Иван

Бутлоадер нужен чтобы заливать скетчи не через miso mosi sck с помощью программатора, а через usb. Но для этого к схеме нужно добавить usb-uart, как на схеме большинства плат ардуины (обычно там еще одна 8я мега для этого). При наличии бутлоадера программы будете писать не на чистых сях, а на ардуиновских.
По разводке и схеме подключения программатора ничего не скажу, гуглится легко.

Ардуино перезагружается каждый раз в 30 секунд не зависимо от того какой скетч установлен

Купил новый микроконтроллер, вставил в Уно, прошил и залил blink - все работает без перезагрузок, залил свой скетч - обратно перезагружается..

Для начала определитесь.
А потом прочитайте статью atroshin.ru/ru/content/avtomaticheskaya-perezagruz...

Было на тостере мильон раз.
Разыскивается книга по кибернетике
Как преодолеть порог вхождения в робототехнику?
Какую литературу стоит читать робототехнику?
Как начать заниматься робототехникой?
Есть ли литература о робототехнике не с точки зрения инструментов и методов, а именно о будущем отрасли?

Мне кажется, тут хватит и arduino вот с таким сенсором.

Нужен для внешнего тактирования. На atmega8 можно выбрать на 8 или 16мгц. А можно и без него. Зависит от задачи.