不間斷電源（UPS）是一種備用電源系統(tǒng)，在主電源故障時(shí)為設(shè)備供電。它通常包含一個(gè)可充電電池和電路，確保從主電源到備用電源的平穩(wěn)過渡，避免中斷。

樹莓派設(shè)備在執(zhí)行關(guān)鍵或連續(xù)任務(wù)（如作為服務(wù)器、傳感器或自動(dòng)化中心）時(shí)，缺乏內(nèi)置的斷電保護(hù)功能。

為何要為樹莓派使用UPS？

防止數(shù)據(jù)損壞：

突然斷電可能會(huì)中斷文件系統(tǒng)操作，導(dǎo)致SD卡損壞，進(jìn)而引發(fā)系統(tǒng)不穩(wěn)定或啟動(dòng)失敗。

確保安全關(guān)機(jī)：

UPS允許樹莓派在電池電量低時(shí)安全關(guān)機(jī)或觸發(fā)恢復(fù)操作，保護(hù)硬件和軟件。

確保遠(yuǎn)程或關(guān)鍵部署中的持續(xù)運(yùn)行：

如果樹莓派是遠(yuǎn)程傳感器設(shè)置、網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)（NAS）、氣象站或智能家居系統(tǒng)的一部分，UPS可確保在斷電時(shí)繼續(xù)運(yùn)行，維持?jǐn)?shù)據(jù)記錄、網(wǎng)絡(luò)訪問或自動(dòng)化功能。

支持系統(tǒng)監(jiān)控與恢復(fù)：

先進(jìn)的UPS系統(tǒng)允許您監(jiān)控電池狀態(tài)，并自動(dòng)化執(zhí)行記錄事件、發(fā)送警報(bào)或恢復(fù)供電后重啟等操作。

適用于無頭或便攜式項(xiàng)目：

對(duì)于沒有顯示器或鍵盤的樹莓派設(shè)置（無頭模式），UPS可確保在移動(dòng)或離網(wǎng)環(huán)境中的系統(tǒng)完整性，讓您高枕無憂。

樹莓派UPS的類型

樹莓派有多種UPS選項(xiàng)，每種都有其優(yōu)勢(shì)，具體取決于您的使用場(chǎng)景、預(yù)算和技術(shù)水平。

HAT（硬件附加頂層板）

HAT式UPS板專為樹莓派設(shè)計(jì)，可直接安裝在樹莓派頂部，連接到GPIO接口。這些板卡緊湊高效，與樹莓派外殼和堆疊式設(shè)置集成良好。流行的型號(hào)如PiPower 3、PiJuice HAT、和Geekworm X728/X750提供電池電量監(jiān)控、通過I2C或GPIO安全關(guān)機(jī)以及實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）模塊等功能。它們非常適合嵌入式系統(tǒng)、無頭服務(wù)器或需要緊密集成和節(jié)省空間設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

外部USB UPS移動(dòng)電源

這些是最簡(jiǎn)單的使用方式，無需GPIO或軟件配置。您只需將一個(gè)具有直通充電功能（也稱為“UPS模式”）的USB移動(dòng)電源插入樹莓派，即可在斷電時(shí)為樹莓派供電，并在有電時(shí)充電。雖然功能不如HAT豐富，但非常適合便攜式設(shè)置、快速原型制作或不需要關(guān)機(jī)自動(dòng)化的情況。請(qǐng)確保選擇切換時(shí)間快且輸出充足（大多數(shù)樹莓派型號(hào)至少需要5V 2.5A）的移動(dòng)電源。

自定義DIY解決方案

對(duì)于高級(jí)用戶，構(gòu)建自定義UPS提供了最大的靈活性。這可能涉及將鋰電池組與電池管理系統(tǒng)（BMS）、升壓/降壓轉(zhuǎn)換器以及可能的微控制器（如Arduino或ESP32）結(jié)合，以監(jiān)控電壓并觸發(fā)基于GPIO的關(guān)機(jī)。這種設(shè)置允許創(chuàng)意設(shè)計(jì)、更大的電池容量，甚至太陽能供電的樹莓派系統(tǒng)。雖然功能強(qiáng)大，但DIY UPS系統(tǒng)需要對(duì)電子和電力安全有深入的了解。

選擇樹莓派UPS時(shí)應(yīng)關(guān)注的關(guān)鍵功能

為樹莓派選擇UPS時(shí)，重要的是要尋找能夠確保可靠備用電源和系統(tǒng)安全的功能。優(yōu)質(zhì)的UPS應(yīng)在斷電時(shí)提供無縫電池備份，支持安全關(guān)機(jī)功能，允許樹莓派在電池電量達(dá)到臨界水平時(shí)優(yōu)雅關(guān)機(jī)。監(jiān)控功能也至關(guān)重要；好的UPS應(yīng)通過GPIO、I2C或USB提供電池狀態(tài)、電壓和電量水平的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。集成可充電電池（如鋰離子或磷酸鐵鋰電池）提供緊湊高效的電源，內(nèi)置保護(hù)電路防止過充或過放。一些型號(hào)還包括OLED顯示屏、RTC（實(shí)時(shí)時(shí)鐘）或可編程電源計(jì)劃。與樹莓派外殼兼容并能與其他HAT堆疊，對(duì)于更復(fù)雜的設(shè)置也大有裨益。最后，尋找軟件支持，無論是通過供應(yīng)商提供的工具還是社區(qū)維護(hù)的腳本，以確保您能有效配置和管理UPS。

樹莓派UPS HAT的安裝與設(shè)置

硬件安裝

啟用I2C/GPIO通信

首先關(guān)閉樹莓派電源并斷開所有電源。如果您使用的是UPS HAT（如PiJuice），請(qǐng)小心將其與GPIO接口對(duì)齊，并輕輕但牢固地按下。確保引腳正確連接，以避免電氣故障。

如果您的UPS使用外部連接（通過USB或?qū)Ｓ秒娫淳€），請(qǐng)將電源輸入連接到UPS板，并將UPS輸出連接到樹莓派的電源接口（通常是USB-C或微型USB，取決于您的型號(hào)）。

接下來，按照制造商的說明將電池（鋰離子或磷酸鐵鋰電池）連接到UPS模塊。一些HAT板配有預(yù)焊接的電池連接器或JST接口，便于設(shè)置。請(qǐng)確保僅使用支持的電池，以避免過壓或熱風(fēng)險(xiǎn)。

許多UPS模塊通過I2C或GPIO引腳與樹莓派通信。這一步對(duì)于監(jiān)控電池狀態(tài)和觸發(fā)安全關(guān)機(jī)至關(guān)重要。

1.啟動(dòng)樹莓派并打開終端。

2.啟動(dòng)樹莓派配置工具：

sudoraspi-config

3.導(dǎo)航至：接口選項(xiàng) → I2C → 啟用。如果您的UPS使用SPI或串行接口，也請(qǐng)同樣啟用。

4.安裝Ollama后，下載兼容的DeepSeek模型：

ollamapull deepseek-r1:1.5b

此命令獲取15億參數(shù)的DeepSeek-R1版本，大約需要1.8GB存儲(chǔ)空間。

5.退出并重啟系統(tǒng)以應(yīng)用更改。要驗(yàn)證I2C是否已啟用且UPS被檢測(cè)到，請(qǐng)運(yùn)行：

sudoapt install -y i2c-toolsi2cdetect-y1

您應(yīng)看到一個(gè)對(duì)應(yīng)于UPS的地址（如0x14或0x36）。如果沒有地址出現(xiàn)，請(qǐng)重新檢查連接和電源狀態(tài)。

對(duì)于基于GPIO的關(guān)機(jī)信號(hào)，請(qǐng)確保使用Python、Bash或systemd服務(wù)設(shè)置關(guān)機(jī)腳本以監(jiān)控正確的引腳。一些HAT板為此目的提供了預(yù)配置腳本。

電池監(jiān)控與管理

CLI工具：許多UPS模塊通過I2C暴露其數(shù)據(jù)，您可以使用i2c-tools、upower或自定義Python腳本進(jìn)行查詢。例如：

i2cget-y10x360x02

此命令（使用適當(dāng)?shù)腎2C地址）可根據(jù)UPS返回電壓或電量狀態(tài)。

GUI工具：對(duì)于像PiJuice這樣的型號(hào)，提供了圖形界面來監(jiān)控電池狀態(tài)、配置關(guān)機(jī)閾值和查看日志。這對(duì)于在樹莓派上運(yùn)行桌面環(huán)境的用戶非常有用。

使用Node-RED + MQTT + HomeAssistant的Web儀表板（可視化選項(xiàng)）

步驟1：使用Node-RED從I2C或GPIO收集UPS數(shù)據(jù)。

步驟2：將此數(shù)據(jù)發(fā)送到MQTT代理（本地或云如HiveMQ、Mosquitto）。

步驟3：使用HomeAssistant（在另一臺(tái)服務(wù)器或同一臺(tái)樹莓派上）可視化電池電壓、電量百分比和電源事件。

示例：https://github.com/dalehumby/PiJuice-MQTT

樹莓派UPS的定期測(cè)試

定期測(cè)試您的UPS設(shè)置可確保在實(shí)際斷電時(shí)按預(yù)期運(yùn)行。定期測(cè)試有助于您提前發(fā)現(xiàn)問題，如電池故障、連接松動(dòng)或關(guān)機(jī)腳本配置錯(cuò)誤，避免它們成為關(guān)鍵問題。

什么是定期測(cè)試？

這是一種計(jì)劃內(nèi)的、自動(dòng)化的（或手動(dòng)的）過程，用于模擬斷電或評(píng)估電池行為。這包括：

? 測(cè)試樹莓派切換到電池電源的能力

? 驗(yàn)證安全關(guān)機(jī)腳本是否正確觸發(fā)

? 測(cè)量電池放電和充電時(shí)間

? 記錄切換過程中的系統(tǒng)行為

安排測(cè)試的最佳實(shí)踐

1.頻率：每月測(cè)試一次或在UPS設(shè)置進(jìn)行重大更新后測(cè)試。

2.手動(dòng)測(cè)試：拔掉電源適配器，觀察電池續(xù)航時(shí)間。觀察系統(tǒng)是否優(yōu)雅關(guān)機(jī)，并在恢復(fù)供電后重新啟動(dòng)。

3.自動(dòng)化日志記錄：cron作業(yè)系統(tǒng)應(yīng)每隔X分鐘運(yùn)行一次日志記錄過程，以檢索電壓和當(dāng)前電量信息。

監(jiān)測(cè)電池性能惡化需要比較多個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)積累的測(cè)試結(jié)果。

示例：簡(jiǎn)單的測(cè)試日志記錄器（基于cron）

創(chuàng)建腳本battery_test.sh：

#!/bin/bashtimestamp=$(date'+%Y-%m-%d %H:%M:%S') voltage=$(i2cget -y 1 0x36 0x02 w)voltage_swapped=$(( (voltage &0xFF) <>8) ))voltage_v=$(echo"scale=3;$voltage_swapped* 78.125 / 1000000"| bc)echo"$timestamp,$voltage_vV">> /home/pi/battery_log.csv

使其可執(zhí)行：

chmod+x battery_test.sh

使用cron安排：

crontab-e

添加此行以每10分鐘記錄一次：

*/10 * * * /home/pi/battery_test.sh

使用場(chǎng)景和應(yīng)用示例

UPS維護(hù)的最佳實(shí)踐

定期更新UPS固件和相關(guān)軟件或腳本

制造商經(jīng)常發(fā)布更新，以改進(jìn)電池管理、修復(fù)錯(cuò)誤或添加功能。定期更新可確保兼容性和穩(wěn)定性。

通過模擬斷電定期測(cè)試UPS

斷開主電源，驗(yàn)證樹莓派是否切換到電池供電并能安全關(guān)機(jī)。這有助于您確認(rèn)UPS按預(yù)期運(yùn)行。

使用可用工具或腳本定期監(jiān)控電池健康狀況

關(guān)注電量水平、電壓和溫度。隨著時(shí)間的推移，可充電電池會(huì)退化，因此當(dāng)容量顯著下降時(shí)，請(qǐng)更換電池。

避免將UPS和電池暴露在高溫下。

將樹莓派放置在通風(fēng)良好的區(qū)域，特別是如果它與其他HAT板或電子設(shè)備一起封裝在外殼中。

如果UPS包含此功能，請(qǐng)調(diào)整電池電量傳感器校準(zhǔn)。

這確保讀數(shù)準(zhǔn)確，并有助于在正確的時(shí)間觸發(fā)安全關(guān)機(jī)。

使用高質(zhì)量電池和兼容電源適配器。

廉價(jià)或不匹配的組件可能導(dǎo)致運(yùn)行不穩(wěn)定或安全風(fēng)險(xiǎn)。

安排定期維護(hù)檢查。

包括對(duì)連接器的物理檢查、必要時(shí)清潔觸點(diǎn)，并確保系統(tǒng)仍符合您的電源備份需求。

常見問題排查

樹莓派意外關(guān)機(jī)

這通常表明電池電量耗盡、未充電或樹莓派耗電超過UPS供電能力。檢查電源適配器額定值——確保樹莓派4/5至少為5V 3A。同時(shí)驗(yàn)證電池是否連接、充電且未損壞或老化無法充電。

UPS未切換到電池供電

如果拔掉主電源后樹莓派立即關(guān)機(jī)，UPS可能未正確切換。檢查電池連接，并嘗試直接從電池為UPS供電以驗(yàn)證功能。一些較便宜的板卡缺乏快速切換能力，可能會(huì)短暫斷電。

電池未充電

如果電池即使插著電源也保持低電量，請(qǐng)檢查板載充電電路。確保連接器或充電組件沒有物理損壞。嘗試使用不同的USB-C/微型USB線，并確認(rèn)電池在其預(yù)期電壓范圍內(nèi)（鋰離子電池通常為3.7–4.2V）。

電池耗電過快

這可能是由于外設(shè)（外部驅(qū)動(dòng)器、顯示器等）耗電過多。嘗試移除配件并再次測(cè)量電池續(xù)航時(shí)間。同時(shí)考慮電池容量是否足夠滿足您的設(shè)置——較小的電池組在高負(fù)載下續(xù)航時(shí)間不會(huì)很長(zhǎng)。

無電池監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)

如果i2cdetect未顯示地址或工具返回錯(cuò)誤，請(qǐng)檢查：

? I2C是否已啟用（sudo raspi-config）

? UPS是否正確安裝在GPIO接口上

? 是否有其他I2C設(shè)備沖突

對(duì)于基于GPIO的狀態(tài)LED或關(guān)機(jī)觸發(fā)器，請(qǐng)確保您正在監(jiān)控正確的引腳，并且腳本已激活且可執(zhí)行。

UPS或電池過熱

如果UPS摸起來很熱或電池膨脹，請(qǐng)立即斷開連接。這可能表明過充、散熱不良或短路。請(qǐng)始終使用UPS制造商推薦的電池和電源。

安全關(guān)機(jī)未觸發(fā)

如果您的樹莓派一直運(yùn)行到完全斷電，請(qǐng)驗(yàn)證：

? 關(guān)機(jī)腳本是否在啟動(dòng)時(shí)運(yùn)行（systemd、rc.local或cron @reboot作業(yè)）

? 是否正在監(jiān)控正確的I2C值或GPIO引腳

? 關(guān)機(jī)閾值電壓是否配置正確

您可以通過模擬臨界條件來手動(dòng)測(cè)試關(guān)機(jī)邏輯。

結(jié)論

無論您是在構(gòu)建家庭自動(dòng)化中心、部署遠(yuǎn)程傳感器還是運(yùn)行無頭樹莓派服務(wù)器，添加可靠的UPS解決方案對(duì)于長(zhǎng)期穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)保護(hù)都至關(guān)重要。從基于HAT的模塊到簡(jiǎn)單的USB移動(dòng)電源和DIY配置，都有適合每個(gè)項(xiàng)目和技術(shù)水平的UPS選項(xiàng)。通過正確安裝、安全關(guān)機(jī)腳本和定期電池監(jiān)控，您的樹莓派即使在意外斷電時(shí)也能保持韌性。投資UPS不僅關(guān)乎正常運(yùn)行時(shí)間，還關(guān)乎保護(hù)樹莓派所驅(qū)動(dòng)的一切的完整性。

原文地址：https://www.sunfounder.com/blogs/news/raspberry-pi-ups-best-backup-power-solutions-and-setup-guide