断电 0 秒恐慌！树莓派 UPS 终极指南！

不间断电源（UPS）是一种备用电源系统，在主电源故障时为设备供电。它通常包含一个可充电电池和电路，确保从主电源到备用电源的平稳过渡，避免中断。

树莓派设备在执行关键或连续任务（如作为服务器、传感器或自动化中心）时，缺乏内置的断电保护功能。

为何要为树莓派使用UPS？

防止数据损坏：

突然断电可能会中断文件系统操作，导致SD卡损坏，进而引发系统不稳定或启动失败。

确保安全关机：

UPS允许树莓派在电池电量低时安全关机或触发恢复操作，保护硬件和软件。

确保远程或关键部署中的持续运行：

如果树莓派是远程传感器设置、网络附加存储（NAS）、气象站或智能家居系统的一部分，UPS可确保在断电时继续运行，维持数据记录、网络访问或自动化功能。

支持系统监控与恢复：

先进的UPS系统允许您监控电池状态，并自动化执行记录事件、发送警报或恢复供电后重启等操作。

适用于无头或便携式项目：

对于没有显示器或键盘的树莓派设置（无头模式），UPS可确保在移动或离网环境中的系统完整性，让您高枕无忧。

树莓派UPS的类型

树莓派有多种UPS选项，每种都有其优势，具体取决于您的使用场景、预算和技术水平。

HAT（硬件附加顶层板）

HAT式UPS板专为树莓派设计，可直接安装在树莓派顶部，连接到GPIO接口。这些板卡紧凑高效，与树莓派外壳和堆叠式设置集成良好。流行的型号如PiPower 3、PiJuice HAT、和Geekworm X728/X750提供电池电量监控、通过I2C或GPIO安全关机以及实时时钟（RTC）模块等功能。它们非常适合嵌入式系统、无头服务器或需要紧密集成和节省空间设计的物联网设备。

外部USB UPS移动电源

这些是最简单的使用方式，无需GPIO或软件配置。您只需将一个具有直通充电功能（也称为“UPS模式”）的USB移动电源插入树莓派，即可在断电时为树莓派供电，并在有电时充电。虽然功能不如HAT丰富，但非常适合便携式设置、快速原型制作或不需要关机自动化的情况。请确保选择切换时间快且输出充足（大多数树莓派型号至少需要5V 2.5A）的移动电源。

自定义DIY解决方案

对于高级用户，构建自定义UPS提供了最大的灵活性。这可能涉及将锂电池组与电池管理系统（BMS）、升压/降压转换器以及可能的微控制器（如Arduino或ESP32）结合，以监控电压并触发基于GPIO的关机。这种设置允许创意设计、更大的电池容量，甚至太阳能供电的树莓派系统。虽然功能强大，但DIY UPS系统需要对电子和电力安全有深入的了解。

选择树莓派UPS时应关注的关键功能

为树莓派选择UPS时，重要的是要寻找能够确保可靠备用电源和系统安全的功能。优质的UPS应在断电时提供无缝电池备份，支持安全关机功能，允许树莓派在电池电量达到临界水平时优雅关机。监控功能也至关重要；好的UPS应通过GPIO、I2C或USB提供电池状态、电压和电量水平的实时数据。集成可充电电池（如锂离子或磷酸铁锂电池）提供紧凑高效的电源，内置保护电路防止过充或过放。一些型号还包括OLED显示屏、RTC（实时时钟）或可编程电源计划。与树莓派外壳兼容并能与其他HAT堆叠，对于更复杂的设置也大有裨益。最后，寻找软件支持，无论是通过供应商提供的工具还是社区维护的脚本，以确保您能有效配置和管理UPS。

树莓派UPS HAT的安装与设置

硬件安装

启用I2C/GPIO通信

首先关闭树莓派电源并断开所有电源。如果您使用的是UPS HAT（如PiJuice），请小心将其与GPIO接口对齐，并轻轻但牢固地按下。确保引脚正确连接，以避免电气故障。

如果您的UPS使用外部连接（通过USB或专用电源线），请将电源输入连接到UPS板，并将UPS输出连接到树莓派的电源接口（通常是USB-C或微型USB，取决于您的型号）。

接下来，按照制造商的说明将电池（锂离子或磷酸铁锂电池）连接到UPS模块。一些HAT板配有预焊接的电池连接器或JST接口，便于设置。请确保仅使用支持的电池，以避免过压或热风险。

许多UPS模块通过I2C或GPIO引脚与树莓派通信。这一步对于监控电池状态和触发安全关机至关重要。

1.启动树莓派并打开终端。

2.启动树莓派配置工具：

sudoraspi-config

3.导航至：接口选项 → I2C → 启用。如果您的UPS使用SPI或串行接口，也请同样启用。

4.安装Ollama后，下载兼容的DeepSeek模型：

ollamapull deepseek-r1:1.5b

此命令获取15亿参数的DeepSeek-R1版本，大约需要1.8GB存储空间。

5.退出并重启系统以应用更改。要验证I2C是否已启用且UPS被检测到，请运行：

sudoapt install -y i2c-toolsi2cdetect-y1

您应看到一个对应于UPS的地址（如0x14或0x36）。如果没有地址出现，请重新检查连接和电源状态。

对于基于GPIO的关机信号，请确保使用Python、Bash或systemd服务设置关机脚本以监控正确的引脚。一些HAT板为此目的提供了预配置脚本。

电池监控与管理

CLI工具：许多UPS模块通过I2C暴露其数据，您可以使用i2c-tools、upower或自定义Python脚本进行查询。例如：

i2cget-y10x360x02

此命令（使用适当的I2C地址）可根据UPS返回电压或电量状态。

GUI工具：对于像PiJuice这样的型号，提供了图形界面来监控电池状态、配置关机阈值和查看日志。这对于在树莓派上运行桌面环境的用户非常有用。

使用Node-RED + MQTT + HomeAssistant的Web仪表板（可视化选项）

步骤1：使用Node-RED从I2C或GPIO收集UPS数据。

步骤2：将此数据发送到MQTT代理（本地或云如HiveMQ、Mosquitto）。

步骤3：使用HomeAssistant（在另一台服务器或同一台树莓派上）可视化电池电压、电量百分比和电源事件。

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

树莓派UPS的定期测试

定期测试您的UPS设置可确保在实际断电时按预期运行。定期测试有助于您提前发现问题，如电池故障、连接松动或关机脚本配置错误，避免它们成为关键问题。

什么是定期测试？

这是一种计划内的、自动化的（或手动的）过程，用于模拟断电或评估电池行为。这包括：

? 测试树莓派切换到电池电源的能力

? 验证安全关机脚本是否正确触发

? 测量电池放电和充电时间

? 记录切换过程中的系统行为

安排测试的最佳实践

1.频率：每月测试一次或在UPS设置进行重大更新后测试。

2.手动测试：拔掉电源适配器，观察电池续航时间。观察系统是否优雅关机，并在恢复供电后重新启动。

3.自动化日志记录：cron作业系统应每隔X分钟运行一次日志记录过程，以检索电压和当前电量信息。

监测电池性能恶化需要比较多个时间间隔内积累的测试结果。

示例：简单的测试日志记录器（基于cron）

创建脚本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

使其可执行：

chmod+x battery_test.sh

使用cron安排：

crontab-e

添加此行以每10分钟记录一次：

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

使用场景和应用示例

UPS维护的最佳实践

定期更新UPS固件和相关软件或脚本

制造商经常发布更新，以改进电池管理、修复错误或添加功能。定期更新可确保兼容性和稳定性。

通过模拟断电定期测试UPS

断开主电源，验证树莓派是否切换到电池供电并能安全关机。这有助于您确认UPS按预期运行。

使用可用工具或脚本定期监控电池健康状况

关注电量水平、电压和温度。随着时间的推移，可充电电池会退化，因此当容量显著下降时，请更换电池。

避免将UPS和电池暴露在高温下。

将树莓派放置在通风良好的区域，特别是如果它与其他HAT板或电子设备一起封装在外壳中。

如果UPS包含此功能，请调整电池电量传感器校准。

这确保读数准确，并有助于在正确的时间触发安全关机。

使用高质量电池和兼容电源适配器。

廉价或不匹配的组件可能导致运行不稳定或安全风险。

安排定期维护检查。

包括对连接器的物理检查、必要时清洁触点，并确保系统仍符合您的电源备份需求。

常见问题排查

树莓派意外关机

这通常表明电池电量耗尽、未充电或树莓派耗电超过UPS供电能力。检查电源适配器额定值——确保树莓派4/5至少为5V 3A。同时验证电池是否连接、充电且未损坏或老化无法充电。

UPS未切换到电池供电

如果拔掉主电源后树莓派立即关机，UPS可能未正确切换。检查电池连接，并尝试直接从电池为UPS供电以验证功能。一些较便宜的板卡缺乏快速切换能力，可能会短暂断电。

电池未充电

如果电池即使插着电源也保持低电量，请检查板载充电电路。确保连接器或充电组件没有物理损坏。尝试使用不同的USB-C/微型USB线，并确认电池在其预期电压范围内（锂离子电池通常为3.7–4.2V）。

电池耗电过快

这可能是由于外设（外部驱动器、显示器等）耗电过多。尝试移除配件并再次测量电池续航时间。同时考虑电池容量是否足够满足您的设置——较小的电池组在高负载下续航时间不会很长。

无电池监控数据

如果i2cdetect未显示地址或工具返回错误，请检查：

? I2C是否已启用（sudo raspi-config）

? UPS是否正确安装在GPIO接口上

? 是否有其他I2C设备冲突

对于基于GPIO的状态LED或关机触发器，请确保您正在监控正确的引脚，并且脚本已激活且可执行。

UPS或电池过热

如果UPS摸起来很热或电池膨胀，请立即断开连接。这可能表明过充、散热不良或短路。请始终使用UPS制造商推荐的电池和电源。

安全关机未触发

如果您的树莓派一直运行到完全断电，请验证：

? 关机脚本是否在启动时运行（systemd、rc.local或cron @reboot作业）

? 是否正在监控正确的I2C值或GPIO引脚

? 关机阈值电压是否配置正确

您可以通过模拟临界条件来手动测试关机逻辑。

结论

无论您是在构建家庭自动化中心、部署远程传感器还是运行无头树莓派服务器，添加可靠的UPS解决方案对于长期稳定性和数据保护都至关重要。从基于HAT的模块到简单的USB移动电源和DIY配置，都有适合每个项目和技术水平的UPS选项。通过正确安装、安全关机脚本和定期电池监控，您的树莓派即使在意外断电时也能保持韧性。投资UPS不仅关乎正常运行时间，还关乎保护树莓派所驱动的一切的完整性。

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