¿Los divisores de voltaje desperdician la batería?

El divisor de voltaje de hecho agotará su batería mientras esté encendida. Es común habilitar el divisor solo para leer el valor y apagarlo nuevamente. Aquí hay un ejemplo de este enfoque utilizado en Nordic Thingy (Página 65):

Con la señal BAT_MON_EN, enciende/apaga el divisor usando los transistores y mide el valor del divisor en la señal BATTERY.

En tu caso tener 4.5V en un divisor de resistencias de 200K te da un consumo de 22.5uA. La capacidad de una batería AAA es de ~1000 mAh, por lo que tiene una capacidad total de 3000 mAh. El uso de la calculadora de vida útil de la batería de Digikey le brinda una vida útil esperada de ~ 94000 horas o ~ 4000 días (10 años). Si se trata de una batería tipo moneda CR2032 con una capacidad de ~200 mAh, su vida útil será de alrededor de un año. Tenga en cuenta que es solo para el divisor.

Puede parecer que es un consumo bajo, pero si estás construyendo dispositivos de bajo consumo, el consumo promedio de todo el sistema podría ser menor que el consumo del divisor, en decenas de uA o incluso nA. ¡Entonces, el consumo del divisor podría reducir la vida útil de la batería de 5 a 10 años a 1!

Una pila AAA alcalina nueva decente tiene una capacidad de aproximadamente 1000 mAh. Estás dibujando 4.5V/200K = 22.5uA.

Solo eso drenará las células en unos 5 años.

Parece que algo más está pasando, si mis suposiciones son correctas. Consulte este sitio web sobre cómo modificar el Arduino para reducir el consumo de energía.

Para obtener lecturas más consistentes, puede intentar pasar por alto el divisor con 100n a tierra (en la entrada ADC), pero otra forma sería agregar un búfer seguidor de voltaje de amplificador operacional de baja potencia y aumentar las resistencias a, digamos, 1M (mantenga el tapa de derivación 100n).

LPV821 sería una gran exageración para el amplificador operacional, pero funcionaría bien. Corriente de suministro de 650 nA, corriente de polarización de 7 pA, voltaje de compensación de 1,5 uV, riel a riel y puede manejar su voltaje de suministro.

Si sigue los consejos de cambio sugeridos por otros, hay poca pérdida al reducir las resistencias a 15K más o menos, lo que mejorará la consistencia de las lecturas.

¿La energía fluye constantemente a través del divisor de voltaje, incluso cuando no estoy leyendo ningún dato del pin?

La corriente fluye constantemente a través del divisor de voltaje, incluso cuando no está leyendo ningún dato del pin.

La energía se desperdicia constantemente en el divisor de voltaje, incluso cuando no está leyendo ningún dato del pin.

Si es así, ¿esto reduce la duración de la batería?

Sí. No mucho, ya que son resistencias de 100k, a menos que lo hayas hecho mal.

Conecté las dos resistencias y el cable de salida que conduce al Arduino juntos para que todos se toquen entre sí, ¿esto afecta algo?

No sé lo que esto significa, así que no puedo comentar.

Los tres AAA se quedaron sin batería mucho más rápido de lo esperado, y pensé que podría tener algo que ver con el divisor de voltaje.

Basado en el hecho de que usó resistencias de 100K, el divisor de voltaje probablemente tuvo muy poco efecto en la vida útil de la batería.

¿La energía fluye constantemente a través del divisor de voltaje, incluso cuando no estoy leyendo ningún dato del pin?

Sí. 4,5V / (100K + 100K) = 22,5uA.

22,5uA * 4,5V = 101uW

Si es así, ¿esto reduce la duración de la batería?

Sí lo afecta, pero en su caso específico el efecto es muy pequeño.

La capacidad de una pila AAA alcalina típica es del orden de 1 amperio-hora. Con una carga de 22,5uA una batería de 1 amperio-hora duraría.

1 Amperio * 1 hora / 22.5uA = 44444 horas = 5.07 años.

No es probable que las resistencias de 200K sean la causa del agotamiento de la batería.

Es más probable que su microcontrolador, reguladores de voltaje y otras partes de la placa estén agotando la batería.

No mencionó si está usando baterías recargables o no, pero muchas baterías recargables AAA se descargan automáticamente en aproximadamente un mes sin carga.

Noté que el divisor de voltaje era muy inconsistente, ¿hay una mejor manera de reducir el voltaje que ingresa al pin analógico de Arduino?

Un divisor de voltaje es una buena manera de bajar el voltaje. La razón por la que sus lecturas son inconsistentes es porque el divisor tiene una impedancia de salida muy alta.

100K * 100K / (100K + 100K) = 50K

Su ADC (como la mayoría de los ADC) probablemente tenga un condensador de muestreo en su interior. Cuando el ADC comienza a tomar una muestra, debe cargar el capacitor de muestreo. Para un ADC de tipo sin búfer, el capacitor de muestreo generalmente se carga desde la carga. La salida del divisor tardará un tiempo en estabilizarse.

Por ejemplo, si el condensador de muestreo interno fuera de 20 pF, la constante de tiempo sería...

20pF * 50K = 1us.

Si quisiera que la salida se estableciera en 8 bits de precisión, entonces su tiempo de adquisición debería ser al menos...

ln(2^8) * 1us = 5.5us.

Si el tiempo de adquisición en el ADC no es lo suficientemente largo, la salida no se resolverá y sus muestras serán inexactas. Necesita almacenar en búfer la salida de alguna manera.

Si toma muestras con poca frecuencia, puede colocar un capacitor cerámico de 0.1uF entre la salida del divisor y tierra. El condensador externo cargará el condensador de muestreo muy rápidamente, lo que reducirá mucho el tiempo de estabilización y mejorará la precisión del muestreo.

También tenga en cuenta que la impedancia de salida de 50K hace que la salida del divisor sea muy susceptible a la interferencia electromagnética de los circuitos digitales cercanos. EMI dará como resultado un ruido aleatorio en sus mediciones. El condensador también ayudará con esto.

Si su ADC tiene alguna corriente de fuga de entrada de CC especificada, es posible que también deba agregar un amplificador operacional de micropotencia configurado como un seguidor de voltaje como búfer.