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SRF08 SENSOR DISTANCIAS POR ULTRASONIDOS I2C SRF08 S320112

SRF08 SENSOR DISTANCIAS POR ULTRASONIDOS I2C SRF08. Clic para ampliar

SRF08 es un medidor ultrasónico de distancias para robots que representa la ultima generación en sistemas de medidas de distancias por sonar, consiguiendo niveles de precisión y alcance únicos e impensables hasta ahora con esta tecnología. El sensor es capaz de detectar objetos a una distancia de 6 m con facilidad ademas de conectarse al microcontrolador mediante un bus I2C, por lo que se pueden conectar cuantos sensores sean necesarios en el mismo bus. Con una alimentación unica de 5V, solo requiere 15 mA, para funcionar y 3mA mientras esta en reposo, lo que representa una gran ventaja para robots alimentados por pilas. El sensor SRF08 Incluye además un sensor de luz que permite conocer el nivel de luminosidad usando igualmente el bus I2C y sin necesidad de recursos adicionales.

Mejoras del SRF08 con respecto al sensor ultrasónico SRF04

El medidor de distancias ultrasónico SRF08 supone un paso más allá del modelo SRF04, ya que ha sido desarrollado con las siguientes mejoras respecto de su hermano pequeño el SRF04.

Los principales características a mejorar son:

1. El alcance máximo de 3m del srf04 puede ser insuficiente en algunas situaciones.
2. El tiempo de desconexión de 36mS + 10mS de recarga es bastante largo - equivale a casi 8m en un producto de 3m de alcance.
3. El modelo SRF04 requiere 2 pines I/O por sonar. 32 líneas I/O para un sistema de 16 sonares.
4. Es necesario un procesador o controlador principal que mida el tiempo de retorno de eco.
5. La consumo de corriente máxima de 50mA es demasiado alto - 800mA para 16 sonares.
6. Sólo es posible un único eco de retorno.
7. El modelo SRF04 no puede medir el nivel de iluminación.

El límite de 3m del modelo SRF04 está impuesto por la necesidad de no tener una ganancia tan alta que el acoplamiento cruzado entre transmisión y emisión provoque una saturación de los amplificadores operacionales en el rango de alcance. En caso de que se produzca, el sistema no pude diferenciar un acoplamiento del emisor, de un eco de retorno auténtico. Por su parte, el modelo SRF08 utiliza un potenciómetro digital para variar la ganancia a medida que aumenta el rango. Esto permite una ganancia global superior y como consecuencia un alcance mejor. El alcance típico es de 6m y se han hecho pruebas configurando la ganancia para llegar hasta 11m frente a un objeto grande. Este sensor es extremadamente sensible, llegando a detectar objetos cercanos y pequeños, como pueden ser anomalías en el suelo, que el robot realmente debería ignorar. Por lo tanto, la ganancia se ha reducido deliberadamente a aproximadamente 6m.

El tiempo de desconexión de 36mS del sensor SRF04 viene impuesto porque el procesador PIC12C508 se utiliza sólo como un único temporizador, y se utiliza como un detector de tonos para el eco de retorno. El temporizador guardián (el watchdog) se utiliza para calcular el tiempo de desconexión. Este temporizador se puede configurar solamente en incrementos de 18mS. Así, mientras que 18mS es suficiente - alrededor de 3m de alcance - es un valor "teórico" y no está garantizado, por lo que el tiempo real podría ser menos en función de la temperatura ambiental y de las tolerancias del chip. Se necesitan 10mS adicionales para recargar los generadores de +/- 10v para el amplificador operacional y el comparador. El max232 se desactiva durante el cálculo de tiempo del eco para reducir el ruido en los amplificadores operacionales. Con el sensor SRF08, se ha cambiado el circuito analógico a un suministro único de 5v, por lo que el max232 (en realidad un ST232) no necesita cargar un condensador de 22uF, sino sólo de 100n. El tiempo de recarga ahora se reduce a sólo 600uS y es el procesador el que se ocupa de toda el trabajo de manera automática cuando se solicita una nueva lectura del tiempo.

Un cambio en el procesador desde PIC12C508 a un PIC16F872 en el srf08 implica que están disponibles un mayor número de temporizadores y que el sensor SRF08 no se bloquee con el temporizador guardián de 36mS. Sin embargo, uno de los problemas derivados de terminar el proceso pronto es que el "ping" en curso desconoce esto. El ping rebota normalmente en un muro lejano y regresa. No obstante si en algún caso regresa justo después de que haya iniciado una nueva medición de la distancia, el sonar tomará el primer "ping" y pensará que hay un objeto mucho más cerca de lo que en realidad está. El sensor permite que la ganancia máxima esté limitada para reducir esta posibilidad.

El número de líneas I/O que necesita un sonar de múltiples sensores ha sido un tema complicado para algunos usuarios. También hay un problema con el controlador basic stamp, que no trata de igual manera todas las líneas I/O cuando realiza el cálculo del rango. Al utilizar 16 sonares, son necesarias las 32 líneas I/O. Esto se puede reducir a 17 direccionando las 16 salidas de pulsos de eco juntas con 16 diodos. Se puede obtener una reducción a 6 líneas I/O utilizando un decodificador de 4 a 16 líneas como el CD4514B. Para ello, el usuario deberá construir un circuito adicional. El sensor SRF08 utiliza una interfaz I2C por lo que los 16 sonares pueden ser controlados utilizando únicamente 2 líneas I/O. La interfaz bus I2C está disponible en la mayoría de los controladores estándar, tales como el BasicX-24, OOPic, y otros controladores más económicos como la familia PIC y Atmel.

En el sensor SRF04, el procesador principal de los usuarios deben calcular el tiempo del eco de retorno. Esto ha sido un problema con los controladores Basic Stamp, ya que no trata de igual manera todas las líneas I/O. El sensor SRF08 realiza el cálculo de la distancia de forma interna y envía el resultado ya resuelto.

La corriente máx. de 50mA que el SRF04 necesita, aun siendo mucho mejor que los 150mA (2.5A de pico) de las unidades de Polaroid, ha sido reducido a una corriente nominal de 15mA y alrededor de 3mA en modo de reposo. El sensor SRF08 entra automáticamente en modo de reposo una vez que ha finalizado cada medición, y se activa de nuevo cuando recibe el siguiente comando.

Debido al modo de funcionamiento del sensor SRF04, sólo se puede recibir un único eco. Después de esto, el módulo alimenta sus generadores de +/- 10v de nuevo para que están listos para el próximo pulso de activación. Con SRF08 se pueden recibir múltiples ecos. Un buffer almacena los primeros 16 ecos recibidos. Lo ideal es ser capaz de ver más allá de las puertas, mientras que los sensores estándar sólo verían el marco de la puerta.

Por último, para ampliar el uso del sensor SRF08, se ha incluido un célula fotoeléctrica para medir la luz ambiental, que puede leerse a través del bus I2C de igual forma que los datos del sonar.

SRF08 Sensor de distancias y sensor de luz en una pequeña unidad de bajo consumo.

Controlando el sensor de distancias ultrasónico SRF08

La comunicación con el sensor ultrasónico SRF08 se realiza a través del bus I2C. Este está disponible en la mayoría de los controladores del mercado como BasicX-24, OOPic y Basic Stamp 2P, así como en una amplia gama de microcontroladores. Para el programador, el sensor SRF08 se comporta de la misma manera que las EEPROM de las series 24xx, con la excepción de que la dirección I2C es diferente. La dirección por defecto de fábrica del SRF08 es 0xE0. El usuario puede cambiar esta dirección con 16 direcciones diferentes: E0, E2, E4, E6, E8, EA, EC, EE, F0, F2, F4, F6, F8, FA, FC o FE, por lo que es posible utilizar hasta 16 sensores sobre un mismo bus I2C. Además de las direcciones anteriores, todos los sonares conectados al bus I2C responderán a la dirección 0 -al ser la dirección de atención general. Esto significa que escribir un comando de medición de la distancia para la dirección 0 de I2C (0x00) iniciará las mediciones en todos los sensores al mismo tiempo. Esto debería ser útil en el modo ANN (Véase a continuación). Los resultados deben leerse de manera individual de cada uno de las direcciones reales de los sensores. Disponemos de ejemplos del uso de un módulo SRF08 con una amplia gama de controladores del mercado.

Conexiones

El pin señalado como "Do Not Connect" (No conectar) debería permanecer sin conexión. En realidad, se trata de la línea MCLR de la CPU y se utiliza solamente en la fabrica para programar el PIC16F872 después del montaje, dispone de una resistencia interna de tipo pull-up. Las líneas SCL y SDA deberían tener cada una de ellas una resistencia pull-up de +5v en el bus I2C. Sólo necesita un par de resistencias en todo el bus, no un par por cada módulo o circuito conectado al bus I2C. Normalmente se ubican en el bus maestro en vez de en los buses esclavos. El sensor SRF08 es siempre un bus esclavo - y nunca un bus maestro. Un valor apropiado seria el de 1,8 K en caso de que las necesitase. Algunos módulos como el OOPic ya disponen de resistencias pull-up por lo que no es necesario añadir ninguna más.

Conexiones del sensor ultrasonico srf08

Registros

El sensor SRF08 tiene un conjunto de 36 registros.

Ubicación
Lectura
Escritura
0 Revisión de Software Registro de comando
1 Sensor de luz Registro de ganancia máx. (por defecto 31)
2 Byte alto de 1º eco Registro de alcance de distancia (por defecto 255)
3 Byte alto de 2º eco No disponible
---- ---- ----
34 Byte alto de 17º eco No disponible
35 Byte bajo de 17º eco No disponible

Solamente se puede escribir en las ubicaciones 0, 1 y 2. La ubicación 0 es el registro de comandos y se utiliza para iniciar la sesión de cálculo de la distancia. No puede leerse. La lectura de la ubicación da como resultado la revisión del software de SRF08. Por defecto, la medición dura 65mS, aunque puede cambiarse modificando el registro de alcance de la ubicación 2. Si lo hace, tendrá que cambiar la ganancia analógica en la ubicación 1. Consulte las secciones siguientes relacionadas con el cambio de medición y ganancia analógica.

La ubicación 1 es el sensor de luz en placa. Este dato se actualiza cada vez que se ejecuta un comando de medición de distancia y se puede leer cuando se leen los datos de la medición. Las dos ubicaciones siguientes, 2 y 3, son resultados sin signo de 16 bits de la última medición - el nivel lógico alto en primer lugar. El significado de este valor depende del comando utilizado, y puede estar expresado en pulgadas, o en centímetros, o bien el tiempo de vuelo del ping expresado en uS. Un valor cero indica que no se ha detectado objeto alguno. Hay hasta 16 resultados adicionales que indican los ecos de objetos más lejanos.

Comandos

Existen tres comandos para iniciar una medición de distancia (desde 80 hasta 82), que devuelve el resultado en pulgadas, centímetros o microsegundos. Asimismo, también existe un modo ANN (Artificial Neural Network) que se describe a continuación y un grupo de comandos para modificar la dirección de I2C del srf08.

COMANDOS
ACCIÓN
Decimal
Hexadecimal
80 0X50 Modo cálculo distancia - Resultado en pulgadas
81 0X51 Modo cálculo distancia - Resultado en centímetros
82 0X52 Modo cálculo distancia - Resultado en microsegundos
83 0X53 Modo ANN - Resultado en pulgadas
84 0X54 Modo ANN - Resultado en centímetros
85 0X55 Modo ANN - Resultado en micro-segundos
160 0XA0 1º en la secuencia para cambiar la dirección I2C
165 0XA5 3º en la secuencia para cambiar la dirección I2C
170 0XAA 2º en la secuencia para cambiar la dirección I2C

Modo de cálculo de distancia con el SRF08

Para iniciar la medición de la distancia, deberá escribir uno de los comandos anteriores en el registro de comando (registro 0) y esperar el tiempo necesario para la ejecución de la operación. A continuación, deberá leer el resultado en el formato que desee (pulgadas, centímetros, etc). El búfer de eco se pone a cero al comienzo de cada medición. La primera medición del eco se coloca en las ubicaciones 2 y 3, la segunda en 4 y 5, etc. Si una ubicación (niveles altos o bajos de bytes) es 0, entonces no se encontrará ningún otro valor en el resto de los registros. El tiempo recomendado y establecido por defecto para realizar la operación es de 65mS, sin embargo es posible acortar este periodo escribiendo en el registro de alcance antes de lanzar el comando de medición. Los datos del sensor de luz de la ubicación 1 se actualizarán también después del comando de medición.

Modo ANN

El modo ANN (Artificial Neural Network) ha sido diseñado para proporcionar datos múltiples de un modo en el que es más fácil entrar en una red neural, o al menos eso es lo que se pretende - aunque aún no se ha hecho. El modo ANN ofrece un búfer de 32 bytes (ubicaciones de 4 a 35 inclusive) en el que cada byte representa el tiempo máximo de vuelo 65536uS dividido por 32 tramos de 2048uS cada uno - equivalente a aproximadamente 352mm de alcance. Si se recibe un eco en uno de los espacios de tiempo de bytes, a continuación se fijará en un valor diferente a cero, para que no sea cero. Por lo tanto si se recibe un eco desde los primeros 352mm, la ubicación 4 será diferente a cero. Si se detecta un objeto a 3 metros de distancia, la ubicación 12 será diferentes de cero (3000/352 = 8) (8+4=12). Organizar los datos de esta manera sería mejor para una red neural que para otros formatos. La entrada a su red debería ser 0 si el byte es cero y 1 si es diferente de cero. En el futuro, se pretende organizar un mapa SOFM (Self Organizing Feature Map) para la red neural, aunque se espera que sea aplicable para cualquier tipo de red.

Ubicación 4
Ubicación 5
Ubicación 6
Ubicación 7
Ubicación 8
0-352mm 353-705mm 706-1057mm 1058-1410mm En adelante

Cómo comprobar que una medición ha finalizado

No es necesario utilizar un temporizador en su propio controlador para saber que la medición ha terminado. Puede aprovechar la ventaja que le ofrece el hecho de que el sensor SRF08 no responde a ninguna otra actividad I2C mientras está realizando la medición. Por lo tanto, si intenta leer el valor en el sensor SRF08 (utilizamos el número de revisión de software en la ubicación 0) por lo que recibirá 255 (0xFF) durante la medición. Esto se debe a que la línea de datos I2C (SDA) se eleva si nada lo está controlando. Tan pronto como finaliza la medición el sensor SRF08 responderá de nuevo al bus I2C, por lo que deberá esperar a que desaparezca el valor 255 (0xFF) en el registro. A continuación, podrá leer los datos del sensor. El controlador puede aprovechar esta ventaja para realizar otras tareas mientras el SRF08 está realizando la medición.

Cómo cambiar el rango de alcance

El alcance máximo del sensor SRF08 está controlado por el temporizador interno. Por defecto, este es 65mS o el equivalente a 11 metros de alcance. Esto supera los 6 metros de los que el SRF08 es realmente capaz de ofrecer. Es posible reducir el tiempo que espera el sensor SRF08 a escuchar un eco, y por lo tanto el alcance, modificando el registro range en la ubicación 2. El alcance puede regularse en pasos de aproximadamente 43mm (0,043 metros o 1,68 pulgadas) hasta llegar a los 11 metros. El alcance es ((Range Register x 43mm) + 43mm) por lo que fijar este registro (Range Register) en el valor 0 (0x00) ofrece un alcance máximo de 43mm. Fijar el registro Range Register en el valor 1 (0x01) ofrece un alcance máximo de 86mm. En un ejemplo más útil, el valor 24 (0x18) ofrece un alcance de 1 metro mientras que el valor 140 (0x8C) da 6 metros. El valor 255 (0xFF) ofrece los 11 metros originales(255 x 43 + 43 es 11008mm).

Existen dos razones por las que es positivo reducir el tiempo de medición.

1. Para obtener la información sobre el alcance en menos tiempo
2. Para poder realizar mediciones con el sensor SRF08 a una tasa más rápida.

Si lo único que desee en recibir en menos tiempo, la información sobre el alcance y pretende realizar las mediciones a una tasa de 65ms o más lento, todo funcionará de manera correcta. Sin embargo, si desea lanzar el sensor SRF08 a una tasa ligeramente más alta de 65mS, deberá reducir la ganancia - consulte la siguiente sección.

El alcance está fijado en el valor máximo cada vez que se pone en marcha el sensor SRF08. Si necesita un alcance diferente, cámbielo al principio como parte del código de iniciación del sistema.

Ganancia analógica

En el registro de la ganancia analógica, se configura la ganancia máxima de las etapas analógicas. Para configurar la ganancia máxima del srf08, simplemente deberá escribir uno de estos valores en el registro de ganancia de la ubicación 1. Durante la medición, la ganancia analógica empieza con su valor mínimo de 94. Este valor se incrementa en intervalos de aproximadamente 70uS hasta llegar al valor de ganancia máxima, configurada en el registro 1. La ganancia máxima posible se alcanza después de aproximadamente 390mm de alcance. La finalidad de poder limitar la ganancia máxima es permitirle iniciar mediciones a una frecuencia mayor de 65mS. Dado que la medición puede ser muy corta, es posible iniciar una nueva medición tan pronto como se hayan leído los datos de la medición previa. Un riesgo potencial de esto es que la segunda medición podría captar un retorno de un eco distante del "ping" anterior, dando un resultado falso referente a un objeto cercano cuando en realidad no hay ninguno. Para reducir esta posibilidad, la ganancia máxima puede reducirse para limitar la sensibilidad de los módulos al echo distante más débil, mientras que al mismo tiempo sigue siendo capaz de detectar la proximidad de objetos. La configuración de la ganancia máxima se almacena sólo en la memoria RAM del CPU y se inicia con el encendido del equipo, por lo que si sólo desea realizar las mediciones cada 65mS, o más, puede ignorar los registros Range y Gain.

Nota - Es efectivo sólo en Modo de cálculo de distancia, en el Modo ANN, la ganancia se controla automáticamente.

Registro de ganancia
Ganancia analógica máxima
Decimal
Hexadecimal
0 0X00 Fija la ganancia analógica máxima en 94
1 0X01 Fija la ganancia analógica máxima en 97
2 0X02 Fija la ganancia analógica máxima en 100
3 0X03 Fija la ganancia analógica máxima en 103
4 0X04 Fija la ganancia analógica máxima en 107
5 0X05 Fija la ganancia analógica máxima en 110
6 0X06 Fija la ganancia analógica máxima en 114
7 0X07 Fija la ganancia analógica máxima en 118
8 0X08 Fija la ganancia analógica máxima en 123
9 0X09 Fija la ganancia analógica máxima en 128
10 0X10 Fija la ganancia analógica máxima en 133
11 0X11 Fija la ganancia analógica máxima en 139
12 0X12 Fija la ganancia analógica máxima en 145
13 0X13 Fija la ganancia analógica máxima en 152
14 0X14 Fija la ganancia analógica máxima en 159
15 0X15 Fija la ganancia analógica máxima en 168
16 0X16 Fija la ganancia analógica máxima en 177
17 0X17 Fija la ganancia analógica máxima en 187
18 0X18 Fija la ganancia analógica máxima en 199
19 0X19 Fija la ganancia analógica máxima en 212
20 0X20 Fija la ganancia analógica máxima en 227
21 0X21 Fija la ganancia analógica máxima en 245
22 0X22 Fija la ganancia analógica máxima en 265
23 0X23 Fija la ganancia analógica máxima en 288
24 0X24 Fija la ganancia analógica máxima en 317
25 0X25 Fija la ganancia analógica máxima en 352
26 0X26 Fija la ganancia analógica máxima en 395
27 0X27 Fija la ganancia analógica máxima en 450
28 0X28 Fija la ganancia analógica máxima en 524
29 0X29 Fija la ganancia analógica máxima en 626
30 0X30 Fija la ganancia analógica máxima en 777
31 0X31 Fija la ganancia analógica máxima en 1025

Tenga en cuanta que la relación entre el registro de ganancia y la ganancia real no es una relación lineal. No existe una fórmula mágica que diga "si utiliza este valor de ganancia, el alcance será exactamente este". Depende del tamaño, forma, y material del objeto y de los elementos restantes de la habitación. Lo recomendable es experimentar con diferentes valores hasta obtener los resultados deseados. Si obtiene lecturas falsas, puede que sean los ecos de los "pings" anteriores, vuelva a lanzar el sensor SRF08 cada 65mS o más (menos tasa).

Si tiene alguna duda acerca de los registros Range y Gain, recuerde que en el sensor SRF08 se fijan los valores por defecto automáticamente cuando se inicia el sistema. Es más, puede olvidarse de esta configuración y utilizar los valores por defecto y el sensor funcionará correctamente, detectando objetos a 6 metros cada 65mS o menos.

Dimensiones del sensor srf08

Sensor de luz

El medidor ultrasónico SRF08 dispone de un sensor fotoeléctrico en la propia placa. Este medidor realiza una lectura de la intensidad de la luz cada vez que se calcula la distancia en los modos Ranging o ANN (La conversión analógica/digital se realiza realmente justo antes de que se lance el "ping" mientras el generador de 10v +/- se encuentra en fase de estabilización). EL valor de la lectura va aumentando a medida que aumenta la intensidad de la luz, por lo que valor máximo lo obtendrá con una luz brillante y el valor mínimo en total oscuridad. La lectura debería acercarse a 2-3 en total oscuridad y aproximadamente a 248 (0xF8) en luz diurna. La intensidad de la luz puede leerse en el registro del sensor de luz en la ubicación 1 al mismo tiempo que puede leer los datos del alcance.

LED

EL indicador LED rojo se utiliza para indicar el código de la dirección I2C del sensor en el encendido (ver abajo). Así mismo, también emite un breve destello durante el "ping" en el cálculo de la distancia.

Cambio de la dirección del bus I2C del SRF08

Para modificar la dirección I2C del sensor SRF08 sólo podrá tener un sensor conectado al bus. Escriba los 3 comandos de secuencias en el orden correcto seguidos de la dirección. Ejemplo; para cambiar la dirección de un sensor que tiene actualmente la dirección 0xE0 (la dirección de fábrica por defecto) a la dirección 0xF2, escriba lo siguiente en la dirección 0xE0; (0xA0, 0xAA, 0xA5, 0xF2). Se deberían enviar estos comandos con el orden secuencial correcto para modificar la dirección I2C. Además, no es posible emitir cualquier otro comando en medio de la secuencia. La secuencia debe enviarse al registro de comandos de la ubicación 0, lo que implica que se escribirán 4 transacciones independientes en el bus I2C. Una vez realizado todo esto, deberá etiquetar el sensor con su dirección. No obstante, si olvida hacerlo, cuando lo encienda, no se enviará ningún comando. El sensor SRF08 indicará su dirección mediante el LED. Un destello largo seguido de un número de destellos cortos indicará la dirección. Los destellos terminarán inmediatamente después de enviar un comando al sensor SRF08.

Dirección
Decimal
Hexadecimal
Destello Largo
Destellos cortos
224 E0 1 0
226 E2 1 1
228 E4 1 2
230 E6 1 3
232 E8 1 4
234 EA 1 5
236 EC 1 6
238 EE 1 7
240 F0 1 8
242 F2 1 9
244 F4 1 10
246 F6 1 11
248 F8 1 12
250 FA 1 13
252 FC 1 14
254 FE 1 15

Asegúrese de no configurar más de un sensor con la misma dirección, ya que se produciría una colisión en el bus, con resultados totalmente imprevisibles.

Consumo de corriente

El consumo medio de corriente se calcula que es aproximadamente 12mA durante el cálculo de la distancia, y 3mA en modo de espera. El módulo entrará automáticamente en modo de espera después de terminar la medición, mientras espera al siguiente comando del bus I2C. El perfil real de consumo de corriente del srf08 es el siguiente:

Tipo de operación realizada
Corriente
Duración
Comando de medición de la distancia recibido -Encendido 275mA 3uS
Estabilización del generador de +/- 10v 25mA 600uS
8 ciclos de "ping" 40kHz 40mA 200uS
Medición 1mA 65mS máx.
Modo de espera (Stand-by) 3mA Indefinido

Los valores de la tabla anterior se ofrecen sólo a modo orientativos, no se han comprobado en unidades de producción.

Cambio del ángulo de detección

El ángulo de detección no se puede cambiar. Esta es una pregunta que se hace muy frecuentemente y cuya respuesta es que no se puede alterar. El foco de trabajo del SRF08 es un cono cuyo ancho depende del propio traductor y esta es fija. La forma del área de trabajo del traductor ultrasónico empleado en el SRF08 es la de la siguiente figura, tomada de la hoja de características del fabricante.

Area de trabajo del traductor del SRF08

Programas de Ejemplo

Consulte también el esquemas del srf08 y los ejemplos de conexión: Basic Stamp y SRF08 y el de BasicX-24 y SRF08.

 

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Actualizada el 05/01/2017 © 2002 -2017 INTPLUS ®. Todos los derechos reservados