Rozhraní docházkových a vstupních systémů jsou dnes poměrně dobře standardizována, včetně protokolů komunikace. Moderní systémy používají většinou počítačovou síť Ethernet, u jednodušších čteček bývá  sériové rozhraní RS-232 nebo RS-485. Řada produktů má dokonce více rozhraní a mezi nimi často najdeme Wiegand. Hned v úvodu je nutné uvést, že označení Wiegand zahrnuje celou řadu technologií:

• rozhraní čtečka/karta,
• rozhraní čtečka/kontrolér,
• magnetické vstupní karty,
• komunikační sběrnici a protokoly
• elektromagnetický jev.

Takový rozptyl informací si říká o vysvětlení.

Vše začalo u swipe card

Historie v tomto případě nabízí stejný obraz, jako u dalších informačních technologií z osmdesátých let minulého století. Na počátku stál objev amerického fyzika Johna R. Wieganda, který dokázal slitinu kobaltu, železa a vanadia vybavit programovatelnou magnetickou pamětí. Wiegandův jev, drát a senzor jsou mimochodem dodnes základním stavebním kamenem řady měřících přístrojů. Tento magnetický materiál se v osmdesátých letech dvacátého století stal základem populárních karet vstupních systémů. Drátky, zalisované vedle sebe v plastickém proužku, umožňovaly zakódovat stručnou autorizační informaci a jednoduchou čtečkou ji při protažení karty přečíst.
To vše se používalo v době, kdy procesory i mikrokontroléry byly relativně drahé. Není proto nic divného, že konstruktéři centrálně řízených vstupních systémů hledali způsob, jak informaci ze čtečky dopravit analogovým způsobem do centrálního počítače s co nejméně logickými jednotkami na cestě. Volba padla na třívodičový rozvodný systém, kde dva vodiče se společnou zemí emulovaly logickou jedničku a nulu změnou napětí 0/+5V. Masově rozšířené karty nazýval kancelářský lid „swipe card“, podle klasického protažení čtečkou. Odborníci kartám i čtečkám říkali podle objevitele použitých magnetů Johna R.Wieganda. Odtud se název Wiegand přenesl na celý přenosový systém, i na protokol přenosu. Zatímco drátkové karty byly vytlačeny kartami s magnetickým proužkem, fyzická sběrnice přežila desetiletí proto, že je jednoduchá na instalaci i na provoz.

Obr. 1 Wiegand karta - Jade Learning

Z obrázku karty je patrné, proč nepřežila konec minulého století. Původní standard, který zahrnoval kartu, čtečku, sběrnici i protokol, počítal s 26 bity informace, z toho 16 bity uživatelské informace. Výsledné číslo 65535 by dnes v mnoha případech nestačilo ani na pořadová čísla držitelů karet s přístupem do objektu. Mimochodem, samotná karta ve velikosti standardní kreditky (ISO/IEC 7810) má fyzický limit 37 bitů, což je dáno minimálním odstupem magnetických proužků(drátků) při zachování 100% spolehlivosti.

Sběrnice a protokol

Rozvodný systém Wiegand 2+GND využívá k signalizaci spínání napětí (nejčastěji +5V) na každém vodiči DATA0 a DATA1. V klidovém stavu mají oba vodiče připojeno stejné napětí. Vyslání logické nuly probíhá odpojením napětí z vodiče DATA0, přičemž na vodiči DATA1 zůstává napětí stále. Logickou jedničku signalizuje snížení napětí na vodiči DATA1. Na DATA0 mezitím zůstává plné napětí. Pro číslo je vyhrazen čas 50 mikrosekund, mezera trvá 1-2 milisekundy. Již zde najdeme řadu rozdílů ve specifikacích, protože uvedené 1-2 milisekundy mohou být mezerou mezi pulzy vysílaného bitu, ale také mezerou mezi začátky pulzu.

Typický datový vzorek - liobaashlyritchie.blogspot.cz

Jak vyplývá z principu datového přenosu, vodiče DATA0 a DATA1 lze použít pouze pro jednosměrný přenos dat mezi dvěma body.
Signalizace napětím spolu s časováním poskytuje dostatečnou spolehlivost při vzdálenostech do cca 150 metrů. Dva vodiče a zem jsou vyhrazeny pouze pro datový přenos. Vzhledem k potřebě napájení, signalizace LED diodami a ovládání různých tlačítek mohou být kabeláže zapojeny s celkově šesti, osmi nebo deseti vodiči. Nejčastější variantou bývá šestivodičový systém, kde vedle napájení, země, vodičů DATA0 a DATA1 mají vodič signalizační světlo a bzučák.

Standardní protokol Wiegand vychází přímo z fyzické vrstvy komunikace. Celkový počet 26 bitů zahrnuje dva kontrolní bity, 8 bitů pro označení objektu (facility nebo site code) a 16 bitů pro ID kód karty.

Ukázka standardní sekvence 26bitů (hidglobal.com)

Jednoduchá bitová sekvence poskytuje jen minimální prostor pro ověřování nebo šifrování kódů karet, které se tak spolu se sběrnicí stávají snadno napadnutelnými. Proto z původního standardu Wiegand vznikla celá řada proprietárních variant, využívajících 30,32,34, 37, 40 nebo 42 bitů. Samotné označení Wiegand, spolu s počtem bitů tak označuje pouze technologii. Zatímco Wiegand 26 označoval převážně standardní protokol, u označení Wiegand 34 již bylo známo více než 100 různých 34 bitových formátů. Ty se totiž mohou lišit délkou bitových sekvencí, ale také jejich pozicí v řetězci, například:

• ID kód má délku 12 bitů a začíná na 16 bitu
• ID kód má délku 8 bitů a začíná na 20 bitu

Zbývající bity využívají různí výrobci k přenosu dalších informací. Sekvence ID i facility proto může být rozdělena do řady bitových slov s různou délkou a významem.

Ukázka sekvence 36 a 34bitů (hidglobal.com)

O funkčnosti systému rozhoduje kompatibilita čtečky a centrální jednotky. Vzhledem k tomu, že data z dnešních magnetických nebo RFID karet jsou vždy zpracovávána procesorem, z původní technologie Wiegand tak zůstává využito pouze zapojení a princip přenosu. Desítky produktů pro oblast facility managementu a přístupových systémů je možné softwarově nastavit podle délky bitového řetězce i podle významu celé sekvence. O možnosti propojení tak rozhoduje pružnost software a vzájemná otevřenost firem.
Při výběru technologie od více dodavatelů je tak nutné jasně specifikovat požadavek na kompatibilitu a sledovat dokumentaci výrobců.