Elektrik Elektronik Mühendisliği Ödev Yaptırma: IoT Cihazlarında Düşük Güç Tüketimi Stratejileri

Nesnelerin İnterneti (IoT) projelerinde en kritik başarım ölçütlerinden biri pil ömrü ve ortalama güç tüketimidir. Sensör düğümleri, veri toplayıcılar, giyilebilirler, endüstriyel telemetri noktaları ve uzaktan sayaçlar—hepsi aynı gerçeğe çarpıyor: enerji bütçesi sınırlı. Laboratuvarda güzel çalışan devreler, sahada birkaç hafta içinde pili bitince “başarısız” sayılır. Düşük güç tasarımını yalnızca “uyku moduna girsin” gibi tekil bir numaraya indirgemek yanlıştır; donanım–yazılım–iletişim–mekanik–saha şartları birlikte optimize edilmelidir.

Bu yazı, ödev ve dönem projelerinde doğrudan uygulayabileceğiniz uçtan uca bir düşük güç stratejisi sunar. Sensör ve mikrokontrolcü seçimi, güç alanı mimarisi, saat/RTC kurguları, uyku kipleri, enerji hasadı, radyolarda PHY/MAC tasarrufu, veri protokolleri (LoRa/LoRaWAN, BLE, Thread/Matter, Zigbee, Sub-GHz, NB-IoT/LTE-M), bellek ve dosya sistemi ayrıntıları, firmware mimarisi (event-driven, RTOS), ölçüm/raporlama, saha doğrulaması ve pil ömrü kestirimi… Her bölüm, uygulamalı ipuçları, mini hesaplar, vaka parçaları ve kontrol listeleri ile biter.

1) Güç Bütçesi ile Başla: mAh değil, mWs düşün

İlk adım, periyodik görevlerin enerji tabanlı (milliwatt-saniye) bütçelenmesidir.

Görev döngüsü (duty-cycle) tablosu yapın: sensör ölçümü, işleme, radyo bağlanma/ileti, bekleme, uyku.
Her görev için: akım × süre × gerilim = enerji. Toplamı 24 saatlik profile yayıp mWh/gün bulun.
Pil kapasitesini (Wh) ve sahadaki sıcaklık/yaşlanma etkisini (–%20…–%40) hesaba katın.

Örnek:

Ölçüm: 5 mA × 50 ms @3.0 V → 0.75 mWs
İşleme: 8 mA × 20 ms → 0.48 mWs
LoRa TX: 42 mA × 250 ms → 31.5 mWs
Uyku: 2 µA × (günün kalanı) ≈ 2 µA × 86 400 s × 3 V ≈ 518 mWs (dikkat: uyku akımı çok uzun sürer, toplamda baskın olabilir!)
Görüldüğü gibi uyku akımı çoğu zaman görünmez devdir; nA-µA seviyesine inmek yılları belirler.

Kontrol listesi: Her görev için en kötü durum süresi, yeniden deneme sayısı, başarısız bağlantı senaryosu, sensör ısınma süresi.

2) Donanım Seçimi: Düşük güç “parçalarla” başlar

Mikrokontrolcü (MCU):
- Deep-sleep akımı nA–µA sınıfında olanlar (ör. RTC + RAM koruma ile).
- Uyanma süresi (wake-up) < birkaç ms; hızlı uyan, hızlı işini bitir.
- Dahili DCDC regülatör ve periferik clock-gating destekleri.
Sensörler:
- Shutdown pin veya ultra-low-power mode (örn. 0.5–3 µA).
- Örnekleme başına enerji: ısıtıcı gerektiren gaz sensörleri → enerji ağır; duty-cycled çalıştır.
Radyo:
- RF vericilerde PA verimi, spurious ve uyku akımı.
- Sub-GHz (433/868/915 MHz) menzil/duvar aşımı; 2.4 GHz bant kalabalık.
PMIC ve Regülasyon:
- Quiescent current (Iq) düşük LDO/DCDC (nA–µA seviyeleri).
- Load switch ile alt blokları tamamen kes.
Hafıza:
- FRAM/EEPROM’da yazma enerjisi; wear-leveling.
- FLASH yazımları toplu (batch) olsun; sayıyı azalt.

Püf: Eş özellikte iki MCU’dan “datasheet’te µA daha düşük uyku akımı olan” değil, RAM koruma + RTC + GPIO wake kombinasyonu en pratik olanı daha çok ömür kazandırır.

3) Güç Alanı Mimarisi: Rails, anahtarlama ve ölçüm

Çoklu ray tasarımı:
- Always-on (RTC + wake logic),
- Sistem çekirdeği,
- Periferik/Sensör rayları.
High-side load switch veya PFET ile sensör/radyo kapat-aç.
Batarya ölçümü için bölücü sürekli bağlıysa µA-mA kaçak yaratır; yüksek değerli direnç + switched dividerkullanın.
Enerji ölçer (coulomb counter) ekleyin: modelin doğruluğu artar.

Mini uygulama: 3 V lityum (CR2477) ile çalışan düğümde sensör rayını PFET ile kapatıp yalnız ölçüm anında açarak bekleme kaçaklarını sıfırlamak; beklemede sadece RTC ve wake pin aktif.

4) Saat, RTC ve Uyanma Stratejisi

Düşük frekanslı kristal (32.768 kHz) ile RTC; ±20 ppm sapma ayda ~52 s kayma demek—tekrar bağlanma pencerelerini etkiler.
LSI/LSE kaynakları arasındaki akım farklarını ölçün; yazılımda tickless RTOS ile zamanlayıcıyı kapatın.
Uyan-işini yap-uyu (Run-to-completion): IRQ ile uyan, en kısa yolla işi bitir, block etme.

İpucu: “Sık uyan–kısa kal” mı, “seyrek uyan–uzun kal” mı? Radyo ve sensör maliyetine göre enerji/latansoptimizasyonu yapın.

5) Firmware Mimarisi: Event-driven, RTOS ve ultra düşük güç API’leri

Event-driven (durum makinesi) model: sonsuz döngüde “while(1)” çalıştırmak yerine event queue ile uyut.
Tickless RTOS: SysTick kapalı; RTC-alarm ile uyan.
Clock gating ve peripheral disable: İş biter bitmez ADC/SPI/I²C saatlerini kes.
DMA kullanımı: CPU uykudayken veri akışı; ISR süresi kısa kalsın.
Logging: Seri port açık unutulursa mA seviyesinde akım yakar; log’u buffer’la toplayıp duty-cycle ile gönder.

Kontrol listesi: ISR’lerde bloklama yok; dinamik bellek sınırlı; düşük güç API çağrıları (stop/standby/shutdown) doğru sırada.

6) Sensörlerle Akıllı Görev Döngüsü: “Isınma” ve kalibrasyon maliyeti

Isıtıcılı sensörler (gaz, nem bazı türler): Sürekli açık kalırsa günleri yer; pulsed heating kullanın.
Stabilizasyon süresi ölçümün bütçesini belirler.
Örnekleme adaptasyonu: Çevresel değişim düşükse örnekleme periyodunu artan bir politika ile uzatın (örn. 1→2→5→10 dk).
Eşik temelli ölçüm: ADC’de basit eşik aşılıp aşılmadığını uykudan önce kontrol etmek daha ucuz olabilir.

Vaka: VOC sensörde 200 mW ısıtıcı → 2 s ısınma; haftalık ortalamaya geçtiğinizde günlük enerji %70 azalır, latans artışını kullanıcı kabulüyle denkleştirin.

7) Bellek, Dosya ve Veriyi “az, seyrek, sıkıştırılmış” tutmak

Veri ön işleme: Ortalama, medyan, basit sıkıştırma (delta, RLE).
Eşikli raporlama: Değişim küçükse raporlama yok.
Batch-write: FLASH/FRAM’a 1 kere yaz; günlük 100 yazım yerine saatlik 1 yazım.
CRC yerine kısa checksum? Enerji/maliyet dengesine göre karar; kritik telemetride CRC şart.

8) Radyo ve Protokoller: PHY/MAC katında kazanmak

8.1 BLE (Bluetooth Low Energy)

Connection interval büyüt; slave latency kullan; advertising interval uzun.
PHY 2M kısa süreli transferlerde enerji/bit’i düşürür.
Uzun bağlantı açık tutmak yerine burst aktarım.

8.2 Zigbee/Thread (802.15.4)

Low-power end device (sleepy) modları; poll interval ayarı.
Mesh maliyeti: Router olmak batarya için kötü; end device yapın.

8.3 LoRa/LoRaWAN (Sub-GHz)

Spreading Factor (SF) ve TX gücü: SF↑ → süre↑ → enerji↑. Menzil gerekirse zorunlu, değilse SF’yi küçültün.
ADR (Adaptive Data Rate) ile ağda optimum ayar.
Tek atış yerine onaylı iletim yalnız kritik paketlerde.

8.4 NB-IoT / LTE-M

PSM (Power Saving Mode) ve eDRX parametreleri ömür belirler.
Attachment retry maliyetlidir; hücre kalitesi düşükse yerel buffer ile bekletin.

8.5 Sub-GHz FSK/LoRa-PH

Basit FSK, kısa mesafe ve özel ağda enerji/bit avantajlıdır.

Genel kural: “Hızlı gönder, hemen uyu.” Radyo açılma/kapanma gecikmesi + protokol el sıkışmaları toplam süreyi büyütür; payload’ı biriktir gönder.

9) Paketleme ve Uçtan Uca Uygulama Katmanı

CBOR/MessagePack gibi kompakt formatlar.
MQTT-SN/CoAP: Başlıklar küçük; QoS seviyeleri enerji/maliyet dengesine göre.
Topic ayrımı: Fazla yayın ve abonelik, uyanmaları artırır → sade topoloji.

10) Enerji Hasadı (Energy Harvesting): Pil ömrünü sonsuza yaklaştırma

Kaynaklar: PV (iç/dış), titreşim (piezo), termal (TEG), RF.
PMIC: Soğuk başlatma (cold-start) gerilimi, MPPT (PV için), supercap yönetimi.
Hibrit depo: Pil + süperkap; anlık radyo tepe akımlarını süperkap karşılar → pil yaşlanması azalır.
Enerji bütçe eşleşmesi: Hasatın ortalaması > tüketim ortalaması ise enerji-nötr düğüm.

Örnek: İç mekân PV (200 lux) ≈ 10–20 µW; duty-cycle’ı haftalara/aylara uzatmanız gerekir. Dış ortamda 1–10 mW rahatça mümkündür.

11) PCB Yerleşim ve Sızıntılar: nA’lar önemli!

Yüksek değerli pull-up/down dirençlerde leakage; sıcaklıkla artar.
Kir/nem ile yüzey kaçakları → konformal kaplama.
ADC referans ve sensör hatları kısa; guard ring teknikleri.
Test pad/LED unutmayın: LED’ler µA değil mA tüketir; debug LED’lerini pulse ile sürün.

12) Güç Ölçümü: “Tahmin” değil, ölçüm

Shunt + INA ile anlık akım profili; oscilloscope current probe çok yararlı.
Time-integrated (coulomb counter) ile günlük mAh.
Profil kaydı: Uyanma–TX–uyku evrelerini milisaniye çözünürlükte yakalayın; optimizasyon hedefleri görünür olur.

İpucu: Laboratuvarda iyi görünen ortalama, zayıf sinyalde başarısız bağlantı senaryosunda 10× katlanır. “Kötü gün” profilini ölçün.

13) Pil Kimyası: Sadece kapasite değil, deşarj eğrisi ve sıcaklık

Lityum-tioyl klorür (Li-SOCl₂): Çok uzun ömür, düşük akım; yüksek darbe akımı için süperkap gerekir.
Li-MnO₂ (CR): Uygun, darbe akımı sınırlı, sızdırmazlık iyi.
Li-ion/Li-Po: Şarj edilebilir; koruma/BMS gerekir; soğukta kapasite düşer.
Alkalin: Ucuz; düşük sıcaklıkta iç direnç artar; yüksek darbe kötü.

Saha sıcaklığı –10…+50 °C ise derating uygulayın; pil seçimi yalnız kapasite değil, iç direnç ve self-discharge ile yapılır.

14) Yazılım Hileleri: Mikro-optimizasyonlar

Fixed-point ve integer math; FPU yoksa enerjiye katkı.
Lookup tablo ile trigonometrik/karmaşık fonksiyonlar.
Sıkıştırılmış FSM durumları; stack/heap minimal.
Kod boyutu küçük → flash erişimi daha az → µA seviyesinde kazanç (küçük ama bedava).

15) Saha Provası: Radyo gölgesi, yeniden deneme ve buffer politikası

Zayıf sinyal alanı haritası çıkarın; kalın duvar/metal dolaplar şaşırtır.
Retry sayısı (örn. 3 yerine 1) + exponential backoff.
Yerel buffer dolmadan uyanma; taşma koruması.
Saat kayması yüzünden ağ penceresini kaçırma → RTC kalibrasyonu.

16) Güvenlik ve Şifreleme Maliyeti: AES var ama akımı kaç?

AES-128 HW hızlandırma varsa kullanın; SW AES mA×ms yükü artırır.
DTLS/TLS el sıkışması pahalıdır; oturum anahtarı uzun yaşasın.
MAC (mesaj kimlik) ek boyut → daha fazla byte → daha fazla enerji; kritik telemetride şart, diğerlerinde “risk-enerji” analizi.

17) Üç Mini Vaka: Kâğıt üstünden sahaya

A) BLE Beacon (Giyilebilir)

Hedef: 1 yıl pil ömrü (CR2032).
Ayar: Adv interval 2 s, TX = –12 dBm, payload 16 byte, sensörler 1 dk’da bir uyanıyor.
Sonuç: Ortalama akım ≈ 8–10 µA; 220 mAh / 10 µA ≈ 22 000 h → ~2.5 yıl (derating sonrası ~1.6–1.8 yıl).

B) LoRaWAN Tarla Sensörü

Hedef: 5 yıl.
Ayar: SF7-SF9 ADR, uplink 15 dk’da 1; downlink çok seyrek. Sensör ısınma 500 ms → pulsed.
Sonuç: Günlük ~40–80 mWh; Li-SOCl₂ 19 Wh + PV 1 mW ortalama ile enerji-nötr’e yakın.

C) NB-IoT Sayaç

Hedef: Aylık rapor, anlık alarm.
Ayar: PSM 6 saat, eDRX 5.12 s; SMS-fallback kapalı.
Sonuç: Kapsama zayıfsa attachment maliyeti baskın → anten değişimi + operatör seçimi ile 3× iyileşme.

18) Ölçüm ve Raporlama: Ödeve puan getiren çıktılar

Güç profil grafiği (mA vs ms) — uyanma, ölçüm, TX, uyku işaretli.
24 saat enerji pastası: Hangi görev ne kadar pay alıyor?
Pil ömrü kestirimi: p10/p50/p90 (saha sıcaklığı + zayıf sinyal senaryoları).
Karşılaştırma tablosu: “Önce/sonra” (ör. SF düşürdük, beacon aralığı uzadı).

19) “Altın” Kontrol Listesi (Teslim ekine hazır)

24 saatlik görev döngüsü ve enerji tablosu (mWs).
Donanım blok diyagramı: güç rayları, load-switch, RTC.
Uyku akımları: ölçüm fişi + datasheet karşılaştırması.
RTC kalibrasyonu ve uyanma latansı.
Sensör ısınma ve duty-cycle stratejisi.
Radyo parametreleri (TX gücü, veri hızı, SF/PHY).
Protokol başlık boyutu ve paketleşme planı.
Güvenlik/şifreleme maliyeti (byte/işlem süresi).
Enerji hasadı var ise PMIC ayarları ve boyutlandırma.
Pil kimyası seçimi ve sıcaklık derating’i.
Saha kötü senaryosu: yeniden deneme ve backoff.
Ölçüm raporları: akım profili, coulomb sayacı çıktısı.

20) Sık Yapılan Hatalar ve Hızlı Çözümler

Uyku akımını ölçmeden varsaymak → DMM yerine yüksek çözünürlükte ampermeter/probe ile ölç; board leakage’i temizle.
LED/debug açık bırakmak → Debug LED’lerini pulse veya “derleme bayrağı” ile kapat.
Router (mesh) rolünü pille vermek → Pilli düğüm end device olmalı.
Sık log yazmak → FLASH/FRAM yazımlarını batch yap.
Radyo parametrelerini sahada denememek → SF/DR/PSM’yi yerinde optimize et; laboratuvar menzili yanıltır.
RTC drift’i göz ardı → Zaman penceresi kaçırılır; periyodik kalibrasyon yap.

21) 10 Adımda Uçtan Uca Düşük Güç Tasarım Planı

Kullanım senaryosu → enerji hedefi (örn. ≥ 2 yıl).
Görev döngüsü tablosu (mWs/gün) ve en kötü gün senaryosu.
MCU/sensör/radyo seçiminde uyku akımı + wake ve iş/bit metriği.
Güç alanı: load-switch, Iq düşük regülatör, switched divider.
RTC ve tickless mimari; event-driven firmware.
Sensör duty-cycle ve “ısınma” optimizasyonu.
Radyo optimizasyonu (ADR/PSM/eDRX; burst paket).
Sıkıştırma ve eşikli raporlama; batch-write.
Saha testi: zayıf kapsama, sıcak/soğuk; akım profilleri.
Pil ömrü kestirimi: p10/p50/p90 + bakım planı.

Sonuç: Pil ömrü şansa bırakılmaz—mimaridir

IoT’de düşük güç, tek bir sihirli bileşen ya da “uyku moduna geç” cümlesiyle kazanılmaz. Enerji bütçesi ile başlar; donanım seçimi, güç alanı mimarisi, RTC/uyku kurgusu, event-driven firmware, sensör görev döngüsü, veri/protokol optimizasyonu, radyo parametreleri, enerji hasadı ve saha ölçümü ile tamamlanır. Bu yazıda; mWs temelli planlamadan pil kimyasına, BLE/LoRa/NB-IoT ayarlarından FRAM/FLASH yazım stratejilerine, PCB sızıntılarından güvenlik maliyetlerine kadar uçtan uca bir yöntem sunduk. Ödev ve projelerde başarı; “kaç yıl gider?” sorusuna yalnız bir sayı vermek değil, varsayımları, ölçümleri ve kötü senaryo dayanımını göstererek ikna etmektir. Pil ömrü, tasarım masasında kazanılır; saha, yalnızca bunu doğrular.

Öğrencilerin akademik başarılarını desteklemek ve yoğun tempoda geçen okul yaşamlarında yardımcı olmak amacıyla kurulan “Ödev Yaptırma” platformu, özgün ve kaliteli ödev çözümleri sunmaktadır. Öğrencilerin farklı branşlardan ödevlerini, projelerini ve makalelerini profesyonel ve deneyimli ekip üyelerimiz aracılığıyla titizlikle hazırlıyoruz. Her bir ödevi, konunun gerektirdiği derinlemesine araştırmalar ve analizler doğrultusunda çözümleyerek, öğrencilerimizin özgün düşünce yapısını ön plana çıkarmasını sağlıyoruz.

“Ödev Yaptırma” olarak, müşteri memnuniyetini ve güvenilirliği en üst düzeyde tutmaktayız. Öğrencilerin bize teslim ettikleri ödevlerin tümü, gizlilik ve güvenlik ilkelerine sıkı sıkıya bağlı kalınarak işlenir. Her ödev, öğrencinin taleplerine ve öğretmenin yönergelerine uygun olarak özelleştirilir ve her zaman orijinal içerik üretmeye özen gösteririz. Öğrencilerin akademik itibarını korumak ve güvenilir bir öğrenme deneyimi sunmak için elinizdeyiz.

“Ödev Yaptırma” platformu, kullanıcı dostu arayüzü sayesinde öğrencilere kolayca ulaşılabilir bir hizmet sunmaktadır. Kullanıcılar, web sitemiz üzerinden basit adımlarla ödevlerini yaptırma taleplerini iletebilir ve ihtiyaç duydukları konuda uzmanlaşmış ekip üyelerimizle iletişime geçebilirler. Hızlı yanıt verme ve esneklik, öğrencilerin zaman baskısı altında olan durumlarında da yanlarında olduğumuzu hissettirir. “Ödev Yaptırma” olarak, öğrencilerin başarısını desteklemek ve onlara daha fazla öğrenme fırsatı sunmak için buradayız

İçerik Üreticisi

Biyografinin Tamamını Gör