15.ENS160传感器使用秘籍：一文看懂多气体检测核心技巧-开发者社区

ENS160是一款基于MOX技术的数字多气体传感器，集成TrueVOC®算法，可直接输出TVOC（ppb）、eCO2（ppm）和AQI（1-5级）等高级空气质量数据，大幅降低主控算力负担。其采用双电源设计（VDD 1.8V核心供电，VDDIO 1.71–3.6V通信供电），实现电平兼容，避免通信失败。硬件上需注意VDD严禁接3.3V以防烧毁。通过STM32 HAL库可轻松实现I2C通信，初始化后进入标准工作模式，读取状态寄存器判断新数据，再获取各参数值，支持低功耗深度睡眠模式切换，适用于智能环境监测系统。

一、ENS160 多气体传感器

1.1 手册

拿到手册，千万不要从第一页死磕。

1.2 主要特性

ENS160 是一款基于金属氧化物（MOX）技术的数字多气体传感器，内部集成了 4 个独立的传感器元件。

1.2.1自带算法，直出高级数据

它最强大的地方在于内部集成了 TrueVOC® 算法，单片机不需要跑复杂的转换库，可以直接从寄存器读取传感器数据。这极大地释放了主控芯片（如 STM32）的算力。
就像大家想吃鱼或鸡肉，我们在市场买完以后不能直接用，因为鱼肉和鸡肉都需要进行处理、剁块以后才能再做。有的是摊主会在用户买完鱼以后帮我们收拾出来，这让我们做饭得到了极大的便利，节省了时间，ENS160对STM32来说就是这样一款传感器，它能对传感器数据进行算法处理，用户直接读就行。
能测量的环境指标有

TVOC（总挥发性有机物）：直接输出浓度，单位是 ppb。

eCO2（等效二氧化碳）：根据人类呼吸和异味推算出的等效 CO2，单位是 ppm。

AQI-UBA（空气质量指数）：直接给出一个 1 到 5 的等级（1 是极好，5 是极差）。

1.2.2抗干扰能力

具备抗湿度和抗臭氧干扰的能力。

1.2.3供电极度敏感

VDD：核心主电源 (Main Supply Voltage)
它是干什么的：VDD 负责给芯片内部最核心的模块供电，包括内部的微型加热器（Heaters）、ADC 采样电路、以及计算 TrueVOC 算法的数字逻辑大脑。
电压要求：它的正常工作电压范围被严格限制在1.71V 到 1.98V（典型值是 1.8V）。
如果接错：如果随手把它接到了单片机常用的 3.3V 上，过高的电压会瞬间击穿内部脆弱的 1.8V 硅结构，直接烧毁芯片。
VDDIO：接口通信电源 (Interface Supply Pins)
它是干什么的：VDDIO (I/O 即 Input/Output) 只负责给芯片对外的通信引脚（比如 I2C 的 SDA/SCL、SPI 的 MOSI/MISO、以及中断引脚 INTn）提供电平参考。
电压要求（非常宽容）：它的允许电压范围是1.71V 到 3.6V。
为什么芯片厂商非要这么“麻烦”地设计两个电源？
为了解决“电平兼容性”。
随着芯片工艺越来越先进，为了降低功耗和发热，传感器内部的微观电路只能承受很低的电压（比如 1.8V 甚至 1.2V）。所以 ENS160 的 VDD 必须是 1.8V。
但是，你的主控单片机（比如 STM32）通常是跑在 3.3V 的。如果 ENS160 只有一个 1.8V 的电源，那么它输出的 I²C 高电平最高也只有 1.8V。STM32 去读这个 1.8V 的信号时，可能根本识别不出这是高电平，导致通信完全失败。
VDDIO 的出现完美解决了这个问题：
把 ENS160 的 VDDIO 直接接到单片机的 3.3V 电源上。这样一来，ENS160 的内部核心依然在安全的 1.8V 下工作，但它的通信引脚（SDA、SCL）在输出高电平时，会被拉高到 VDDIO 的电压（即 3.3V）。STM32 就能完美接收数据了！
总结：
分开设计 VDD 和 VDDIO，相当于芯片自带了一个“电平转换器”。硬件工程师在画图时，只需要给 VDD 加一个 1.8V 的 LDO 降压芯片，然后把 VDDIO 和 STM32 的 3.3V 连在一起，软硬件就能无缝握手了。

1.3 硬件电路设计

1.3.1 引脚功能定义

9 个引脚的详细功能拆解：

引脚 1：MOSI/SDA (输入/输出)
- SPI 模式下：作为 MOSI（主输出从输入），用于单片机向传感器发送数据。
- I2C 模式下：作为 SDA（串行数据线），用于双向传输数据。
引脚 2：SCLK/SCL (输入)
- SPI 模式下：作为 SCLK，接收单片机发来的串行时钟信号。
- I2C模式下：作为 SCL，接收 I2C总线的串行时钟信号。
引脚 3：MISO/ADDR (输入/输出)
- SPI 模式下：作为 MISO（主输入从输出），用于传感器向单片机返回数据。
- I2C 模式下：作为 ADDR（地址选择引脚）。在上电时，如果该引脚接低电平（GND），传感器的 I2C 地址为0x52；如果接高电平（VDDIO），地址为0x53。
引脚 4：VDD (电源)
- 核心主电源。这是最关键的引脚，负责给内部核心逻辑和微加热器供电。电压必须严格控制在 1.71V 到 1.98V 之间（通常接 1.8V），绝对不能直接接 3.3V，否则会烧毁芯片。
引脚 5：VDDIO (电源)
- 接口/通信电源。决定了通信引脚（SDA/SCL 等）的高电平电压。它的范围较宽，可以接 1.71V 到 3.6V。通常直接与单片机的 3.3V 系统电源相连，实现电平匹配。
引脚 6：INTn (输出)
- 中断引脚。当传感器有新的空气质量数据（如 AQI、TVOC 更新）产生，或者达到某个设定的阈值时，这个引脚会向主机（如 STM32）发送中断信号。可以在寄存器中配置为高电平有效或低电平有效。
引脚 7：CSn (输入)
- 片选与通信协议选择引脚。这是决定芯片“开口说哪种语言”的开关。
- 如果拉低（接 GND 或由主机拉低），芯片进入SPI 模式。
- 如果拉高（接 VDDIO），芯片进入I2C模式。
引脚 8 和 9：VSS (电源)
- 地线 (GND)。这两个引脚在内部是连通的，画电路板时需要将它们一起连接到系统的地线上。

1.3.2 典型应用电路

1.3.3 拓展版实际电路设计

1.4 使用方式

1、该传感器分为三种不同的工作模式

模式0 深度睡眠模式该模式下功耗极低只能从该模式进入空闲模式

模式1 为 IDLE MODE空闲模式该模式下可以识别很多指令

模式2 为工作模式该模式下传感器会不停的进行空气质量检测

当进入到模式2，新数据产生时会有两种通知方式：1 通过中断，传输通过6号INTn引脚传递；2 通过传感器自动写DEVICE_STATUS寄存器实现。

产生的新数据会被存放在DATA_XXX寄存器组中

1.4.1 STM32 I2C 读取示例

下面给出一个基于 STM32 HAL 库的 I2C 读取示例，演示如何初始化 ENS160、设置工作模式并读取 TVOC、eCO2 和 AQI 数据。代码中包含了寄存器地址、模式设置、状态判断和数据读取的完整流程。

/* ENS160 寄存器地址定义 */ #define ENS160_I2C_ADDR 0x52 /* ADDR 引脚接 GND 时的 I2C 地址 */ #define ENS160_REG_PART_ID 0x00 /* 产品 ID 寄存器（只读） */ #define ENS160_REG_OPMODE 0x10 /* 工作模式寄存器（读写） */ #define ENS160_REG_CONFIG 0x11 /* 配置寄存器（读写） */ #define ENS160_REG_STATUS 0x20 /* 状态寄存器（只读） */ #define ENS160_REG_DATA_TVOC 0x22 /* TVOC 数据寄存器（只读，2 字节） */ #define ENS160_REG_DATA_ECO2 0x24 /* eCO2 数据寄存器（只读，2 字节） */ #define ENS160_REG_DATA_AQI 0x21 /* AQI 数据寄存器（只读，1 字节） */ /* 工作模式定义 / #define ENS160_OPMODE_SLEEP 0x00 / 深度睡眠模式 / #define ENS160_OPMODE_IDLE 0x01 / 空闲模式 / #define ENS160_OPMODE_STANDARD 0x02 / 标准工作模式 */ /* 状态寄存器位定义 / #define ENS160_STATUS_NEW_DATA 0x02 / 第 1 位：有新数据产生 */ /* 全局 I2C 句柄（由 CubeMX 生成） */ extern I2C_HandleTypeDef hi2c1; /** @brief 向 ENS160 写入一个字节寄存器 @param reg 寄存器地址 @param data 要写入的数据 @retval HAL 状态 */ HAL_StatusTypeDef ENS160_WriteReg(uint8_t reg, uint8_t data) { return HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, ENS160_I2C_ADDR << 1, reg, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &data, 1, 100); } /** @brief 从 ENS160 读取多个字节寄存器 @param reg 起始寄存器地址 @param buf 数据缓冲区 @param len 读取长度 @retval HAL 状态 */ HAL_StatusTypeDef ENS160_ReadRegs(uint8_t reg, uint8_t *buf, uint8_t len) { return HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, ENS160_I2C_ADDR << 1, reg, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, buf, len, 100); } /** @brief 初始化 ENS160 传感器 @note 上电后先等待 10ms，再进入空闲模式，最后切换到标准工作模式 @retval 0 成功，-1 失败 */ int8_t ENS160_Init(void) { uint8_t part_id[2] = {0}; /* 1. 等待传感器上电稳定 */ HAL_Delay(10); /* 2. 读取产品 ID，验证 I2C 通信是否正常 / if (ENS160_ReadRegs(ENS160_REG_PART_ID, part_id, 2) != HAL_OK) { return -1; } / ENS160 的产品 ID 固定为 0x0160，高字节在前 */ if ((part_id[0] != 0x01) || (part_id[1] != 0x60)) { return -1; } /* 3. 先进入空闲模式（IDLE），等待内部算法稳定 */ if (ENS160_WriteReg(ENS160_REG_OPMODE, ENS160_OPMODE_IDLE) != HAL_OK) { return -1; } HAL_Delay(10); /* 4. 切换到标准工作模式，开始持续检测空气质量 */ if (ENS160_WriteReg(ENS160_REG_OPMODE, ENS160_OPMODE_STANDARD) != HAL_OK) { return -1; } HAL_Delay(10); return 0; } /** @brief 读取 TVOC、eCO2 和 AQI 数据 @param tvoc 输出 TVOC 浓度（单位 ppb） @param eco2 输出 eCO2 浓度（单位 ppm） @param aqi 输出 AQI 等级（1~5） @retval 0 成功，-1 无新数据，-2 读取失败 */ int8_t ENS160_ReadData(uint16_t *tvoc, uint16_t *eco2, uint8_t *aqi) { uint8_t status = 0; uint8_t buf[5] = {0}; /* 1. 读取状态寄存器，判断是否有新数据 */ if (ENS160_ReadRegs(ENS160_REG_STATUS, &status, 1) != HAL_OK) { return -2; } /* 2. 检查 NEW_DATA 位，没有新数据则直接返回 */ if (!(status & ENS160_STATUS_NEW_DATA)) { return -1; } /* 3. 一次性读取 AQI、TVOC、eCO2 共 5 个字节 */ if (ENS160_ReadRegs(ENS160_REG_DATA_AQI, buf, 5) != HAL_OK) { return -2; } /* 4. 解析数据：AQI 占 1 字节，TVOC 和 eCO2 各占 2 字节（大端） */ *aqi = buf[0]; *tvoc = ((uint16_t)buf[1] << 8) | buf[2]; *eco2 = ((uint16_t)buf[3] << 8) | buf[4]; return 0; } /* 主循环中的调用示例 */ void main_loop(void) { uint16_t tvoc = 0, eco2 = 0; uint8_t aqi = 0; /* 初始化传感器 */ if (ENS160_Init() != 0) { /* 初始化失败，可在此处打印错误信息 */ return; } while (1) { /* 读取数据，返回 0 表示成功 */ if (ENS160_ReadData(&amp;tvoc, &amp;eco2, &amp;aqi) == 0) { /* 在此处打印或上传数据 */ /* printf("TVOC: %u ppb, eCO2: %u ppm, AQI: %u\n", tvoc, eco2, aqi); */ } HAL_Delay(1000); /* 每秒读取一次 */ } }

代码说明：