家用空调温度控制器的控制程序的设计说明

《微机原理及接口技术》课程设计说明书
课题：家用空调温度控制器的控制程序设计专业：
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指导老师：***
2015年1月8 日
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第1章、设计任务与目标.............................................................. 错误!未定义书签。

1.1设计课题： ..................................................................... 错误!未定义书签。

1.2设计目的： ..................................................................... 错误!未定义书签。

1.3设计任务： ..................................................................... 错误!未定义书签。

1.4基本设计要求：............................................................................................................. 错误!未定义书签。

第2章、总体设计规划与方案论证 (6)
2.1设计环节及进程安排 (6)
2.2方案论证 (5)
第3章、总体软件设计说明及总流程图 (10)
3.1总体软件设计说明 (10)
3.2总流程图 (11)
第4章、系统资源分配说明 (13)
4.1系统资源分配 (13)
4.1.1系统内部单元分配表 (13)
4.1.2硬件资源分配 (15)
4.2数据定义说明 (16)
4.2.1部分数据定义说明 (16)
第5章、局部程序设计说明 (17)
5.1总初始化以及自检
5.2主流程
5.2.1 按键音模块 (17)
5.2 .2 单按键消抖模块 (17)
5.2.3 PB按键功能模块 (18)
5.2.4. 基本界面拆字模块 (19)
5.2.5 4*4矩阵键盘模块 (19)
5.2.6 模式显示模块 (20)
5.2.7 显示更新模块 (21)
5.2.8 室内温度AD转换模块 (21)
5.2.9 4*4矩阵键盘扫描子程序 (21)
5.2.10 整点报时模块 (23)
5.2.11 空调进程判断及显示模块 (23)
5.2.12 三分钟压缩机保护模块 (23)
5.2.13 风向摆动模块 (24)
5.2.14 驱动控制模块 (24)
5.2.15 定时开关机模块 (25)
第6章、系统功能与用户操作使用说明 (26)
6.1操作显示部分 (26)
6.2系统功能 (26)
6.3用户操作使用说明 (27)
第7章、课程设计总结 (27)
第8章、附录：源程序清单 (30)
第1章设计任务与目标
1.1设计课题：家用空调温度控制器的控制程序设计
1.2设计目的：通过小型微机应用产品控制程序的设计与调试过程，运用《微机原理及接口技术》课程所学的基本知识，进而得到理解、巩固和提高，学习掌握分析与解决实际问题的方法与手段，提高设计、编程与调试的实际动手能力，作为工程技术工作的一次基本训练。

1.3设计任务：随着现代生活条件的提高，家用空调已广泛使用，是一种用于房间提供处理空气温度变化的机组。

它的功能是对该房间内空气的温度、湿度、和空气流速等参数进行调节，以满足人体舒适的要求。

设计一个以AT89S51单片机为核心的家用空调温度控制器，基本任务是利用AT89S51单片机、ADC0809 模数转换器等芯片设计并制作一个具有制冷、制热、通风和自动运行的手控型空调控制器，包含实时钟显示，可选择制冷、制热、通风、自动运行等工作模式，能对温度进行设定和控制，具有压缩机三分钟自动保护等功能，编写智能控制器的控制程序并在实验板上模拟调试。

1.4基本设计要求：
1、开机进行适当的有关接口部件及数码显示器、指示灯、讯响器等自检。

2、八位LED 七段数码管作为时钟及其他界面信息显示。

3、基本显示模式为按照24小时制动态显示实时钟的时、分、秒信息。

4、4×4键盘作为参数设定与设备操作的输入设备，由“0”～“9”数字键及
若
干个功能键组成，“0”～“9”数字键须按照国际通行排列布局，键按下时应回
馈短促的键音，键盘扫描还应采取消抖动处理。

5、时钟调校功能：按下“时钟设定”键则进入时钟设定界面，在调取并显示当前实时钟的时、分值基础上供逐位输入新的时、分值，当前数字位以2Hz频率闪烁显示的形式标示；按“确定”键则审核不存在超值域的情况下存入新的时、分值，同时对秒清0以及对秒的前级计时环节置初值；按“取消”键则不存新值返回基本显示模式；还可设置“←”键、“→”键等以方便操作。

6、利用实验板上的按钮、拨动开关替代设备的开关量输入信号，应当由开关量
输入处理子模块程序统一对开关量输入信号进行检测输入并进行软件消抖动处理；利用实验板上的驱动LED指示灯的输出接口电路替代设备的开关量输出驱动信号，应当对输出控制信息建立输出缓存，并统一由输出驱动子模块程序根据输出缓存内容执行实质的输出驱动；利用实验板上的蜂鸣器替代设备的讯响部件，应当统一由讯响驱动子模块程序综合各功能程序模块所产生的讯响逻辑标记信息执行实质的蜂鸣器驱动。

7、空调控制器应具有制冷、制热、通风和自动运行四种工作模式。

a．制冷：室内风机、压缩机及室外风机工作，而四通换向阀停止工作。

b．制热：室内风机、压缩机、室外风机和四通换向阀均工作。

c．通风：室内风机工作，而压缩机、室外风机和四通换向阀均不工作。

※d．自动运行：能根据当前室内温度和自动运行的设定温度，自动选择制冷、制热或通风工作模式。

e．每按一下工作模式选择键时，工作模式按图1所示的箭头方向依此变换：
图1 工作模式选择
8、能对温度进行设定和控制：
a．制冷时温度调节范围为：20℃～32℃。

当室内温度高于设定温度1℃时,开始
制冷；而当室内温度降到设定温度时，则转为通风状态。

b．制热时温度调节范围为：14℃～30℃。

当室内温度低于设定温度1℃时,开始
制热；而当室内温度升到设定温度时，则转为通风状态。

c．通风时温度设置栏显示“一一”，并且温度设置键无效。

※d．自动运行温度调节范围为：25℃、27℃、29℃。

若室内温度低于设定温度
5℃时,自动按制热工作模式运行；若室内温度高于设定温度时，则按制冷模式运行；否则按通风模式运行。

e．温度设定键每按一下，则温度上升或下降1℃（在设定范围内）。

f．控温精度为±1℃
9、室内风机具有高、中、低三档风速和自动风控制功能。

每按一下风速选择键时，风速模式按图4所示的箭头方向依此变换：
图2 风速模式选择
※其中自动风与工作模式及温度有关：
a．制冷时，当室内温度高于设定温度5℃时，为高速风；
当室内温度高于设定温度2℃～5℃时，为中速风；
当室内温度不高于设定温度2℃时，为低速风；
b．制热时，当室内温度低于设定温度5℃时，为高速风；
当室内温度低于设定温度2℃～5℃时，为中速风；
当室内温度不低于设定温度2℃时，为低速风；
c．通风时，当室内温度高于25℃时，为高速风；
当室内温度介于20℃～25℃时，为中速风；
当室内温度低于设定温度20℃时，为低速风；
※10、具有压缩机三分钟自动保护功能。

由于家用空调器所使用的压缩机大多为电容启动运行电动机，带载启动能力较差，因此无论在制冷运行还是在制热运行时，当压缩机停止工作后，必须在三分钟后才允许重新启动。

※11、24小时预约定时开/关机功能。

定时开机：定时开机必须是在关机状态下才能进行，按下“定时”键，显示定时时间并闪动，通过“↑”“↓”键可以调节时间，调整好后点击“定时”键。

定时关机：定时关机必须在空调运行的情况下进行
※12、风向自动控制功能。

通过自动控制室内风机水平导风叶片的转动，将调节后的舒适气流送到房间的各个角落。

第2章总体设计规划与方案论证
2.1设计环节及进程安排：
根据任务书要求，为实现成功设计家用空调温度控制器的控制程序设计和确保设
2.2方案论证
程序设计规划有许多，但是选择一个较合适的方案是至关重要的，它可以提高程序的执行效率，有利于程序的调试，提高程序的可读性。

1：在主程序跳入循环前进行顺序自检，通过观察实验板的现象进而判断实验板是否正常。

2：数码管显示程序由硬件决定，采取片选端和位选端连接接口芯片，接口芯片进而和单片机引脚连接，这样大大减少了要占用的单片机引脚的数目。

且数码管的显示方式为动态显示，动态显示方法：各位显示器的字位控制线由相应的I/O
口线控制，每一位显示器均有一根字位控制线，各位显示器的字段控制线对应并联，由一个8位I/O口控制。

其特点是占用I/O端口少、驱动程序稍繁,须不断更新驱动，占用CPU时间多、总的驱动电流小。

3：对于按键音的处理，采用的方法是按键按下后，启动按键音，随后在主循环的第一句清楚按键音。

4：对于四中工作模式的判断，:设置一个标志位，标志位中的内容A、C、F、H 依次代表自动模式、制冷模式、通风模式、制热模式。

5：对于三档风速以及自动风的判断，设置一个标志位，标志位中的内容A、▔、—、_依次代表自动、高速、中速、低速。

6：选择定时器1工作方式2 （M1M0=10 ，自动重装计数初值的8位定时器/计数器）16位定时器/计数器被拆成两个8位寄存器TH1和TL1，CPU 在对它们初始化时必须装入相同的定时器/计数器初值。

以TL1作计数器，而TH1作为预置寄存器。

当计数满溢出时，TF1置“1”，同时将TH1中的计数初值以硬件方法自动装入TL1。

这种工作方式很适合于那些重复计数的应用场合，本程序计数即采用选择定时器1工作方式2 。

7：LED显示器工作原理有两种：
一是LED静态显示驱动方式。

各位的公共端连接在一起（接地或+5V）。

每位的段码线（a～dp）分别与一个8位的锁存器输出相连。

只要输出锁存器的段码不变，就稳定地驱动并显示对应的字符，直到输出另一个段码为止。

静态驱动特点：接口逻辑及驱动程序简单、显示亮度高且稳定、但占用I/O端口多、总的驱动电流大。

二是动态显示驱动方式。

当LED位数较多时，为了简化电路，降低成本，采用动态显示方式。

（1）电路连接方法：
a、各位显示器的字位控制线由相应的I/O口线控制，每一位显示器均有一根字位控制线。

b、各位显示器的字段控制线对应并联，由一个8位I/O口控制。

（2）显示原理：逐个点亮，循环显示，利用人眼的视觉残留效应。

（3）综上所述，我LED显示器工作选择动态显示驱动方式
8：键盘接口的工作原理分独立式按键接口和行列式键盘接口
一.独立式键盘接口(适于键数较少、操作快、同时多键动作场合)
各键相互独立，每个按键各接一根输入线，通过检测输入线的电平状态可很容易判断那个键被按下。

二、行列式（矩阵式）键盘及其接口
(适于按键数目较多的场合；可节省较多的I/O口线端；同时只会有一个键闭合的场合。

)
行列式键盘按键的识别方法
a.扫描法
（1）判断有无键闭合：
首先使列线D4~D7都输出0，检测行线D0~D3。

如果无键闭合，D0~D3输入全为1；如果有键闭合，就会有某一根行线输入为0。

（2）查找闭合键号：逐行逐列扫描，闭合键号=列号+行首键号
b.线反转法
采用线反转法的键盘行线、列线端口各自应当可以在输入与输出方式间切换！如图:高四位与低四位均可独立改变其输入或输出方式
第1步：列线输出为全‘0’，随后输入行线电平如有‘0’，则‘0’所在的行就是闭合的按键所在行；无‘0’则无键闭合。

第2步：行线输出为全‘0’，随后输入列线电平如有‘0’，则‘0’所在的列就是闭合的按键所在列；无‘0’则无键闭合。

结合上述两步，可确定按键所在行和列。

综上所述，选择行列式键盘按键的线反转法
9：按键状态的输入与消抖动
机械触点的弹性作用，触点在闭合和断开瞬间的电接触情况不稳定，造成了电压信号的抖动现象，时间一般为5~10ms。

这种现象会引起CPU对于一次键操作进行多次处理，因此必须设法消抖动。

10：压缩机三分钟自动保护定时方法: ①定时中断，0.01S次数；②计主流程次数我采取计主流程次数180*100次，总时间180*100*0.01S=3分钟。

第3章总体软件设计说明及总流程图
3.1总体软件设计说明
总初始化，对数码显示器、指示灯、蜂鸣器的自检以及各使用单元的初值设定和各个芯片的初始化设置等。

本设计程序为12个主流程2个中断服务子程序，单片机就是在这些子模块下循环执行，这些子模块依次包含有：
;主工作流程
LOOP: LCALL JYIN ;按键音子程序
LCALL TPB ;单按键子程序
LCALL XDPB ;调用消抖单按键输入
LCALL CZ ;调用显示内容送显缓子程序(拆字将时分秒送右6位显示缓冲单元)
LCALL KT ;行列式键盘子程序
LCALL WDXS ;温度显示子程序
LCALL DISP ;调用显示更新子程序(动态驱动8位数码显示器一遍，约8mS) LCALL ADSUB ;调用A/D子程序(采集AN1输入电压的A/D数据送左2位显示)
LCALL KEY ;调用键盘扫描子程序(扫描到按键压下时在左第3位显示键号)
LCALL CLOCK ;整点报时子程序
LCALL JCPD ;进程判断以及进程显示子程序
LCALL YSBH ;三分钟压缩机保护
LCALL FXBD ;风向摆动
LCALL DSGJ ;定时开/关机
SJMP LOOP ;反复循环主流程
此外，还有一些没被主流程调用，但被其它模块调用的模块，比如驱动控制模块，时钟调校模块等。

3.2总流程图
第4章系统资源分配及数据定义说明4.1系统资源分配
4.2数据定义说明
4.2.1部分数据定义说明
（1）因为单片机复位后SP中的内容为07H，是堆栈实际从08H开始，但为了避免堆栈区与工作寄存区08H~1FH发生冲突，故初始化定义SP值为6FH。

（2）初始化定义TH1和TL1为00H,认为误差只来自于外部晶振。

实时时钟实现1秒精确定时的基本思想是9216=256×36 或=128×72 或=64×144
T1方式2定时时间设为(256×12÷11.0592)uS中断一次;
38H单元每(256×12÷11.0592)uS加1，计满36次得10mS=0.01S=1/100秒；
39H单元每10mS加1，计满50次得0.5秒,计满100次得1秒;
第5章局部程序设计说明
（各局部程序或各子模块程序功能原理论述：程序设计的思路与方案、程序原理说明，对少量特别且重要的程序代码可列举并详析）
5.1总初始化以及自检
功能描述
总初始化程序主要是在程序开始进入主流程时，设置定时器1中断服务子程序入口、中断对程序中用到的数据单元赋予初始值、开启定时中断、实现设备自检等。

该程序段只在程序开始时执行一遍。

程序设计思路
当家用空调温度控制器开机进入工作状态后，立即进入自检以及总初始化，确保各软硬件的完好性，以便进行正常工作。

程序原理说明
首先稍加延时(40mS)，以待各芯片均退出复位状态。

接着蜂鸣器响1S后关蜂鸣器，然后P1口输出全‘0',所驱动的L0～L7指示灯全亮1S后熄灭。

开中断总允许，初始化T1为定时方式2，T0为计数方式2。

让其没256Tm产生一次中断，以实现精确计时。

接着对数据单元赋予初始值
5.2主流程
5.2.1按键音模块
功能描述
使得按键按下时回馈短促的键音，以便判断是否按下按键
设计思路及方案
设置一个数据单元20H单元存放蜂鸣器是否响的数据，然后判断数据值。

全0为响，响过之后全置为1，全1为不响。

程序原理说明
20H单元存放蜂鸣器是否响的数据，全0为响，全1为不响。

判断是否为0，不为零就跳转出去并结束。

是0就让蜂鸣器响，直到LCALL CLOCK时停止响;实现了蜂鸣器响，就可以让20H置全1。

5.2.2单按键消抖模块
功能描述
检测按钮是否被压下，以便判断是否触发相应的动作，有消抖措施
设计思路及方案
对PB按钮进行扫描，将电平变化量读取采集，并利用滚动滤波法消除抖动，确保去除抖动造成的误动作，并利用采集到的电平变化量进行判断按钮操作，并判断是否触发相应的动作
程序原理说明
对PB按钮电平变化量进行扫描，按钮扫描用到的接口芯片是8255A （U5），由于在总初始化已经对U5进行初始化，已经定义B口为输入口，故首先DPTR只想B口，接着把PB0~PB7电平值存放到29H单元，进过滚动滤波法消除抖动之后，将新状态存入2EH，旧状态存入2FH。

滚动滤波法消除抖动单元为29H~2DH，只有在5个单元内容一致，才将扫描到的电平值送入新状态暂存单元。

设置新态和旧态就是为了方便检测按钮前后状态，判断是否有压下，以便判断是否触发相应的动作。

5.2.3 PB按键功能模块
程序功能描述：
该模块的作用在于空调开启后对工作模式，风速模式，设定温度，左右扫风、上下扫风、睡眠等进行修改
程序设计思路及原理描述：
按下PB0按键则可改变空调的工作模式，具体顺序为自动模式，制冷模式，通风模式，制热模式。

按下PB1按键则可依次改变风速模式，具体顺序为自动模式，高风速模式，中风速模式，低风速模式，循环而行。

按下PB2按键则对设定温度减小1度，在自动模式下则减小2度。

按下PB3按键则对设定温度增加1度，在自动模式下则增加2度。

按下PB5按键则可控制空调是否左右扫风，按下PB6按键则可控制空调是否上下扫风，按下PB6按键则可控制是否空调进行睡眠模式、
程序设计具体实现如下：
①对PB按键进行检测，若在消抖后有按键按下，则实现对应的功能。

②设置设定温度的初值并规定范围，在对应的各个模式下，对设定温度赋初值和规定范围
5.2.4基本界面拆字模块
功能描述
在基本进程10H时钟显示进程下，将实时钟数据送去显示缓存并显示
程序原理说明
二位数字转换为两个单独的数字，依次屏蔽高四位和低四位，对于低四位可以直接送入，高四位需经过SWAP语句转换过后便可送入。

拆字程序原理具体步骤如下：
①置显示缓冲单元首地址(对应于最右显示位)。

②取当前数据单元BCD码，依次保留该数据码的低4位和高4位，高四位经过SWAP命令处理，进而分别送入显示缓冲单元。

③利用循环，直到小时单元拆字结束为止。

5.2.5 4*4矩阵键盘模块
程序功能描述：
行列式键盘功能子模块用于实现对时间进行设置。

程序设计思路及原理描述：
通过对4*4矩阵键盘的按键判断，对实时钟的分或者时进行设置。

程序具体实现方法如下：
①设置按键按下后将当前时间送入时间修改单元，开始执行闪烁并准备设置时间。

②判断4*4矩阵键盘的键号，并将判断有效的键号送入修改单元，以实现对时间的设置，按下“取消键”则不修改时间，直接退出该程序，按下“确定
键”则完成对时间的设置。

“定时”按键用来对空调进行定时开关机，该按键按下后，显示界面进入定时模式，设置好定时时间后按下定时键。

再按一次返回键返回时钟显示界面，当到了设置时间时，如果是关机就会定时开机复位，如果是开机状态空调到设置时间就会自动关机。

5.2.6模式显示模块
程序功能描述：
模式显示子模块用于实现将空调的工作模式，风速模式，设定温度，室内温度这些信息显示在数码管上，是否切换显示由拨动开关SW1控制。

程序设计思路及原理描述：
模式显示子模块首先对SW1的转台进行判断，若判断符合，则显示空调的工作模式，风速模式，设定温度，室内温度这些信息。

若不符合，则自动跳过，数码管依然显示实时钟信息。

程序原理具体步骤如下：
①程序对SW1进行判断，若SW1拨上则显示空调的工作模式，风速模式，设定温度，室内温度这些信息。

拨下则总动跳过，数码管正常显示实时钟信息。

②若SW1拨上，则显示空调的工作模式，风速模式，设定温度，室内温度，具
体如下：
工作模式：“A”代表自动模式，“C”代表制冷模式，“F”代表通风模式，“H”代表制热模式。

风速模式：“A”代表自动模式，上划线“▔”代表高速模式，中划线“—”
代表中速模式，下划线“_”代表低速模式。

5.2.7显示更新驱动模块
功能描述：
显示更新驱动子模块主要实现在数码光上点亮什么数字的功能。

实验板上面的数码管为共阴极，所以只要对要点亮的段选赋1值即可。

程序思路及原理描述：
该程序将显示缓冲单元30H-37H的内容依次送到数码管上，使数码管依次显示对应的信息，以实现动态扫描。

程序原理具体步骤如下：
①置显示缓冲单元首地址，即要显示位的位码初值（从最右位起），选中此数码管显示有效，即从位码输出口（8255-B口）输出缓冲单元的内容。

②查表得相应字段码，让该字段码输出（8255-A口），为了防止发生窜显现象，在每个数码管显示完毕后，应把断码置为无效，再继续执行循环程序。

③在送入数据之后，要对数码管点亮进行一个一定间隔的延时程序，方便人眼观察到，实现依照次序让各位数码管显示过去的动态显示。

显示更新的查表方式是直接利用字段表与字段序号的关系，直接查表得到字断码。

5.2.8室内温度AD转换模块
程序功能描述：
室内温度AD转换子模块主要实现将利用温度感应器将室内温度这一模拟量转换为单片机可识别的数字量，将采集到的数字量除以4，得到对应的温度值，温度值范围为0-63℃。

程序设计思路及原理描述
通过A/D转换芯片ADC0809芯片转换，经过算术运算，得到室内温度。

程序原理具体步骤如下：
①AD转换出室内温度数据
②将此数据保存在室内温度单元中。

5.2.9 4*4矩阵键盘扫描模块
功能描述：
当开关SW1拨到时间显示模式时，键盘的按键才能使用，否则在工作模式时4*4矩阵键盘无效。

当按下4*4矩阵键盘上的任意一个按键，主流程执行到这个子程序时，将4*4矩阵键盘的按键号送入对应的存储单元，以供其他需要4*4矩阵键盘的子程序模块使用。

程序思路及原理描述：
4*4矩阵键盘扫描子程序采用反转法来扫描键盘，得到键盘的行列码，采用逐一比较的办法得到其行列码对应的键号值，采用滚存消抖处理消除键盘开关的电平抖动现象，具体步骤如下：
①根据原有实验板的硬件设施，先把8255的C口先初始化为高4位输出方式驱键行线、低4位输入方式驱键列线，键盘行线(高4位)输出驱动全'0'，输入键盘列线电平(低4位)存60H单元。

②C口改初始化为高4位输入驱键行线、低4位输出驱键列线，让键盘列线(低4位)输出驱动全'0'，输入键盘行线电平(高4位)在A中。

③保留列线电平值所在的低4位和行线电平值所在的高4位，将列线电平值、行线电平值组合成8位行列码于预先编排的单元中。

④查预先编排好的键码表，读取键码表中当前键号对应位置的键码，当采集到的键码与表中的键码相同时，表明查到了当前按下的键号，否则键号存储单元的值为61H，表明查完十六个键码值无一形成对应关系，即键盘无按下或则是同时有多个按键同时按下。

键盘消抖是用延时原理即待开关电平稳定时才存入新扫描的键号。

通过原理分析可知，只要改变键码在键码表中的位置，就可以人为的改变按键的键号值，达到自定义键号的目的。

键盘的接线是其行线和列线分别接8255C口的高四位与低四位。

5.2.10整点报时模块
程序功能描述：
整点报时，让蜂鸣器响1秒钟
程序设计思路及原理描述
通过CJNE指令判断分钟是否为00，不是退出子程序，是的话继续判断秒钟是否为00，如果秒钟也为零，说明到了整点就让蜂鸣器响直到秒钟单元变为1秒，这时刚好达到1S（即蜂鸣器响1S时间关闭）。

5.2.11空调进程判断及显示模块
程序功能描述：
该模块的功能作用在对空调在自动工作模式下的进程进行判断，和制冷制热是否需要通风进行判断，判断后通过LED灯显示相关风机工作状态显示工作进程。

程序设计思路及原理描述
通过多重判断语句CJNE对当前实际温度和设定温度以及工作模式进行比较处理，判断得到当前工作进程。

程序原理具体步骤如下：
①判断当前是否是自动工作模式，是则进行自动模式下的判断。

②不是则判断是否是自动风速模式，然后对自动风速模式进行相关判断
③然后对制冷制热模式进行室温和设定温度的比较。

④最后对得出的进程通过LED灯显示出来对应器件是否工作。

5.2.12三分钟压缩机保护模块
程序功能描述：
该模块的功能作用在为了保护压缩机在关闭后不会立即开启造成不必要的损坏。

压缩机三分钟自动保护定时方法: ①定时中断，0.01S次数；②计主流程次数我采取计主流程次数180*100次，总时间180*100*0.01S=3分钟。

程序设计思路及方案
在输出驱动模块中输出前对压缩机驱动位进行判断，可保存压缩机驱动位的前态，当现态是停机时即不断对停机计时单元计时，计满三分钟则将压缩机可工。