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Wiegand für Dummies

Vor kurzem rief mich unser CEO, David Carta, in sein Büro und fragte: „Mark, was ist Wiegand?“ Er schulte einen neuen Mitarbeiter von Telaeris mit XPressFreedom, unserem Wiegand-zu-Ethernet-Konverter, mit dem wir eine mobile Zugriffskontrolle mit einem vorhandenen System ermöglichen. Er war der Meinung, dass ich als unser Verkaufsleiter eine angemessene Erklärung abgeben könnte. Wie ein Reh im Scheinwerferlicht erstarrte ich, wissend, dass ich keine solide, technisch einwandfreie Antwort parat hatte. Den Blick unseres neuesten Mitarbeiters auf mir spürend, warf ich panisch

Ich warf eine panische Ausstecher-Antwort gegen die Wand und hoffte, dass sie zufriedenstellend sein würde. Es war nicht und ich wusste es. Schlimmer noch, ich wusste, dass Dave es wusste. Glücklicherweise hat er mich nicht vor unserem neuen Kollegen beschimpft, aber als ich den Raum verließ, hing mein Schwanz zwischen meinen Beinen.

Später an diesem Tag rief mich Dave in sein Büro, um noch einmal über unsere frühere Begegnung zu sprechen. Ein Teil von Telaeris Kultur ist es, unseren Kunden die bestmögliche Unterstützung und das beste Wissen zu bieten, damit wir der beste, weltweit führende Anbieter von mobilen Kontrollsystemen sind. Da ich unsere primäre Ansprechsperson im Verkauf bin, wollte er sicher sein, dass ich erstklassiges technisches Wissen zur Verfügung stellen kann, damit ich unseren Kunden den bestmöglichen Service bieten kann. Daves Anweisung an mich kam in Form einer Herausforderung: „Mark, ich möchte, dass du unseren nächsten Blogartikel über Wiegand schreiben.“

Einfach, oder? Mit Hilfe von Google und dem gesamten World Wide Web, habe ich ein bisschen geforscht und schnell einen groben Entwurf zusammengestellt und Dave präsentiert. „Mark, das ist technisch nicht genau genug. Geh zurück und grabe tiefer.“ Ich riss mich zusammen und recherchierte weiter die Geschichte von Wiegand und wie es funktioniert. Ich stellte fest, dass die Technologie zwar mit magnetisierten Drähten begann, sich heute jedoch auf das ganze Interface bezieht, auf dem die Zugangskontrollbranche basiert. Mehr noch, ich erfuhr, dass ich nicht allein in meiner Verwirrung war. Viele andere teilten meine Frage: „Was ist Wiegand?“

Grabe tiefer, um zum Wichtigen zu gelangen

John R. Wiegand zog in den 1930ern von Deutschland in die USA, um an der weltberühmten Julliard School of Music in New York Klavier und Chorleitung zu studieren. Später wurde er Ingenieur, aber es war seine perfekte Tonlage, die es ihm ermöglichte, Veränderungen zu hören, als seine Drähte magnetisiert wurden, was zu seiner Entdeckung des Wiegand-Effekts in den frühen 1970ern führte.

Wiegand-Draht, 1974 von Wiegand patentiert, besteht aus einer magnetischen Eisenlegierung, die so konzipiert ist, dass sie ein hartes Außengehäuse um einen weicheren Innenkern bildet. Beim Durchgang durch ein magnetisiertes Feld magnetisiert sich die äußere Hülle schnell, bis sie ihre volle Kapazität erreicht. Sobald dies eintritt, beginnt der innere Kern zu magnetisieren, und überraschenderweise tauschen Kern und Schale die Polarität. Dies erzeugt einen signifikanten Spannungsimpuls, bis der Draht die volle Magnetisierung erreicht. Diese Spannungsänderungen sind leicht erkennbar und führen zu den Impulsen, die über die D0- und D1-Leitungen gesendet werden.

John Wiegand in seinem Labor

In den späten 1970ern entwickelte Wiegand zusammen mit seinem Geschäftspartner Milton Velinsky eine Karte, die Wiegand-Drähte für Zugangskontrollzwecke verwendete. Sie positionierten zwei separate Reihen von Drähten in der Karte, die, wenn sie über ein Magnetfeld geführt wurden, variierende Spannungsausgänge erzeugten, die als ein Signal behandelt wurden. Die Wiegand-Schnittstelle ist für Lesegeräte gedacht, die die Ausgabedaten dieser Karten über zwei Signalleitungen namens D0 (Data Zero) und D1 (Data One) erkennen können. Diese Folge von 0 und 1 wird auf eine Binärzahl abgebildet. Die Karte von Wiegand wurde als Verbesserung gegenüber den vorhandenen Magnetstreifenkarten gesehen, die leicht umgeschrieben werden konnten. Die Wiegand-Karten konnten nicht nur nicht neu geschrieben werden, sie waren auch schwer herzustellen und waren daher schwer zu fälschen.

Diese D1/DO-Schnittstelle zusammen mit Clock/Data (verwendet für Magnetstreifen) bestehen seit den 1970er Jahren als De-facto-Schnittstellen für Zugangskontrollkartenleser. Wenn die meisten Leute heute von a sprechen Wiegand-Karte, sie denken nicht an eine Karte mit Drähten. Meistens sprechen sie über eine RFID-fähige Karte (z. B. Prox, Mifare, iClass usw.), die Kartendaten über die D0/D1-Schnittstelle von Wiegand ausgibt.

Zugangskarte mit eingebetteten Wieganddrähten, die obere Reihe ist D0 und die untere Reihe ist D1

A Wiegand-Format ist einfach eine definierte Reihe binärer Daten, die über die beiden Ausgangsdrähte übertragen werden. Der Industriestandard für das erste Jahrzehnt war ein 26-Bit-Format mit 8 Bit für den Einrichtungscode und 16 Bit für die Benutzer-ID. Heutzutage gibt es viele verschiedene und benutzerdefinierte Formate, wobei das größte ein 200-Bit-PIV-Standard ist, der von der US-Regierung verwendet wird. Das Kartenbild unten veranschaulicht die Verwendung von 26-Bit-Wiegand.

Standard 26-Bit Wiegand Format

Während die Wiegand-Karte noch produziert wird, wurde diese Technologie in der modernen Zugangskontrollindustrie weitgehend durch neuere, günstigere und sicherere Formen von Zugangskarten (zB Mifare, iClass, Proximity) ersetzt. Die Wiegand-Schnittstelle bleibt jedoch die Standardkonvention für die Übertragung von Daten für jedes Gerät (Karten-, Biometrie- oder PIN-Leser) an ein Zugangskontrollpanel.

Was als einfache Herausforderung begann, mehr über Wiegand zu erfahren, wurde schnell zu einer faszinierenden Lernerfahrung über die Wurzeln der Zugangskontrollbranche. Die Wiegand-Schnittstelle wird von einem breiten Spektrum von Herstellern von Zugangskontrollen verwendet und ist nach wie vor das Biest der Branche. Sie lässt sich nicht absterben. Der Einsatz der Wiegand-Schnittstellentechnologie wird in naher Zukunft nirgendwo hingehen, da die Einsatztiefe alle aufstrebenden Technologien bei weitem übertrifft. Vor fast fünfzig Jahren entdeckte John R Wiegand einen coolen Weg, um die magnetische Polarität seiner benutzerdefinierten Drähte zu manipulieren. Er wusste kaum, dass dies eine ganze Branche neu definieren würde.

Zwei große Informationsquellen über Wiegand, beide von Michael Davis, sind unten angeführt:

Wir haben auch eine ausführlichere Erklärung von Wiegand in unserem nachfolgenden Blog-Beitrag:  D0wn und D1rty mit Wiegand

Kommentare

  1. Mikrofon sagt:

    Das ist ein toller Post...

  2. Guter Artikel über die Geschichte von Wiegand. Ich schätze es, dass Sie sich die Zeit genommen haben ihn zu teilen.

  3. Giorgio sagt:

    Guter Artikel und Erklärung könnten nicht klarer sein.
    Ich habe viel gegoogelt, aber keine Erklärung ist so klar wie deine.
    Ich schätze wirklich.
    Vielen Dank.
    George.

  4. Peter Warrender sagt:

    Sehr interessant, danke fürs Teilen.

  5. jm sagt:

    Super Artikel. Es hat mir sehr geholfen!

  6. Rspinner sagt:

    Danke.

  7. Bruce Gennette übermittelte den folgenden ausführlichen Kommentar zu Wiegand:

    Im Abschnitt „Wiegand-Draht“ – Der Teil darüber, wann der Draht ein Magnetfeld durchläuft, ist in Ordnung, könnte aber eher so erklärt werden, „wie ein sich änderndes Magnetfeld den Draht beeinflusst“.

    So erkläre ich es meinen Schülern –
    Vicalloy von Wiegand ist eine kommerzielle Legierung aus Eisen, Kobolt und Vanadium, die als Draht mit einem Durchmesser von 0.25 mm durch einen mehrstufigen proprietären Prozess des Verdrillens und Aufdrehens unter verschiedenen Dehnungsspannungsniveaus kaltverfestigt wird, gefolgt von einer künstlichen Alterung durch Selbsterhitzung durch Passieren einen Strom entlang, um einen leicht_zu_magnetisierenden Kern mit einer schwer zu magnetisierenden Haut zu entwickeln. Diese winzigen Drähte werden "Wiegands" genannt. Es gibt andere Verfahren, um die entgegengesetzte Struktur zu erzeugen, die auch funktioniert, sogar in mehrschichtigen, flachen Platten.

    Wenn ein vollständig magnetisierter Wiegand einem externen, zunehmenden Magnetfeld mit entgegengesetzter Polarität ausgesetzt wird, widersteht die Haut einer wechselnden Polarität und schirmt den Kern effektiv bis zu einer Feldstärke von ~1 mT ab, wo der Kern plötzlich seine Polarität umkehrt und einen großen Anstieg von Die neue Polarität fügt sich in das externe Magnetfeld ein (Barkhausen-Effekt), wodurch ein leicht zu erkennender elektrischer Impuls > 2 V in einer benachbarten Drahtspule entsteht. Die magnetisch harte, dünne Haut ändert auch die Polarität, wenn das kombinierte externe Magnetfeld und das Kernmagnetfeld stark genug werden (~6 mT), aber dies ist ein "weicherer" Flip, der keinen sehr großen Impuls erzeugt. Es macht keinen Sinn, die magnetische Feldstärke am Draht über ~10 mT hinaus zu erhöhen, da keine weitere Änderung möglich ist, bis die äußere Feldpolarität umgekehrt wird.

    Die Impulse werden von jeder Quelle von externem, ansteigendem Magnetismus erzeugt, wie beispielsweise einem sich drehenden Magneten oder dem Anlegen einer Sinuswelle an einen Elektromagneten. Dieselben Elektromagnete können zum Erzeugen der externen Felder UND zum Erfassen der plötzlichen Impulse verwendet werden, daher ist dies die am häufigsten verwendete Methode.

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