посмотреть в сторону OpenCV и далее, например, в сторону поиска одинаковых изображений (можно попробовать разные методы: гистограммы, bag of words и т.п.)
на ORduino-Nano установлен разъём mini-USB, поэтому USB Cable A-B для неё не подойдёт ;)
так же, чтобы запитать модуль HC-05 нужен стабилизатор на 3.3 В
посмотрите в сторону промышленных ПК, работающих в расширенном диапазоне температур.
например, в форм-факторе PC/104
есть и на атоме, есть и на более мощных процах.
а разве Windows 7 является системой реального времени? :)
установить более высокий приоритет — да — это чуть поможет, но от переключения контекста не избавит.
если важен RT, то лучше смотреть в сторону RTOS, пробовать Linux с RT-патчем и т.п.
думаю, вполне возможно — вот только скорость такого софтварного уарта вряд ли будет большой.
на мой взгляд, лучше воспользоваться USB2COM-переходником — будет надёжнее.
