pfg21

2 Факультеты по радиоэлектронике и сопуствующим профессиям есть в каждом большом техническом универе
3. вполне можно, гуглите то что вам интересно - повторяете, улучшаете, потом делаете свою задумку.

И главное: ПРЯМ КАК В ФИЛЬМЕ НЕ ПОЛУЧИТЦА !! просто фильм далек от реальности, как луна от земли. будет куча нудной работы, обломов неудач и т.д.

сейчас грань между процессором и микроконтроллером очень размыта.
На заре цифровой техники, когда по земле бродили динозавры под процессором понималось лишь то, что в нем содержится только чистый исполнитель, и для его работы требуется набор внешних микросхем без которых он не может работать, ну к примеру для 580вм80 нужен был генератор частот гф24 и куча других
А микроконтроллер имел всю необходимую для работы периферию на борту.
Сейчас большинство производимых процессоров содержит огромное кол-во периферии, потому как это удешевляет его применение. И чистых процессоров практически нет.

ну к примеру тот же роутер имеет всего три микросхемки: процесор (точнее SoC, считай полноценный микроконтроллер), DRAM-память и flash с прошивкой.

Между батареей и питанием платы стоит контроллер питания, который генерирует набор напряжений, необходимых для работы остальной цифровой набивки ноутбука.
при этом разброс входного питания у самой микросхемки контроллера может быть достаточно большим (десяток вольт сколь помню для моего ноутбука).

Тут играет важную роль другая вещчъ - настройки контролера аккумулятора. если ошибешься, аккум может быть перезаряжен и сдохнет с красочным возгоранием.

Аккум литиевый ??
Попробуй измерить напряжение на разъеме аккумулятора, обычно там присутвует напряжение, до которого должен быть заряжен аккумулятор. Но зависит от логики контроллера.

в малине есть полноценный уарт и не один сколь помню.
его tx, rx подключить соответствующе к уарт роутера.
на малину взгромоздить какуюнить линуху. в линуху заходить по ssh
порты соответственно будут подключены на /dev/tty** и т.д. читать документацию на малинку, как работать с ком-портом в ней.

имхо гораздо менее геморно будет найти любой usb-232 преобразователь

Еще такой вариант: поставить любой из USB-232 преобразователей, они сейчас дешевы до ужаса, но посоветую ft232 и иже с ними - стабильнее.
в ентом инитерфейсе кроме TxD RxD, заточенных на передачу последовательных данных, есть набор управляющих входов/выходов RTS CTS DTR DSR RI DCD RI, которые прекрасно можно использовать как GPIO :) погугли реализацию 1wire на rs232 к примеру.

оптическая развязка нужна, когда земли разных схем имеют разный потенциал или есть возможность проскакивания высоковольтного шума и т.д.
Если земли этих двух схем можно объединить, то сигнал +24в можно подключить через резистор ~100кОм прямо к входу ардуины.
Входное напряжение выше VCC срежет внутренний защитный диод, 100 кОм ограничит проходящий ток, кмоп вход сигнал примет на ура.

если на лампе дневного света сгорела одна из нитей накаливания, т.е. сопротивление ее очень большое, то лампы надо менять - работать не будет (или будет но очень не стабильно). одной нити накаливания для запуска обычно не хватает и лампа начинает "щелкать" вспышками.