Подключение Arduino Mega + SIM800L к автомобильному аккумулятору

При такой настройке вы перегружаете встроенный регулятор, тратя при этом много энергии (не рекомендуется при настройке на аккумулятор, даже если аккумулятор довольно большой).

Прежде всего, питание. У вас есть MEGA, работающий от 5 В/нескольких мА, и SIM800L, работающий от 4 В/2 А. Рекомендую вам использовать два блока питания. На eBay можно найти недорогие преобразователи XL4015 на 5 А. Подключите IN+ к +12 В, IN- к земле, затем установите на первом выходе 5 В, а на втором — 4 В. Если хотите получить наиболее правильную схему питания, подключите 5 В к порту USB, в противном случае — к контактам +5 В (обратите внимание, что вы исключите предохранитель).

Есть ещё одна проблема: уровни UART. В первом приближении можно надеяться, что Arduino считывает правильные уровни, поэтому нужно просто снизить напряжение передачи с 5 В до 3,3 В. Это можно сделать, используя делитель напряжения с резистором 4,7 кОм между TX Arduino и SIM RX, а также резистором 10 кОм между SIM RX и землёй (см., например, как это сделано на этом изображении).

Я хочу подключить аккумулятор автомобиля

В Mega установлен линейный стабилизатор напряжения NCP1117. Он сертифицирован для использования в автомобилях, однако максимальный выходной ток при входном напряжении 12 В составляет всего 1 А, что слишком мало для питания SIM800.
Следующий момент, на который следует обратить внимание: напряжение в бортовой сети автомобиля нестабильно. Возможны скачки напряжения до 40 В, особенно при запуске двигателя. Это создаст дополнительную нагрузку на компоненты, а в худшем случае и выведет их из строя.
Я бы использовал два DC/DC-преобразователя с достаточно высоким входным напряжением и настроил бы один на выход 7 В (для Arduino), другой на 4 В (для SIM-карты) и соединил бы вместе линии заземления.

Информацию о согласовании уровня напряжения между Arduino и SIM Uart см. на стр. 32 руководства по оборудованию SIM800.