — нагрев: линейный стабилизатор превращает лишнее напряжение в тепло. Рассеиваемая мощность равна P = (Vin − 5 V) × I. Как правило, не заставляй стабилизатор рассеивать больше 1 W: при такой мощности маленький корпус SOT-223 раскаляется так, что до него не дотронуться, и в итоге сам себя отключает.

Пин Vin — одновременно и вход, и выход. Когда плата питается через гнездо, на Vin присутствует напряжение гнезда минус примерно 0,7–1 V, и от него можно питать небольшую нагрузку на 9–12 V. Но в цепи тока стоит защитный диод на 1 A, поэтому крупные нагрузки вроде моторов нужно питать напрямую от источника, а не от Vin. Если батарейный отсек подключается к пину Vin, защитный диод остаётся в стороне: стабилизатор по-прежнему работает, но при перепутанных плюсе и минусе плату ничто не защитит. На новых Uno R4 Minima и R4 WiFi гнездо и Vin принимают 6–24 V, а вместо линейного стабилизатора стоит импульсный (понижающий, buck) преобразователь, поэтому они не перегреваются даже при 12 V. Подробности — в статье Arduino Uno R4.

Пин 5V: когда можно обойти стабилизатор?

Пин 5V соединён напрямую с шиной питания ATmega328P и остальных микросхем платы. Питание через этот пин минует стабилизатор, диод от переполюсовки и предохранитель USB. Поэтому в официальной документации Arduino питать плату через пины 5V и 3.3V не рекомендуют. Но если сделать всё правильно, есть и плюсы: нет падения напряжения и потерь на нагрев стабилизатора, поэтому батареи служат дольше, а модулям можно отдать больше тока. Условие только одно: источник должен быть стабилизированным и измеренным. ATmega328P рассчитан на работу до 5,5 V, а 6 V — его абсолютный максимум; даже кратковременное превышение может навсегда повредить микросхему.

• Сначала измерь: прежде чем подключать источник к Arduino, проверь его выход мультиметром; должно быть от 4,8 до 5,2 V.
• Никаких батареек напрямую: свежие щелочные 4×AA дают 6,4 V и превышают предел. К пину 5V подключай только выход стабилизатора, понижающего или повышающего модуля.
• Осторожно с одновременным USB: если при питании через пин 5V подключить ещё и USB, два источника 5 V окажутся соединены через плату; безопаснее всего отключать внешнее питание на время загрузки кода.
• Добавь конденсатор: электролитический конденсатор на 100–470 µF на внешней линии 5 V рядом с платой сглаживает просадки при резких скачках тока (что такое конденсатор?).
• Готовые варианты: модули стабилизатора на 7805 (стабилизатор напряжения 7805), LM2596, настроенный на 5,0 V, или модуль питания MB102 для макетной платы — все они дают чистые 5 V.

Пин 3.3V: какой ток с него можно брать?

Пин 3.3V на Uno — не вход питания, а выход маленького стабилизатора, и его официальный предел — 50 mA. Этого хватает модулям, которые укладываются в несколько десятков миллиампер, например BME280, MPU6050 или RFID-считывателю RC522. А вот модули с большими пиковыми токами его перегружают: nRF24L01+PA+LNA с антенной при передаче берёт больше 100 mA, Wi-Fi-модуль ESP-01 потребляет пики в несколько сотен миллиампер, а SIM800L требует импульсов до 2 A. Для nRF24L01+PA+LNA и ESP-01 используй отдельный модуль стабилизатора AMS1117 3.3V, питаемый от шины 5 V. А SIM800L работает не от 3,3 V, а от 3,4–4,4 V и превышает предел AMS1117 в 1 A; питай его от одной Li-ion-ячейки или от понижающего модуля, настроенного на 4,0 V и способного отдать не меньше 2 A. На Arduino Nano и её клонах пин 3.3V часто питается изнутри USB-UART-преобразователя и ещё слабее, чем на Uno, так что и там надёжнее отдельный стабилизатор. Подробнее о питании беспроводных модулей — в руководстве по nRF24L01.

Варианты батарей: 9V, AA, 18650 и пауэрбанки

Классическую батарейку-«крону» 9V советуют чаще всего благодаря защёлкивающемуся проводу со штекером, но она же и наименее эффективна. Внутри шесть маленьких элементов, поэтому ёмкость всего около 400–600 mAh, а внутреннее сопротивление высокое: добавь к 50 mA платы Uno сервопривод или несколько светодиодов — и напряжение быстро опускается ниже 7 V, а плата начинает перезагружаться. На плате с линейным стабилизатором время работы напрямую определяет ёмкость батареи в mAh, а лишние вольты просто уходят в тепло. Поэтому отсек 6×AA, который даёт те же 9 V, работает примерно в четыре раза дольше «кроны». Единицы ёмкости подробно разобраны в статье Что означает mAh?.

Батарейки AA дешёвые и продаются везде, но важно правильно выбрать количество элементов. Самая частая ошибка — 4×AA: 6 V мало для гнезда питания, потому что после падения на диоде и стабилизаторе на шину 5 V доходит лишь около 4,2 V, а та же сборка на пине 5V со свежими батарейками даёт 6,4 V, что превышает предел. Правильные сочетания — сборка 6×AA (9 V) в гнездо питания и сборка 3×AA (4,5 V) напрямую на пин 5V. Uno на 16 MHz от 3×AA начинает работать нестабильно, когда напряжение каждого элемента опускается ниже 1,25 V, так что вся ёмкость не используется. Никель-металлгидридные (NiMH) аккумуляторы дают по 1,2 V, поэтому 4×NiMH (4,8 V) — тоже популярный вариант для пина 5V, но только что заряженные элементы в первые минуты могут давать больше 5,5 V.

Li-ion-аккумуляторы 18650 и повышающие преобразователи

18650 — литий-ионный аккумулятор диаметром 18 мм и длиной 65 мм, такие стоят в батареях ноутбуков и в пауэрбанках. Номинальное напряжение — 3,7 V; полностью заряженный показывает 4,2 V, разряженный — около 3,0 V. Реальная ёмкость — от 2000 до 3500 mAh; элементы с надписью 6800 или 9900 mAh почти всегда подделка. Одну 18650 можно использовать с Arduino двумя способами: поднять 3,7 V до 5 V повышающим преобразователем (boost; например, модулем MT3608 или готовой платой пауэрбанка под 18650) и подать на USB или пин 5V, либо соединить два элемента последовательно и подключить сборку 2S (7,4 V) к гнезду питания. Второй вариант для Uno самый сбалансированный: начиная с 8,4 V, напряжение остаётся в комфортном для стабилизатора диапазоне, пока не опустится до 3,5 V на элемент (всего 7 V). С повышающим преобразователем помни, что ток от батареи больше, чем на выходе: схема, которой нужно 200 mA при 5 V, при КПД 88 процентов берёт от элемента 3,7 V около 307 mA.

• Защита обязательна: разряд Li-ion-элемента ниже 3,0 V сокращает срок его службы и может быть опасен. Используй защищённые элементы или плату защиты (BMS).
• TP4056 — только для одного элемента: модуль TP4056 заряжает лишь одну ячейку (1S) до 4,2 V. Никогда не заряжай последовательную сборку 2S через TP4056; используй схему заряда с BMS на 2S или балансирное зарядное устройство. Подробности подключения — в статье Модуль заряда TP4056.
• Берегись короткого замыкания: при коротком замыкании 18650 может отдать десятки ампер; не оставляй оголённых проводов и поставь в линию батареи предохранитель и выключатель.
• Настройка повышающего модуля: не подключай регулируемые модули вроде MT3608 к Arduino, пока их выход не выставлен на 5,0 V.
• Не смешивай элементы: в последовательной сборке используй элементы одной марки, одной ёмкости и с одинаковым уровнем заряда.

Почему пауэрбанк отключается сам?

Пауэрбанк — это готовая сборка, внутри которой литиевые элементы, зарядка, защита и повышающий преобразователь на 5 V, так что запитать Arduino от батарей с ним проще всего: достаточно воткнуть USB-кабель. Однако большинство пауэрбанков следят за выходным током, чтобы выключаться, когда телефон зарядился, и отключают выход через 10–60 секунд после того, как ток падает ниже 50–100 mA. Nano с потреблением 20 mA или Uno с 50 mA остаются ниже этого порога, поэтому плата какое-то время работает, а потом тихо выключается. Обойти это можно двумя способами: выбрать пауэрбанк с режимом малого тока (на некоторых моделях он включается двойным нажатием кнопки) или заставить Arduino через равные промежутки времени ненадолго создавать нагрузку. Для второго способа подключи резистор 47 Ω, 1 W от шины 5V к коллектору NPN-транзистора (BC337 или 2N2222), эмиттер — к GND, а базу — к пину D7 через резистор 1 kΩ. Когда транзистор открывается, резистор берёт около 5 V / 47 Ω ≈ 106 mA, и пауэрбанк видит нагрузку. Номиналы можно проверить в калькуляторе закона Ома.

1// Powerbank uyanık tutma / powerbank keep-alive
2// D7 -> 1 kΩ -> NPN beyzi, kolektör -> 47 Ω -> 5V / D7 -> 1 kΩ -> NPN base, collector -> 47 Ω -> 5V
3const int LOAD_PIN = 7;
4const unsigned long PERIOD_MS = 8000;  // her 8 saniyede bir / every 8 seconds
5const unsigned long PULSE_MS = 300;    // 300 ms yük / 300 ms of load
6
7unsigned long pulseStart = 0;
8bool loadOn = false;
9
10void setup() {
11  pinMode(LOAD_PIN, OUTPUT);
12  digitalWrite(LOAD_PIN, LOW);
13}
14
15void loop() {
16  unsigned long now = millis();
17  if (!loadOn && now - pulseStart >= PERIOD_MS) {
18    digitalWrite(LOAD_PIN, HIGH);   // ~106 mA çek / draw ~106 mA
19    loadOn = true;
20    pulseStart = now;
21  }
22  if (loadOn && now - pulseStart >= PULSE_MS) {
23    digitalWrite(LOAD_PIN, LOW);    // yükü kapat / switch the load off
24    loadOn = false;
25  }
26  // projenin kodu burada, delay() kullanmadan / your project code here, without delay()
27}

Поскольку в коде используется millis() вместо delay(), остальная часть проекта не блокируется; этот подход подробно разобран в статье millis() или delay(). Потребление 106 mA в течение 300 мс каждые 8 секунд добавляет в среднем всего около 4 mA. Если пауэрбанк всё равно отключается, сократи период до 5 секунд или удлини импульс до 500 мс: у каждой модели свой порог и своё время ожидания.

Отдельное питание для моторов и сервоприводов, общий GND

Моторы и сервоприводы — нагрузки, которые доставляют больше всего хлопот при питании Arduino от батарей. Сервопривод в момент начала движения даёт скачок тока в несколько сотен миллиампер, а DC-моторы при пуске или заторможенном вале берут в несколько раз больше обычного. Такой скачок может на мгновение обрушить шину 5 V; если напряжение падает достаточно низко, срабатывает детектор просадки питания (brown-out) ATmega328P, и плата сама перезагружается. Вдобавок помехи от щёток моторов портят показания датчиков. Правило простое: от пина 5V Arduino питай не больше одного маленького сервопривода, а все остальные моторы — от отдельного источника. Как устроены сервоприводы и DC-моторы, смотри в статьях сервопривод и управление DC-мотором через L298N.

1. Выбери отдельный источник для моторов: 5–6 V для сервоприводов (4×AA NiMH или LM2596, настроенный на 5–6 V) и сборку под напряжение мотора для DC-моторов (например, 2S 18650).
2. Плюс источника подключай только к красным проводам сервоприводов или ко входу питания драйвера моторов; к пину 5V Arduino его не подключай.
3. Питай Arduino через её собственный вход: ту же сборку 2S можно подключить и к гнезду питания, лишь бы ток моторов не шёл через стабилизатор Arduino.
4. Минус (GND) источника соедини с пином GND Arduino. Без общего GND управляющий сигнал работать не будет.
5. Оранжевый или жёлтый сигнальный провод сервопривода подключи к одному из цифровых пинов Arduino (например, D9); библиотека Servo работает и на пинах без пометки PWM.
6. Поставь электролитический конденсатор на 470–1000 µF параллельно питанию сервоприводов, ближе к ним; соблюдай полярность.
7. Если используется L298N, подай питание моторов на клемму 12V; если оно выше 12 V, сними перемычку 5V-EN и питай Arduino от её собственного источника.

Как рассчитать ток и время работы?

Главный вопрос в проекте на батареях — «на сколько хватит?». Базовая формула проста: Время работы (ч) = Ёмкость батареи (mAh) × 0,85 / Средний ток (mA). Коэффициент 0,85 учитывает, что батарея никогда не отдаёт всю номинальную ёмкость: на больших токах и на холоде ёмкость падает, схема перестаёт работать раньше, чем батарея разрядится полностью, а преобразователи добавляют потери. Для батарей, напряжение которых проседает рано, например «кроны» 9V, реалистичнее брать 0,7. Если проект большую часть времени спит, сначала посчитай средний ток: Средний ток = (Активный ток × время активности + Ток во сне × время сна) / общее время. Чтобы не считать вручную, можно воспользоваться калькулятором времени работы от батареи: введи ёмкость, токи в активном режиме и во сне, интервал пробуждения — и получишь время работы в часах, днях или месяцах.

Измерение всегда лучше догадок. Переключи мультиметр в режим измерения тока (mA) и включи его последовательно между батареей и схемой, чтобы увидеть реальное потребление; как это делается, показано в статье как пользоваться мультиметром. Если значение выше ожидаемого, сначала посмотри на потребление самой платы: на Uno USB-UART-преобразователь (ATmega16U2), светодиод питания и стабилизатор берут больше 30 mA, даже когда ATmega328P спит. Поэтому в проектах, которым нужна долгая работа от батарей, выбирают платы без USB-микросхемы, например Arduino Pro Mini; Pro Mini со снятыми светодиодом питания и стабилизатором в режиме сна потребляет считанные микроамперы.

Пошагово: переводим проект на батареи

1. Пока проект работает от USB, измерь мультиметром его средний и пиковый ток; измерь и в момент, когда двигается сервопривод или мотор.
2. Выдели нагрузки с большим током — моторы, сервоприводы, светодиодные ленты — и запланируй для них отдельное питание.
3. Выбери вход платы: для Uno — сборка на 7–12 V в гнездо питания или стабилизированные 5 V на USB или пин 5V; для Pico — 1,8–5,5 V на VSYS.
4. Рассчитай нужную ёмкость под желаемое время работы или воспользуйся калькулятором времени работы от батареи.
5. Поставь выключатель в плюсовую линию батареи; убедись, что у Li-ion-сборок есть плата защиты (BMS).
6. Загрузи код через USB, затем отключи USB и проверь работу от батарей; пока двигается сервопривод, проверь мультиметром напряжение на пине 5V.
7. Следи за напряжением батареи в коде и выдавай предупреждение, когда оно опускается ниже заданного значения (код ниже).

Измерение напряжения батареи с Arduino

Вместо того чтобы гадать, когда сядет батарея, можно измерять её напряжение. Аналоговые входы Arduino читают не больше 5 V, поэтому сборку 2S, которая доходит до 8,4 V, нельзя подключить прямо к A0 — нужен делитель напряжения. Два резистора на 100 kΩ и 10 kΩ делят напряжение на 11: 8,4 V превращаются на A0 примерно в 0,76 V. Поскольку шина 5 V платы может уплывать по мере разряда батареи, точнее измерять относительно встроенного опорного напряжения 1,1 V, которое не зависит от напряжения питания. Номиналы резисторов под свою сборку можно подобрать в утилите делителя напряжения, а подробнее почитать в статье делитель напряжения.

1// 2S Li-ion paket gerilimini ölçme / measuring a 2S Li-ion pack voltage
2// Pil+ -> 100k -> A0 -> 10k -> GND / pack+ -> 100k -> A0 -> 10k -> GND
3const int BAT_PIN = A0;
4const int LED_PIN = 13;      // pil zayıf uyarısı / low-battery warning
5const float R1 = 100000.0;   // üst direnç / top resistor
6const float R2 = 10000.0;    // alt direnç / bottom resistor
7const float VREF = 1.1;      // dahili referans, multimetreyle düzelt / internal reference, calibrate with a multimeter
8const float LOW_V = 6.6;     // 2S için alt sınır (3,3 V/hücre) / low limit for 2S (3.3 V per cell)
9
10void setup() {
11  Serial.begin(9600);
12  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
13  analogReference(INTERNAL);   // 1,1 V referans (Uno/Nano) / 1.1 V reference (Uno/Nano)
14  analogRead(BAT_PIN);         // ilk ölçümü at / discard the first reading
15  delay(10);
16}
17
18void loop() {
19  long sum = 0;
20  for (int i = 0; i < 16; i++) {   // 16 ölçümün ortalaması / average of 16 readings
21    sum += analogRead(BAT_PIN);
22    delay(2);
23  }
24  float pinV = (sum / 16.0) * VREF / 1024.0;
25  float batV = pinV * (R1 + R2) / R2;
26
27  Serial.print("Pil / Battery: ");
28  Serial.print(batV, 2);
29  Serial.println(" V");
30
31  digitalWrite(LED_PIN, batV < LOW_V ? HIGH : LOW);   // zayıfsa LED yanar / LED on when low
32  delay(2000);
33}

Верх делителя подключи к плюсу батареи после выключателя, чтобы делитель не разряжал батарею, когда устройство выключено. Встроенное опорное напряжение 1,1 V может отличаться от микросхемы к микросхеме примерно на ±10%: сравни напряжение батареи, измеренное мультиметром, с показаниями в мониторе порта и поправь VREF (например, на 1.08). Делитель постоянно берёт около 76 µA, что практически не влияет на время работы. Код написан для Uno и Nano; на Mega опорное напряжение называется INTERNAL1V1. Порог 6,6 V соответствует 3,3 V на элемент: в этот момент элементы почти пусты, а разряд ниже 3,0 V на элемент их повреждает. Если сборка питает гнездо питания, шина 5 V начинает проседать примерно при 7 V, так что значение LOW_V, равное 7.0, тоже имеет смысл.

Питание ESP32 от батарей

Отладочные платы ESP32 работают от 3,3 V, и запитать их можно тремя способами: через USB-порт, через пин 5V (на некоторых платах VIN) или напрямую через пин 3V3. Espressif прямо указывает, что эти варианты нельзя использовать одновременно и что выбрать нужно только один. Напряжение на пине 5V проходит через LDO-стабилизатор платы на 3,3 V (на большинстве клонов это AMS1117), а пин 3V3 принимает только стабилизированные 3,0–3,6 V. При передаче по Wi-Fi ESP32 берёт пики до 240 mA, поэтому ей нужен источник, способный отдать не меньше 500 mA; иначе она перезагружается с ошибкой «Brownout detector was triggered» (сработал детектор просадки питания; подробности — в статье ошибка brownout). Не подключай одну 18650 напрямую к пину 3V3: заряженная, она даёт 4,2 V и превышает предел. Пин 5V тоже не лучший вариант: AMS1117 нужно падение около 1,1 V, поэтому по мере разряда элемента выход опускается ниже 3,3 V. Правильные варианты — 18650 с повышающим модулем на 5 V на пин 5V, стабилизатор 3,3 V с малым падением напряжения, способный отдать не меньше 500 mA, или плата ESP32 со встроенной зарядкой Li-ion. Но по-настоящему время работы определяет то, что ESP32 большую часть времени проводит в глубоком сне: в этом режиме сама микросхема берёт около 10 µA, однако USB-UART-преобразователь, светодиод и стабилизатор на отладочных платах могут поднять потребление до миллиампер. Отсюда и разница между 3 месяцами и 18 сутками в таблице выше; подробности — в статье глубокий сон ESP32.

1// ESP32: 18650 gerilimini ölç, sonra derin uykuya geç / measure the 18650, then deep sleep
2// Pil+ -> 100k -> GPIO34 -> 100k -> GND / cell+ -> 100k -> GPIO34 -> 100k -> GND
3const int BAT_PIN = 34;                         // yalnız giriş, ADC1 / input-only, ADC1
4const uint64_t SLEEP_US = 60ULL * 1000000ULL;   // 60 saniye / 60 seconds
5
6void setup() {
7  Serial.begin(115200);
8  uint32_t mv = 0;
9  for (int i = 0; i < 16; i++) {
10    mv += analogReadMilliVolts(BAT_PIN);        // kalibre milivolt / calibrated millivolts
11  }
12  float batV = (mv / 16.0) * 2.0 / 1000.0;      // bölücü yarıya indirir / the divider halves it
13  Serial.printf("Pil / Battery: %.2f V\n", batV);
14
15  if (batV < 3.3) {
16    Serial.println("Pil zayif / Battery low");  // işi atla, pili koru / skip the work, protect the cell
17  } else {
18    // sensörü oku, Wi-Fi ile gönder / read the sensor, send over Wi-Fi
19  }
20
21  esp_sleep_enable_timer_wakeup(SLEEP_US);      // 60 sn sonra uyan / wake up after 60 s
22  Serial.flush();
23  esp_deep_sleep_start();                       // loop() hiç çalışmaz / loop() never runs
24}
25
26void loop() {
27}

При каждом пробуждении код измеряет напряжение батареи, выполняет свою работу и снова засыпает по 60-секундному таймеру; поскольку ESP32 после глубокого сна запускает программу с начала, loop() не выполняется никогда. GPIO 34 — пин ADC1, работающий только на вход, и он работает при включённом Wi-Fi, а пины ADC2 вместе с Wi-Fi использовать нельзя. analogReadMilliVolts() использует заводскую калибровку микросхемы и сразу возвращает милливольты. Делитель 100 kΩ + 100 kΩ понижает 4,2 V до 2,1 V и берёт всего 21 µA; если показания шумят, поставь конденсатор 100 nF между GPIO 34 и GND. Для первых шагов с ESP32 хорошо начать со статьи Что такое ESP32?.

Питание Raspberry Pi Pico от батарей

Raspberry Pi Pico — одна из самых простых плат для работы от батарей: вместо линейного стабилизатора у неё импульсный стабилизатор buck-boost (понижающе-повышающий). Подай на пин VSYS что угодно от 1,8 до 5,5 V, и плата эффективно преобразует это в 3,3 V; она продолжает работать, даже когда вход опускается ниже 3,3 V. Значит, 2 или 3 элемента AA, одну 18650 или однобаночный LiPo можно подключить прямо между VSYS и GND без дополнительных модулей. Следить нужно только за одновременным использованием с USB: 5 V от USB (VBUS) подключены к VSYS через диод Шоттки, поэтому если батарея подключена прямо к VSYS и при этом воткнут USB, USB пытается гнать ток в батарею. Решение, которое рекомендует Raspberry Pi, — подключить батарею к VSYS через собственный диод Шоттки (например, 1N5817). Пин 3V3 отдаёт внешним схемам не больше примерно 300 mA, а если притянуть пин 3V3_EN к GND, стабилизатор выключается, а с ним и вся плата. Общий обзор платы — в статье Что такое Raspberry Pi Pico?.

1from machine import ADC, Pin
2import time
3
4vsys = ADC(29)            # VSYS/3 ölçer (Pico) / measures VSYS/3 (Pico)
5usb = Pin(24, Pin.IN)     # USB takılıysa 1 / 1 when USB is connected
6CONV = 3.3 / 65535        # ham değeri volta çevir / raw value to volts
7
8while True:
9    total = 0
10    for _ in range(16):   # 16 ölçümün ortalaması / average of 16 readings
11        total += vsys.read_u16()
12    volts = total / 16 * CONV * 3   # kart içindeki bölücü 3'e böler / on-board divider divides by 3
13    source = "USB" if usb.value() else "Pil / Battery"
14    print("{}: VSYS = {:.2f} V".format(source, volts))
15    if not usb.value() and volts < 3.3:   # 3xAA ya da 18650 için alt sınır / low limit for 3xAA or a 18650
16        print("Pil zayif! / Battery low!")
17    time.sleep(5)

На Pico пин GP29 через делитель на плате измеряет треть напряжения VSYS, а GP24 читает 1, когда подключён USB. Так что без лишних деталей можно узнать и напряжение батареи, и то, от чего работает плата — от USB или от батареи. Если батарея подключена через диод Шоттки, как рекомендуется, VSYS показывает примерно на 0,2–0,3 V меньше напряжения батареи. Расчёт предполагает, что опорное напряжение АЦП равно 3,3 V; благодаря стабилизатору buck-boost оно остаётся стабильным, даже когда батарея слабеет. На Pico W пины GP29 и GP24 общие с беспроводной микросхемой, поэтому этот код там в исходном виде не заработает; там состояние USB читается через Pin("WL_GPIO2"). Чтобы продлить время работы от батареи, между измерениями используй machine.lightsleep() вместо time.sleep().

Идеи проектов на батареях

• Машинка с управлением по Bluetooth: питай и моторы, и Arduino от сборки 2S 18650; подробности — в статье как собрать машинку на Arduino.
• Робот, объезжающий препятствия: чтобы избежать перезагрузок, питай моторы через L298N по отдельной линии, а Arduino — через гнездо питания (робот, объезжающий препятствия).
• Вольтметр с индикатором заряда: выводи значение, измеренное через делитель напряжения, на LCD (как сделать вольтметр на Arduino).
• Садовая станция влажности: держи ESP32 в глубоком сне, раз в час измеряй влажность почвы — и она месяцами проработает от одной 18650.
• Портативный GPS-логгер: записывай маршрут похода с GPS NEO-6M и пауэрбанком.
• Ночник на Pico с питанием от батарей: Pico, питаемая от 3×AA через VSYS, включает светодиоды, когда в комнате темнеет.

Частые ошибки и как их исправить

Хорошее питание — половина надёжной работы проекта: выбери правильный вход, питай моторы отдельно, соедини земли и с самого начала рассчитай время работы от батарей. Когда захочется собрать проект на батареях, загляни в приложение BlueGrays: там есть проекты «Машинка на L298N с управлением по Bluetooth», «Робот, объезжающий препятствия», «Умная станция полива», «Цифровой вольтметр с LCD» и «Экономия батареи с глубоким сном ESP32»; каждый пошагово проводит через схему, подключение и код.