Da muss ich Wsk8 schon recht geben, vor allen hab ich selber auch mal mit ITX Boards herum experimentiert. Am Ende braucht man doch wieder einen µController um die Hardware vernünftig ansteuern zu können. Die Computerboards taugen einfach nicht dazu irgendwelche I/O Ausgänge einzulesen oder anzusteuern. Die Meisten behelfen sich dann doch mit einer RS232 Schnittstelle an dem besagter µC hängt.
Wenn es schon mehr als ein einfacher Controller sein soll, dann könnte ich mir sehr gut ein Embedded Linux vorstellen. Die haben wenigstens die Chance halbwegs Echtzeit-Fähig zu werden und die Hardwareansteuerung ist auch noch möglich. Einzig, dass man sich mit Linux sehr gut auskennen muss dafür.

Da es ja eine besondere Lernleistung werden soll, würde ich euch dringend anraten das Projekt sauber von vorn bis hinten durch zu planen und nicht schon mit der ersten Idee los zu legen. Das macht am Ende einen viel besseren Eindruck, vor allen schützt es euch davor nach einem halben Jahr von vorn anfangen zu müssen, weil irgendwas nicht so klappt wie gedacht.