Creo que arduino puede funcionar a a 3,3V, sino cambia al esp8266 un miniwemos o alguno de estas placas. Pondría un relé en la alimentación de 220 y que conmute si arduino funciona desde la fuente o desde la batería. La fuente de alimentación aguanta su alimentación temporalmente por los condensadores pero la red eléctrica ha caído y se conmuta el relé que hace que se alimente desde las baterías sin que arduino llegue a caer.
un saludo, si puedo te paso un esquema
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