Питание Arduino: USB, блок питания, батарейки и аккумулятор

Пять способов подать питание

Все они в итоге приводят к одной и той же пятивольтовой шине внутри платы. Разница — в том, что стоит по дороге.

Что происходит внутри платы

Между разъёмами и микросхемой на плате Uno живут четыре детали: защитный диод, стабилизатор, самовосстанавливающийся предохранитель и — самое интересное — маленькая схема, которая сама решает, откуда брать питание.

Устроено это так: микросхема сравнения смотрит на половину напряжения с вывода VIN и сравнивает её с 3,3 вольта. Если половина больше — значит, на VIN больше 6,6 вольта, и полевой ключ отключает USB. На разъёме питания нужно чуть больше: часть напряжения теряется на защитном диоде от переполюсовки (паспортный максимум у него — 1,1 вольта, но нормирован он при токе в целый ампер, которого плата не потребляет). Вот откуда берётся знаменитое «не меньше семи вольт» — это не суеверие, а порог реальной схемы с запасом.

Второй предел — снизу, со стороны стабилизатора. Он теряет на себе около вольта при токе в полампера, то есть при шести вольтах на входе ровных пяти на выходе уже не получится. Паспорт платы разрешает от 6 до 20 вольт, но это предельные значения; рабочий диапазон — 7–12, а разумный — 7–9.

Куда девается разница напряжений

Стабилизатор на плате линейный. Он не преобразует лишнее напряжение во что-нибудь полезное — он его сжигает. Формула простая: разницу между входным напряжением и пятью вольтами умножаем на ток.

Корпус у стабилизатора размером с рисовое зерно, и лист данных даёт для него 160 градусов на каждый ватт при минимальной контактной площадке. Отсюда прямо считается потолок: при комнатной температуре это меньше ватта. На плате меди больше, поэтому реальность мягче, но порядок именно такой — ватт уже за гранью паспортного расчёта. Тепловая защита срабатывает около 175 градусов, и плата просто выключается, а остыв — включается снова. Отсюда правило: если нужно 12 вольт для моторов, ведите их мимо платы, а плате давайте отдельные семь-девять или готовые пять.

Сколько тока просит проект

Ампер — это не про «сколько даёт блок питания», а про «сколько возьмёт нагрузка». Блок питания на два ампера не заставит светодиод потреблять два ампера; он лишь не помешает мотору взять свои полтора.

Обратите внимание на две строки: у сервопривода SG90 и у адресной ленты в листах данных производителей токов потребления нет вовсе. Все цифры, которые ходят по интернету, — это чужие измерения и правила расчёта. Мы это отмечаем честно, потому что считать бюджет питания по несуществующему паспортному значению — плохая идея.

Что можно снять с выводов платы

Про суммарные 200 миллиампер вспоминают редко, а зря: даже если каждый светодиод берёт скромные 15 миллиампер, тринадцать таких светодиодов одновременно — это уже предел микросхемы. Матрицы и ленты поэтому питают не от выводов платы, а от отдельного источника.

Плата умеет измерить своё питание сама

Внутри микросхемы есть опорный источник на 1,1 вольта. Обычно с ним сравнивают сигнал с ножки, но можно наоборот: измерить сам источник, взяв опорой питание. Тогда по результату вычисляется напряжение питания — без единой лишней детали.

// Плата измеряет собственное напряжение питания и говорит, хватает ли его.
// Внутри ATmega328P есть опорный источник 1,1 вольта. Обычно с ним сравнивают
// сигнал с ножки; здесь наоборот: измеряем сам источник, а опорой берём
// питание. Доля, которую занял источник, и выдаёт напряжение питания.

const int WARN_MILLIVOLTS = 4500;

// Возвращает напряжение питания платы в милливольтах.
long readSupplyMillivolts() {
  // Опора — питание платы, вход АЦП — внутренний источник 1,1 вольта.
  ADMUX = _BV(REFS0) | _BV(MUX3) | _BV(MUX2) | _BV(MUX1);
  delay(2);                          // источнику нужно время устояться
  ADCSRA |= _BV(ADSC);               // запускаем измерение
  while (bit_is_set(ADCSRA, ADSC)) { // ждём, пока оно закончится
    ;
  }
  long value = ADC;
  if (value == 0) {
    return 0;
  }
  // 1,1 вольта x 1024 ступени x 1000 = 1126400. Делим на измеренное число.
  return 1126400L / value;
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Измеряю питание платы");
}

void loop() {
  long millivolts = readSupplyMillivolts();
  Serial.print("Питание: ");
  Serial.print(millivolts);
  Serial.print(" мВ");
  if (millivolts < WARN_MILLIVOLTS) {
    Serial.println(" — мало! Плата может перезагружаться");
  } else {
    Serial.println(" — норма");
  }
  delay(1000);
}

Это лучший способ проверить догадку «наверное, ей не хватает питания». Запустите скетч, пошевелите мотором — и увидите, проваливается ли напряжение в момент старта. Провал ниже четырёх с половиной вольт — верный признак, что источник не тянет: на плате стоит стабилизатор на пять вольт, и таких провалов там быть не должно. Есть и второй предел: чем ниже питание, тем ниже допустимая частота микросхемы, и шестнадцати мегагерцам, на которых работает Uno, нужно примерно от четырёх вольт.

Питание от батареек и аккумуляторов

Здесь новичок чаще всего идёт коротким путём: покупает «крону» на 9 вольт и втыкает её в гнездо. Напряжение подходит, и первые минуты всё работает. Дальше выясняется неприятное.

Ёмкость «кроны» — порядка 500–600 миллиампер-часов, и то при разряде малым током. У неё же высокое внутреннее сопротивление, около трёх ом: стоит проекту взять двести миллиампер, и напряжение проседает почти на вольт прямо внутри батарейки. Добавьте, что лишние четыре вольта стабилизатор превращает в тепло, — и получается, что до полезной работы доходит меньше половины запасённого. Проект с сервоприводом такая батарейка тянет минуты.

Что работает вместо неё:

• Четыре или шесть пальчиковых батареек — 6 или 9 вольт, ёмкость в разы больше, ток отдают спокойно. Простое и школьное решение.
• Литиевый аккумулятор 18650 и повышающий преобразователь — банка даёт от 4,2 вольта заряженной до 2,75 при отсечке, поэтому напрямую на вывод 5V её подключать нельзя: там нужно от 4,5 до 5,5. Преобразователь держит ровные пять вольт весь разряд.
• Готовый источник под 18650 — то же самое, но одной платой: заряд от USB, выход пять вольт.
• Повербанк — работает, но с оговоркой ниже.

Сколько осталось в батарее, плата тоже может измерить сама. Напряжение выше пяти вольт на ножку подавать нельзя, поэтому его сначала делят двумя резисторами пополам — а шкалу берут из предыдущего скетча, потому что она привязана к питанию, которое само плавает.

// Сколько осталось в батарее. Напряжение батареи выше пяти вольт, и подавать
// его на ножку нельзя — сначала делим двумя резисторами пополам.
// Верхний резистор идёт от плюса батареи к ножке A0, нижний — от A0 к земле.
// Оба по 10 килоом: на ножку приходит ровно половина напряжения батареи.

const int BATTERY_PIN = A0;
const long DIVIDER_TOP = 10000;     // верхний резистор, ом
const long DIVIDER_BOTTOM = 10000;  // нижний резистор, ом

// Напряжение питания самой платы в милливольтах.
// Меряем внутренний источник 1,1 вольта, опорой взяв питание.
long readSupplyMillivolts() {
  ADMUX = _BV(REFS0) | _BV(MUX3) | _BV(MUX2) | _BV(MUX1);
  delay(2);
  ADCSRA |= _BV(ADSC);
  while (bit_is_set(ADCSRA, ADSC)) {
    ;
  }
  long value = ADC;
  if (value == 0) {
    return 0;
  }
  return 1126400L / value;
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Слежу за батареей");
}

void loop() {
  // Шкала АЦП привязана к питанию платы, а оно само плавает.
  // Поэтому сначала узнаём питание, и только потом переводим отсчёты в вольты.
  long supply = readSupplyMillivolts();
  long counts = analogRead(BATTERY_PIN);
  long atPin = counts * supply / 1023;
  long battery = atPin * (DIVIDER_TOP + DIVIDER_BOTTOM) / DIVIDER_BOTTOM;

  Serial.print("Батарея: ");
  Serial.print(battery / 1000);
  Serial.print(",");
  Serial.print((battery % 1000) / 100);
  Serial.println(" В");
  delay(2000);
}

Как растянуть батарейки

Главный расход — не светодиоды, а то, что микроконтроллер работает без остановки. Команда ожидания его не усыпляет: процессор всё это время крутится вхолостую и ест свои девять миллиампер. По-настоящему экономит только сон, из которого плату будит отдельный маленький сторожевой таймер.

// Как растянуть батарейки: плата спит между замерами.
// Обычный скетч с delay() потребляет столько же, сколько работающий, — процессор
// всё это время крутится вхолостую. В спящем режиме он останавливается совсем,
// а будит его сторожевой таймер — отдельный маленький генератор внутри чипа.

#include <avr/sleep.h>
#include <avr/wdt.h>
#include <avr/power.h>

const int SENSOR_PIN = A0;

// Сторожевой таймер разбудил плату. Тело пустое: нам важен сам факт побудки,
// но обработчик обязан существовать, иначе плата уйдёт в перезагрузку.
ISR(WDT_vect) {
}

// Настроить сторожевой таймер на пробуждение примерно раз в восемь секунд.
void setupWatchdog() {
  cli();
  wdt_reset();
  // Разрешаем менять настройки таймера: два бита пишутся одной командой.
  WDTCSR = _BV(WDCE) | _BV(WDE);
  // Режим «будить прерыванием», делитель на самый длинный интервал.
  WDTCSR = _BV(WDIE) | _BV(WDP3) | _BV(WDP0);
  sei();
}

// Заснуть до ближайшей побудки.
void sleepNow() {
  set_sleep_mode(SLEEP_MODE_PWR_DOWN);
  sleep_enable();
  // Аналого-цифровой преобразователь во сне тоже надо выключить: он ест ток.
  ADCSRA &= ~_BV(ADEN);
  sleep_mode();
  // Отсюда выполнение продолжится после пробуждения.
  sleep_disable();
  ADCSRA |= _BV(ADEN);
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  setupWatchdog();
  Serial.println("Просыпаюсь раз в восемь секунд");
}

void loop() {
  int value = analogRead(SENSOR_PIN);
  Serial.print("Замер: ");
  Serial.println(value);
  // Ждём, пока строка действительно уйдёт в порт: во сне передатчик остановится.
  Serial.flush();
  sleepNow();
}

В глубоком сне сам микроконтроллер потребляет считанные микроамперы. На полноразмерной плате выигрыш всё равно ограничен: светодиод питания и микросхема USB продолжают есть свои миллиамперы независимо от скетча. Поэтому для устройств, которые должны жить на батарейках месяцами, берут Pro Mini — там нет ни того, ни другого.

Разъём: одна цифра, из-за которой ничего не включается

Гнездо питания на Uno и Mega — круглое, наружный диаметр 5,5 миллиметра, внутренний 2,1 миллиметра, плюс в центре. Внутренний диаметр — это отверстие в штекере, которое надевается на штырёк внутри гнезда.

Штекеры с внутренним диаметром 2,5 миллиметра выглядят точно так же и налезают на тот же штырёк, но сидят свободно: контакт может пропадать от лёгкого прикосновения к проводу. Поэтому при покупке блока питания смотрите в характеристиках именно вторую цифру. У наших источников она разная:

У Nano и Pro Mini правила другие

Схема автопереключения есть только у полноразмерных плат. У Arduino Nano её нет: питание от USB приходит на шину через диод Шоттки, а выход стабилизатора подключён к той же шине напрямую. Следствий два.

Первое: при питании от USB на шине не ровные пять вольт, а немного меньше — часть теряется на диоде. Паспорт даёт для него максимум 0,3 вольта при токе в сто миллиампер; в рабочем режиме Nano ток меньше, значит, и потеря меньше. Для логики это неважно, а вот аналоговые измерения, если они опираются на «ровно пять вольт», уедут. Скетч из этой статьи покажет реальное значение.

Второе: вывод +5V у Nano в документации описан как «выход или вход» — то есть подавать туда готовые пять вольт производитель прямо разрешает. У Uno такой формулировки нет, и там это делают на свой страх и риск: этот вывод идёт мимо стабилизатора, мимо защитного диода и мимо предохранителя. Хуже того, если при этом воткнут кабель USB, схема переключения решит, что внешнего питания нет, и ваши пять вольт уйдут обратно в порт компьютера.

У Pro Mini разъёма питания нет вовсе: есть вывод RAW — вход маленького стабилизатора на 150 миллиампер — и вывод VCC мимо него. Подробности на странице Arduino Pro Mini.

Общая земля: провод, о котором забывают

Как только питание становится раздельным, появляется новое обязательное правило: минус источника моторов и землю платы нужно соединить. Причина простая — сигнал управления это разность напряжений относительно земли. Если общей земли нет, драйверу не с чем сравнивать уровень на своём входе, и он не понимает команд, хотя всё «подключено».

И ещё тонкость: провод общей земли должен быть толстым и коротким. Если обратный ток мотора идёт по тому же тонкому проводу, на нём падает напряжение, и земля платы начинает «плавать» относительно земли драйвера — команды снова читаются неверно. Подробнее это разобрано в статье про моторы и драйвер L298N.

Что делать, если не работает

Что понадобится

Всё перечисленное есть у нас; цены и наличие проверены 24.08.2026, ссылки ведут в магазин iarduino.ru.

Что для этого нужно в среде

• Монитор порта — скетчи из этой статьи печатают напряжение прямо туда; видно, как оно проваливается в момент старта мотора.
• График значений — то же напряжение, но линией: просадку длиной в десятые доли секунды на графике видно сразу, а в потоке цифр — нет.
• Русские карточки ошибок — если плата отваливается в момент прошивки, среда объяснит, что произошло, по-русски.
• Готовые примеры в разделе полезных скетчей — с русскими комментариями.