Die Diode würde ich auch weglassen. Die Bringt nämlich außer Verpolungsschutz gegen Störungen ziemlich wenig.

Wenn man seine Versorungsspannung stabilisieren will ist ein oder mehrere Elko in Kombination mit einem Keramikkondensator eine gute Wahl. So zur Größen Wahl würde ich so 100 bis 470uF beim Elko und 100nF beim Keramikkondensator vorschlagen.

Um trotzdem noch mal die Dioden Problematik zu diskutieren:
Das ist mit heutigen ICs eigentlich kein Problem solche Spannungsdifferenzen auf Logikleitungen zu haben. Wenn der Sensor zum Mikrocontroller sendet dann hat er eben ein Signal mit 4,3 - 4,7V statt 5V -> Wird als High erkannt alles gut. Die andere Richtung legt der Mc 5V an. Kann je nach Empfänger ICs Problematisch sein. Fast alle Konsumer ICs die man heutzutage aber kaufen kann, haben Protection Dioden am Eingang. Die Leiten das nach VCC ab. Wenn man auf Nummer sicher gehen will, packt man einen Widerstand ins Serie um den Strom zu begrenzen.
Man benutzt das auch gerne um sich Pegelwandler zwischen 3,3V und 5V ICs bei UART zu sparen.

Könntest du bitte mal in Zahlenwerten sagen wie groß die Schwankungen sind, wenn Motoren und andere Leistungselektronik in der Nähe ausgeschaltet sind?