kalapanga

По сути, Вы хотите разработать с нуля свою управляющую плату взамен существующей. В списке перечислены только исполнительные устройства. Забыли, как минимум, про устройства контроля, которые обеспечивают долговременную и безопасную работу устройства, индикацию, взаимодействие с пользователем.
1) Вы уверены что справитесь на должном уровне?
2) Зачем делать эту работу, если она уже есть - схема управления, разработанная квалифицированными специалистами?
Так что разница между двумя первыми вариантами управления (ИК, УАРТ) и Вашим вариантом заключается в трудоёмкости, материальных затратах, качестве конечного результата. И разница эта очень большая.

Неужели гугл ничего не рассказал? Ну вот например:
Оффлайн, серьёзно, но дорого - Proteus
Онлайн, простенько, но бесплатно - Wokwi

Непонятно, в чём проблема-то? Есть датчик, есть программа от продавца - они работают или нет (из текста непонятно)? Если нет, то сначала добейтесь, чтобы работали. А уж потом, можете улучшать программу, что-то в ней модифицировать под себя.

Откуда же в ГОСТе команды для устройства, которого ещё даже не существует?
Именно, что нужно придумывать свои команды. Это будет Ваше расширение стандарта.
В 3D печати, например, разные параметры устанавливаются набором команд Mxxx.

Сам я платы на контроллерах Logic Green не использовал, но, судя по симптомам, неправильно выбрана плата в аддоне для Arduino IDE. А возможно стоит другой аддон попробовать. Про платы эти много написано. И на форуме arduino.ru они подробно разбирались и на хабре статьи были.
p.s. Приведённые функции содержат сразу несколько ошибок (но к Вашей проблеме они вряд ли имеют отношение).
1) Функция micros() возвращает значение типа unsigned long, а не long.
2) При сложении NOW + BIT_TIME Вы можете получить переполнение и задержка сработает неправильно. Либо используйте micros() и millis() как в примере BlinkWithoutDelay, либо просто используйте delayMicroseconds()/delay()

Я с пиками не работал, но и так понятно, что подключить можно, только работать не будет. Ну неужели трудно самому посмотреть характеристики дисплея, этого пика и типичного ардуиновского atmega328? Дисплей работает по интерфейсу spi. У атмеги есть апператный spi, конкретно у этого пика - нет. Заодно сравните память этих контроллеров.
Выбирайте другую модель микроконтроллера.

Вы забыли такую вещь, что при програмировании микроконтроллера у вас строго ограниченный набор ресурсов, определяемый моделью микроконтроллера. Если Вы делаете единичный проект для себя, то Вы можете позволить себе взять микроконтроллер в несколько раз дороже, но с большим объёмом памяти, и засунуть туда аж целый интерпретатор любимого питона. Но в массовом производстве это скорее всего будет непозволительной роскошью.

p.s. Все эти границы "дорого-дёшево", "много-мало" (ресурсов) весьма условны и постоянно меняются. Так же как для больших компов сейчас в массе мало кто заботится об "аппетитах" программ, возможно скоро так же будет и с микроконтроллерами.

p.p.s. Микроконтроллеров "ардуино" не существует. Это "платформа", которая может строиться на разных микроконтроллерах.

GSM-модем для подобных задач обычно реализован в виде отдельного модуля. Так же есть модули и для других сетей - Ethernet, WiFi. Микроконтроллеры семейства ESP уже имеют WiFi на борту, "из коробки".
Какого-то особого протокола нет. Что запрограммируете, то и будет, в том числе и http.

https://ru.bmstu.wiki/ROM_(Read-only_memory)#ROM

DUE у меня никогда не было. Но, судя по документации, Вы можете общаться с ардуиной и через Programming порт. Именно он соответствует объекту "Serial". Native порт - это объект "SerialUSB".
https://www.arduino.cc/en/Guide/ArduinoDue