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摘要 Wiegand26是广泛应用于非接触IC卡读写控制的一个协议。基于Wiegand26协议，将门禁和考勤系统两者结合在一起，开发完成一套非接触式IC卡门禁考勤系统。该系统利用下位机采集数据，借助通信网络，将数据发送到上位机，完成数据的统计分析及报表的生成。
关键词 非接触式IC卡，Wiegand26协议，门禁考勤系统
非接触式 IC卡又称射频卡，是世界上最近几年发展起来的一项新技术，它成功的将射频识别技术和IC卡技术结合起来，结束了无源(卡中无源)和免接触这一难题，是电子器件领域的一大突破。据测算，完成一次读操作仅需0.1秒，通过调整读卡机线圈的大小，可完成从几厘米到20米作用距离的有效读卡，真正实现了IC卡的方便、快捷使用，具有广泛的应用前景，可应用于各行各业，例如军事领域的安全部门、保密单位等，所以非接触式IC的开发和研究成为智能卡应用领域的热门。
1 Wiegand26 协议
Wiegand26协议是由美国工业安全委员会 SIA (Security Industry Association)的隶属组织 访问控制标准子委员会制定的一个关于存取控制的标准协议 。它是一个关于非接触式 IC卡读写器接口和输出的协议。
协议中定义了经常应用于控制访问、安全和其他相关工业领域中读卡器和控制器之间的接口。这个标准的规范使得读卡器的设计者和控制器的生厂商们的工作得以标准化。
Wiegand26是一个单向的协议(从读卡器到控制器),它有两个数据信号：Data0 和 Data1。逻辑0表示Data0上的负脉冲，逻辑1表示Data1上的负脉冲。当兼容Wiegand26协议的读卡器上无数据输出时，Data0和Data1上都维持高电平（ +5V表示高电平）；有信号脉冲时,在脉冲宽度时间范围内，电平降低为0.7V。 Data0和Data1上的脉冲不会重叠也不会同时产生。
符合 Wiegand26协议标准的读卡器读取非接触式IC卡，在Data0 和 Data1上一共会产生26个低电平脉冲，脉冲时间间隔为1ms，脉冲宽度为100 μ s。 Wiegand26 协议的时序如图 1 所示。
Tpi ： 脉冲间隔 (Pulse Interval Time)1ms
Tpw ：脉冲宽度 (Pulse Width Time)100μs
2 Wiegand26协议输出数据格式
Wiegand26 协议的输出数据格式如下所示：
1 2 9 10 25 26
|
EP |
FC |
CC |
OP |
Wiegand26协议的各个数据位说明如下：
（ 1）第1位：偶校验EP位。它对第2位—第13位进行偶校验，如果2—13位的1的个数为偶数，EP位为0，否则为1。
（ 2）第2—第9共8位为FC位，它表示的为设备号，范围为0—255，其中最重要的为第2位。
（ 3）第10—第25共16位为CC位，它表示的为读卡器从非接触式IC卡中读取的卡号，范围为0—65535，其中最重要的为第10位。
（ 4）第26位：奇校验OP位。它对第14位—第25位进行奇校验，如果14—25位的1的个数为奇数，EP位为1，否则为0。
3 Wiegand26非接触式IC卡门禁考勤系统
3.1总体结构
传统的门禁系统和考勤系统是相互独立的，两者在软硬件方面没有任何的联系。对于应用这两个系统的单位来说，造成了投入上的浪费，管理上的难度增大。对于开发这两个系统的单位来说，造成了开发上难度的增大，成本的提高。针对上述情况，根据 Wiegand26协议，利用非接触式IC卡的先进技术，将门禁和考勤两者结合到一起，开发完成了一套非接触式IC卡门禁考勤系统。整个系统利用下位机采集数据，借助通信网络，将数据发送到处理和计算能力强大的上位机，完成数据的统计分析、报表的生成。整个网络体协结构如图2所示。
图 2 门禁考勤管理系统的网络体系结构图
整个系统中，每个门禁考勤机设置一个固定的硬件地址编码 ,即门禁考勤机的设备号，来唯一识别每个门禁考勤机。门禁考勤机不主动向PC机发送数据，也就是各个门禁考勤机都处于独立脱机工作。门禁考勤机都等待PC机的通信请求。PC机需要与门禁考勤机通信时，首先发送一个通信请求。这样处在RS485总线上的所有门禁考勤机都接收到这个请求。这显然不满足要求。所以PC机在发送通信请求时，必须发送一个设备号来表示想要和哪一个门禁考勤机进行通信。门禁考勤机接收到通信请求时，首先判断设备号是否与自身相符，如果相符则开始和PC机通信。如果不符，则不做任何处理。为了维护系统的稳定，一般通信过程是在门禁考勤机处于空闲的时间段进行的。
3.2硬件设计
在硬件设计方面，采用模块化设计思路。整个系统分为 6 大模块，如图 3 所示。最基本的为读卡器控制模块，然后为显示模块、存储模块、通信模块、时钟模块、地址模块等。
图 3 硬件模块构成
显示模块采用液晶显示，在无用户刷卡时，实时的显示时间；有刷卡时，显示用户的卡号和刷卡那一刻的时间，并做 3 秒钟左右的停留，以供用户监督。
存储模块主要的功能是保存刷卡时的数据，采用 32K 的 RAM ，可以存储 4000 条用户记录，完全能够满足一个门禁考勤机的需要。
时钟模块是为了向整个硬件部分提供一个准确的可靠的实时时间，以供系统的需要。系统采用 MAXIM 公司的 DS1643 ， DS1643 中提供的实时时间日期数据包括年、月、日、星期、时、分、秒都是以 24 小时制的形式表示，以 BCD 码的格式存储，能表示的最大年份为 2100 ，足够满足系统的需要。
系统中 一台上位机要实现对多台下位机的远程控制，有的上位机与下位机之间的距离远远超过 15m ，所以 RS-232 总线难以达到要求，所以通信模块采用 RS-485 总线技术。
由于整个系统采用分布式的网络结构，广播式通信。上位机要从下位机读取数据时，向网络上每个节点，也就是每个下位机都发一条包含它想要建立通信的下位机地址的消息，网络上每个下位机都能接收消息，然后与自己的地址对比，相同则建立通信，不同则丢弃。这就要求网络上的每个下位机都必须有唯一的区别于其他任何下位机的地址，地址模块在实现时采用 DIP拨码开关 给下位机进行编码。
3.3读卡器与8051单片机的接口设计
整个硬件部分中，读卡器模块是核心，其他模块都是为其服务的。根据 Wiegand26协议生产的感应卡读卡器,它的输出是标准的26 bits Wiegand格式，并且它有两个数据输出端DATA0 和 DATA1。根据 Wiegand26协议，DATA0 和DATA1 上产生脉冲时，为低电平。8051的两个外部中断INTO 和INT1 也是低电平产生中断，所以将读卡器的两个数据输出端DATAO 和 DATA1 直接和8051的INT0 和INT1 相连。读卡器与8051单片机的连接如图4所示。
图 4 读卡器与8051的接口
4 结束语
该系统有效的将门禁系统与考勤系统结合起来，降低了成本。门禁 考勤机设置的液晶显示屏输出的日期、时间及读卡信息，字样精确方便，显示清晰。门禁考勤机可以脱机独立运行，也可通过 RS485 或更高的网络与微机联接，从而实现快捷的网络控制。