Немного о Wiegand протоколе
Протокол wiegand26 появился в 80х годах как промышленный стандарт для систем контроля доступа - трехпроводная линия соединяет считыватель магнитных карт с платой контроллера, который обеспечивает хранение и контроль номеров карт.
В настоящее время магнитные карты практически вытеснены бесконтактными картами RFID, а протокол wiegand 26 был расширен и дополнен, но активно используется до сих пор как стандарт в большинстве охранных систем.
Wiegand протокол - физический уровень
Для передачи данных используются два провода - D0 / D1 и один для объединения земли ридера и контроллера. С учетом линии питания, минимально для подключения считывателя необходимо 4 жилы. Остальные 3-4 используются для управления дополнительными функциями считывателя.
В состоянии покоя, линии D0и D1 имеют высокий уровень (+5V) или неопределенный в расчете на подтяжку на стороне контроллера. Для передачи бита данных, считыватель притягивает одну из линий к земле на 50мкс, отпускает на 2мс и передает следующий бит притягивая соответствующую линию на 50мкс и снова пауза в 2мс. Если пауза между передачами больше 2мс, значит передача данных завершена.
Состояние бита 0 или 1 определяется по тому, какая линия D0 или D1 была притянута к земле в момент передачи бита. Линия D0 отвечает за нули, линия D1 за единицы.
Для наглядности приложу картинку
Однако, следует учитывать, что у разных производителей ширина импульсов и пауз между ними может отличаться очень сильно. Импульсы от 20 до 200 мкс и паузы от 200 до 3000мкс.
Если быть точнее, то стоит говорить не про промежутки (паузы), а про длину посылки одного бита, впрочем, это видно на графике, т.к. время считается от начала посылки одного бита, до начала посылки второго и включает в себя сам бит.
Wiegand протокол - логический уровень
На логическом уровне протокол wiegand26 состоит из 26 бит данных, внутри которых хранятся 2 номера - facility code и card number.
Facility code – нормер объекта или зоны
Card number – номер карточки доступа.
Первый бит используется для контроля первой половины данных (b1-b13) - если количество единиц в первой половине посылки нечетное, бит = 1
Следующие 8 бит (b2 – b9) - facility code (старший бит впереди)
Затем идут 16 бит (b14-b25) с номером карты (старший бит впереди)
Последний бит в посылке отвечает за контроль второй половины собранных данных (b14-b26) - если количество единиц во второй половине посылки четное, то бит =0
Более поздние версии wiegand протокола
В последнее время идет медленное вытеснение wiegand 26 расширенным вариантом протокола, где под коды выделяется не 26, а 32-40 бит + биты проверки четности. Общее количество бит в посылке, как и в случае с wiegand26, определяется по цифрам в названии протокола (wiegand33-wiegand42).
Существует так же огромное количество других разновидностей протокола с разными названиями и разным количеством бит, но по сути они все похожи и всё, что нужно выяснить это длину первой и второй части кода, а так же наличие битов четности.
Клавиатуры с wiegand
Некоторые считыватели совмещаются с клавиатурами и тогда контроллер охранной системы проверят карту и пин код набранный на клавиатуре. Чаще всего, пин код передается по одной цифре, длина посылки в таком случае всего 4 бита без битов четности. Но у разных производителей могут быть разные форматы. На практике мне несколько раз приходилось связываться с производителем и выяснять совместимы ли их системы со стандартом и часто ответ был «да, совместимо, но только в части карточек, для кода свой формат, мы его не разглашаем». Но имея анализатор сигналов, можно легко разобраться что и как передается, т.к. общий принцип остается неизменным. Ниже я приведу пример чтения wiegand26 для attiny2313 , который можно легко переделать в такой анализатор.
Номера зашитые в карточку
Формат Wiegand26, как уже было описано выше, содержит всего 2 кода - facility code и card number.
Facility code – это код здания или фирмы.
Card number - номер карточки.
Изначально предполагалось, следующая логика:
фирма 1 имеет карточки с facility кодом 1 и соответственно до 65535 карточек с уникальными номерами. Фирма 2 имеет карточки с facility кодом 2 и до 65535 карточек с теми же номерами что и у фирмы 1, но с другим facility кодом. Система контроля доступа проверяет facility код, если он совпадет с кодом принятым в этой фирме, проверяется номер карточки и если карточка есть в базе системы, дверь открывается. Если facility code не совпадает с принятым на данном объекте, система отказывает без проверки номера карты.
В большинстве современных систем, facility код частично утратил свой смысл и внутри объекта используются карты с любыми facility кодами, но общий принцип проверки остается похожим - сначала проверка короткого кода, затем проверка основного номера.
В более новых форматах длина facility кода увеличена в 2 раза - до 2х байт и номер карты увеличен в несколько раз. В отличии от некоторых других систем, коды на картах не являются уникальными и могут повторяться в разных партиях или у разных производителей. Только достаточная длина кода защищает от совпадения номеров карт.
Так же в расширенных форматах, может содержаться большое количество дополнительной информации, часто доступной для перезаписи, в которой может храниться либо информация о сотруднике (Ф,И,О, должность и тп), либо уникальные, записанные системой данные или уникальный неизменяемый код, которого нет в основной части протокола.
Мне не известно как точно работают расширенные форматы и как происходит их чтение. Желающим изучить работу системы подробнее, советую отправиться на сайт производителя таких систем или в google . Ключевые слова - Mifare, HID, RFID.
Карточки и частоты
В системах контроля доступа в основном используются 2 типа карточек - 125КГц и 13,5Мгц.
125КГц - наиболее распространенный формат, используется в основной массе считывателей, 13,5МГц более новый и чуть менее распространенный, но для для общения контроллера со считывателем эта информация не имеет значения, т.к. на стороне контроллера считыватель будет работать одинаково. Некоторые считыватели поддерживают обе частоты.
Карточки обоих форматов делятся на 2 типа - карточки доступные только для чтения и карточки с перезаписываемой памятью. В первом случае оба кода записаны при производстве карт и не меняются, во втором - номера можно менять при необходимости, например, при переводе сотрудника в другое здание, с другим facility кодом.
Обычно карты всех форматов несут общую стандартную часть в 26 бит, всё остальное читается по отдельному запросу системы, после чтения основной части.
Подключение RFID считывателя к attiny2313
Для экспериментов с RFID считывателем я накидал небольшую схему
Attiny2313 + стандартная обвязка - кварц 8 мгц, 2 конденсатора от кварца к земле, резистор от ресета к питанию, разъем программирования, разъем для связи с компом (через FT232 или MAX232). В дополнение 78l05 для питания контроллера.
Из обвязки необходимой для тестов считывателя только разъем для подключения самого считывателя (слева снизу), реле для замка, 2 джампера для выбора режима работы (ADD/DEL) схемы и для полноты картины я добавил ещё пару входов для геркона (МК) и для кнопки которая ставится с обратной стороны двери (REX).
На клеммы BEEP, RED и GREEN заводятся 3 оставшихся провода от считывателя, отвечающие за бипер, красный лед и зеленый лед соответственно. Управляются они нулем (PORTB.6=0 включит зеленый светодиод на считывателе).
Плата номер 1
Маленькая платка, которая поместится в небольшую пластиковую распредку.
Плата номер 2
Эта платка, более удобна как законченное устройство - все разъемы находятся на одной стороне и не нужно тянуть лишние проводники через плату. Как законченное устройство идущее в серию такой вариант будет предпочтительнее (оцениваю как профессиональный монтажник таких систем).
Однако на плате из защиты только конденсаторы на MK и REX входах, на питании. Строить полноценную систему на такой плате я бы не стал.
Так же на эту плату я добавил джампер для отключения реле - это может пригодиться, если используется только выведенный на клемник сигнал открытия двери (PD5). И ещё светодиод на питании - очень удобно в реальных условиях.
Вот так это выглядит в собранном виде
А вот плата с подключенным считывателем и омметром вместо замка на выходе реле.
Пример чтения wiegand26 для attiny2313
Замок на бесконтактных карточках.
Замок просто читает код с карты и проверяет есть ли такой в базе, если есть - открывает дверь.
Общий алгоритм:
1. Отловить и записать изменения на входах D0 и D1
2. Обработать полученные данные и выделить 2 кода
3. Произвести поиск по базе и при нахождении кода в базе включить реле на некоторое время
4. Очистить память от собранных данных и перейти к пункту 1.
Char dat; // массив для сбора 26 бит данных
unsigned char fcode; // для facility code (0..255)
unsigned int code; // для card number (0..65535)
while(){
if(PIND.3==0){ // считыватель притянул D1 к земле
dat[i]=1; // это D1, значит бит = 1
i++;
while(PIND.3==0){};
}
if(PIND.4==0){// считыватель притянул D0 к земле
dat[i]=0; // это D0, значит бит = 0
i++;
while(PIND.4==0){}; //ждем пока линия вернется в исходное состояние
}
if(i==27) { //если i=27, значит 26 бит собрано и больше данных быть не должно
//теперь обработаем полученные данные
b=0;
for(a=9;a>1;a--){ //пробегаем через первые 8 бит в обратном порядке
if(dat[a]==1) fcode=fcode+stepen(b); //если соответствующий бит =1,
//прибавляем к коду степерь числа 2
//равную порядковому номеру бита
//(2^0 , 2^1 , 2^2 и тд)
b++; // увеличиваем порядковый номер бита с каждым шагом
}
b=0; // сбросить счетчик шагов
for(a=25;a>9;a--){//то же самое для второй части посылки - 16 бит номера
if(dat[a]==1) code=code+stepen(b);
b++;
}
}
//Если всё прошло успешно, на этом этапе у нас есть
//facility code - в переменной fcode
//card number – в переменной code
//теперь нужно произвести поиск по базе
//номера лежат в 2 массивах в eeprom
//unsigned char fcode; для facility code
//unsigned int code; для card number
//MAX – константа задана в начале проекта, задает размер памяти
// для attiny2313 это 40 кодов, больше не влезет
for(i=0;i
В данном примере я проигнорировал все тайминги - не важно какой длины импульс, программа просто подвисает пока он не кончится. Не важно какие промежутки, главное успеть отследить начало следующего бита. Не важно сколько прошло времени после последнего бита - как только соберем 26, будем знать что конец и начнем обрабатывать данные.
Да, в таком варианте возможны проблемы - если будет сбой (наводка) и придет не 26 бит а меньше или больше система не узнает этого. Но это не столь важно - как только система доберет свои недостающие биты, она проведет проверки и сбросится к исходному состоянию. Таким образом будет пропущено не более 2х карт и не понадобится вмешательство. Для примера или бытового применения этого достаточно. А перед тем как пускать такой прибор в серию, стоит тщательно всё изучить и написать свой, более универсальный и правильный алгоритм.
Что ещё следует учесть при программировании системы
В данном примере, как и в большинстве известных мне систем, не производится проверка четности. Если карта прочитана не верно, считыватель отреагирует на неё как на неправильную карточку.
Но в таком варианте есть вероятность, что неправильно прочитанный код с чужой карты совпадет случайно с одним из правильных кодов. Это маловероятно, но возможно. Однако, такой проверкой пренебрегают так же многие известные производители охранного оборудования.
При программировании системы настоятельно рекомендую забить память полностью случайными данными или для каждой ячейки выставить флаг «ячейка пуста» и игнорировать такие ячейки при поиске. В более сложном варианте можно проходить по базе ровно столько шагов, сколько забито карт и при удалении проводить пересортировку с удалением пустот. Зачем это нужно? В любительских системах часто встречается одна беда - плохо написанная программа пробегает поиском по пустым ячейкам в которых все байты забиты нулями или FF. Для взлома такой системы достаточно эмулятора или карты у которой вписан код 00 или FF соответственно - такой код совпадет с пустой ячейкой и дверь будет открыта.
Достаточно часто требуется подключить биометрические считыватели к какой-либо стандартной системе контроля доступа, охранно-пожарной сигнализации и другим. Оборудование Anviz поддерживает простой способ подключения и настройки к стандартным системам по протоколу Wiegand.
Поддерживаемые форматы Wiegand
Биометрические терминалы Anviz, имеющие Wiegand выход, могут по факту распознавания человека по биометрическим параметрам выдавать на Wiegand выход код пользователя. Код пользователя может выдаваться в следующих форматах:
Card Number (код карты)
В этом режиме после идентификации пользователя, если у него есть право прохода, в контрроллер системы (СКУД), к которой мы хотим подключить биометрические считыватели передается код карты пользователя, сохраненной в базе данных терминала Anviz.
Таким образом, пользователь может в соответствии с выставленными правами проходить по всей системе по своей карте и по пальцу. При этом в отчеты основной системы будет попадать один и тот же код карты пользователя независимо от того, использован ли обычный или биометрический считыватель.
Оборудование Anviz поддерживает по умолчанию только протокол Wiegand 26.
Anviz Wiegand (код Anviz)
При использовании данного режима, после идентификации пользователя биометрический терминал Anviz передает по протоколу Wiegand фиксированный, неизвестный код.
Данный режим используется для организации безопасного открывания дверей, являющихся внешними для офиса. Например, можно использовать контроллер SC-011 , располагающийся внутри помещения для работы в таком режиме. При этом нельзя будет воспользоваться реле управления замком, находящемся внутри терминала, для получения доступа в помещение.
Fixed wiegand area code
Данный режим отвечает за передачу по протоколу Wiegand только части кода Wiegand, а именно передается код устройства в виде первых 8ми бит Wiegand кода, используемого обычно в качестве кода помещения, или кода точки прохода для систем с организацией доступа в соответствии с типами используемых устройств.
Wiegand26
В данном режиме Anviz передает по протоколу Wiegand комбинацию код устройства + код пользователя. Данный режим можно использовать в системах, в которых вообще не предусматривается использование карт. При этом, так как код устройства используется редко, при подключении оборудования Анвиз в таком режиме, к другой системе необходимо настроить одинаковые коды устройств.
Подключение устройств Anviz
Для подключения биометрического оборудования Anviz к стандартным системам СКУД, учета рабочего времени, к приборам охранно-пожарной сигнлазиации, обхода периметра и другим, необходимо сделать следующее:
Подключить протокол Wiegand
При подключении необходимо последовательно подключить выходы Anviz: wOut0, wOut1 и GND к соответственно клеммам wIn0, wIn1, GND входного интерфейса протокола Wiegand системы, к которой мы подключаемся.
Настроить программное обеспечение
Необходимо в программе подключения устройтсв Anviz (поставляется бесплатно с оборудованием Anviz), настроить тип Wiegand выхода в соответствии с выбранным режим, см рисунок ниже.
Wiegand - простой проводной интерфейс связи между устройством чтения идентификатора (карточки) и контроллером, широко применяемый в системах контроля доступа (СКУД).
Предназначен для передачи уникального кода карты или pin-кода с клавиатуры в контроллер СКУД .
Интерфейс не имеет официального стандарта. Конкретные реализации интерфейса в железе исходят из общей изначальной идеи и практической совместимости с существующим оборудованием.
История
Изначально интерфейс применялся в считывателях магнитных карт и был максимально оптимизирован под простейшие считыватели. В сущности это был простой выход усилителя чтения. Из-за распространенности магнитных карт этот интерфейс стал стандартным де-факто. Позже магнитные карты были вытеснены бесконтактными картами (RFID) однако интерфейс был сохранен неизменным в целях совместимости оборудования.
Разновидности
Существует несколько разновидностей интерфейса Wiegand, различающихся цифрами в названии интерфейса. Эта цифра в названии обозначает количество бит в посылке.
Наиболее распространенные считыватели и контроллеры СКУД поддерживают следующие варианты Wiegand:
- Wiegand-26. Самый распространенный. Состоит из 24 бит кода и 2 бит контроля на четность.
- Wiegand-33. Состоит из 32 бит кода и 1 бита контроля на четность.
- Wiegand-34. Состоит из 32 бит кода и 2 бит контроля на четность.
- Wiegand-37. Состоит из 35 бит кода и 2 бит контроля на четность.
- Wiegand-40. Состоит из 40 бит кода, контроля на четность нет.
- Wiegand-42. Состоит из 40 бит кода и 2 бит контроля на четность.
Существуют разновидности считывателей с длиной Wiegand до 128 бит. На самом деле количество бит в формате Wiegand может быть практически любым разумным. Когда встречаешь новую цифру в названии остается неясным только наличие контрольных битов четности и методика их расчета.
Существуют и некоторые другие названия для аналогичных интерфейсов. Распространен, например, интерфейс KSF который является фактически Wiegand-32.
Электрическое подключение
Для связи между считывателем и контроллером СКУД используется трехпроводная шина - два провода сигнальных, один земля. На рисунке приведена классическая схема подключения, из нее очевидны и электрические параметры интерфейса.
Максимальная длина линии связи сильно зависит от грамотного выбора кабеля (основные критерии - низкая погонная емкость, низкое омическое сопротивление) и грамотного построения схемы развязки питания считывателя и контроллера. Обычные значения, приводимые поставщиками оборудования - до 150…250 метров.
Формат данных
Передача данных
Передача ведется короткими импульсами. Наличие импульса в линии «Data0» означает что был передан лог.0, наличие импульса в линии «Data1» означает что был передан лог.1. Ширина импульсов и их период сильно варьируется в зависимости от изготовителя считывателя. Ширина импульсов обычно в диапазоне 20…200 мкс. Период следования импульсов - 300…3000 мкс.
Связь односторонняя, в момент обнаружения карты происходит однократная передача кадра с кодом карты от считывателя к контроллеру СКУД . Передача идет старшим битом кода вперед.
Разделение кадров осуществляется по таймауту. Реально минимальное время между кадрами 0,5 сек., рекомендуемый таймаут для контроллера СКУД - 50…250мс.
Контроль на четность
Если имеется контроль по четности, то к битам кода карты добавляются два бита - один перед кодом, другой после. Соответственно весь код карты делится ровно посередине на две части. Четность старшей половины кода контролируется первым битом, младшей - последним. Если количество бит в коде нечетное, то центральный бит кода входит в оба контроля четности.
Первый бит четности (старшей половины кода) ставится в 1 если количество единиц в его половине кода нечетное. Последний бит четности (младшей половины кода) ставится в 1 если количество единиц в его половине кода четное.
Надо заметить, что встречаются считыватели не подчиняющиеся этому правилу контроля четности. Поэтому реально большинство универсальных контроллеров СКУД просто игнорируют контроль на четность. Кроме того, некоторые форматы бесконтактных карт несут информацию о количестве бит кода и четности прямо на карте, соответственно считыватель не может никоим образом влиять на реальный выходной формат данных. Таков, например, формат HID ProxPass, Indala ASP и др.
Wiegand и клавиатуры для ввода pin кода
Некоторые СКУД имеют возможность двойного удостоверения личности: поднесением карты и набором pin-кода на клавиатуре. Обычно при этом цифровая клавиатура вмонтирована в считыватель и набранный код передается также по интерфейсу Wiegand. Обычно передается каждая набранная цифра индивидуально с помощью Wiegand-4.
Деятельность нашего интернет магазина видеонаблюдения охватывает весь спектр оборудования систем безопасности и охраны, который включает в себя:
и многое другоеОсуществляя поставки по всей России, наша компания доставляет товар даже в самые отдаленные регионы страны. Мы стараемся удовлетворить самого требовательного клиента.
Специалисты "Актив-СБ" понимают специфику работы систем безопасности и видеонаблюдения не только в Москве, но и в удаленных регионах со сложными климатическими условиями. Наши сотрудники предложат вам наиболее приемлемые как по функционалу, так и по стоимости варианты, расскажут об их возможностях и обоснуют необходимость использования тех или иных технических систем.
Торговый дом систем безопасности Актив-СБ проводит сервисное и гарантийное обслуживание проданного оборудования, прием и проверку товара ненадлежащего качества, осуществляет обмен неисправного оборудования.
Нашими клиентами являются коммерческие организации и конечные потребители, монтажные компании и государственные предприятия. Более 50 000 зарегистрированных пользователей корпоративного сайта имеют доступ к постоянно обновляемой базе технической документации, сертификатам по современным системам безопасности, а так же участвуют в партнёрской программе и специальных акциях проводимых компанией.
Для удобства наших взаимоотношений с клиентами, мы сотрудничаем с монтажными организациями, которые готовы выполнить монтаж систем видеонаблюдения любой сложности и всегда придут к вам на помощь. Поэтому, при необходимости, вы можете не только приобрести у нас оборудование, но и, например, заказать установку систем видеонаблюдения или провести техническое обслуживание других систем безопасности.
Работа нашего гипермаркета систем безопасности основывается на принципах честности, открытости и порядочности. Мы с уверенностью смотрим в будущее, стремимся c каждым днем развиваться и совершенствоваться.
Wiegand - простой проводной интерфейс связи между устройством чтения идентификатора (карточки) и контроллером, широко применяемый в системах контроля доступа (СКУД) и охранных системах (ОС). Предназначен для передачи уникального кода идентификатора или pin-кода с клавиатуры в контроллер.
Существует несколько разновидностей интерфейса Wiegand, различающихся цифрами в названии интерфейса. Эта цифра в названии обозначает количество бит в посылке. Наиболее распространенны следующие варианты Wiegand:
- Wiegand-26. Самый распространенный. Состоит из 24 бит кода и 2 бит контроля на четность.
- Wiegand-33. Состоит из 32 бит кода и 1 бита контроля на четность.
- Wiegand-34. Состоит из 32 бит кода и 2 бит контроля на четность.
- Wiegand-37. Состоит из 35 бит кода и 2 бит контроля на четность.
- Wiegand-40. Состоит из 40 бит кода, контроля на четность нет.
- Wiegand-42. Состоит из 40 бит кода и 2 бит контроля на четность.
Существуют разновидности считывателей с длиной Wiegand до 128 бит. На самом деле количество бит в формате Wiegand может быть практически любым, в разумнымных пределах. Когда встречаешь новую цифру в названии остается неясным только наличие контрольных битов четности и методика их расчета.
Для связи между считывателем и контроллером СКУД используется трехпроводная шина - два провода сигнальных, один земля.
Рисунок 1
Связь односторонняя, в момент обнаружения карты происходит однократная передача кадра с кодом карты от считывателя к контроллеру СКУД. Передача идет вперед старшим битом кода.
Передача ведется короткими импульсами. Наличие импульса в линии «Data0» означает, что был передан логический 0, наличие импульса в линии «Data1» означает, что был передана логическая 1. Ширина импульсов и их период сильно варьируется в зависимости от изготовителя считывателя. Стандарт допускает ширину импульсов в диапазоне 20…200 мкс., а период следования импульсов – 300…3000 мкс.
Если используется контроль четности, то к коду карты добавляется два бита. Один в начале кода, второй в конце. Весь код делится на две части. Первым битом контролируется старшая часть кода, последним – младшая. В случае, если код имеет нечетное количество битов, то центральный бит входит в обе контролируемые группы. Первый бит четности (старшей половины кода) ставится в единицу, если количество единиц в его половине кода нечетное . Последний бит четности (младшей половины кода) ставится в единицу, если количество единиц в его половине кода четно .
Так как Wiegand-26 имеет самое большое распространение его и рассмотри на конкретном примере. Имеем: считыватель прокси-карты подключенный к контроллеру СКУД, логический анализатор (для просмотра пересылаемого пакета данных) и, конечно же, саму карту с номером 105 51238. Этот номер зачастую производители пишут на самой карте, как показано на рисунке 2.
Рисунок 2
Итак, смотрим логическим анализатором, какие данные передаются в контроллер считывателем.
Рисунок 3
В текстовом виде это выглядит так: 0 01101001 11001000 00100110 1. Первый и последний биты – это биты контроля четности, который мы разобрали ранее. Теперь у нас остались 24 символа, то есть 3 байта: 01101001 11001000 00100110.
Исторически сложилось так, что для экономии внутренней памяти контроллеров СКУД производители делили код на две не равные части. Младшая часть, как правило, состоящая из 16 бит – это и есть номер карты и оставшаяся часть – серия. То есть на одном предприятии использовались карты одной серии, и памяти контроллера сохранялся только номер карты, этим и достигалась экономия памяти. В наше время актуальность такого деления/экономии уже утратила силу.
Первый байт (серия) 01101001 в десятичной системе равен 105, оставшиеся два 11001000 00100110 (номер) – 51238. То есть наша карта имеет серию 105 и номер 51238, или просто 105 51238. Что мы и видим на рисунке 2.