Hola, este es un buen proyecto, algunas preguntas: ¿el profesor especifico la forma de hacerlo? tu dices usar un solo micro (mediano) y usarlo como una especie de switch para rs-232, no es mala idea, pero tendras mucho trabajo de software para lograr atender tres señales con un solo micro, es decir, puedes recibir varias peticiones al mismo tiempo.
Al tener solo una usart solo podrias recibir dos peticiones a la vez, una por hard y la otra por soft, ahora bien, si el trafico es más intenso este modelo se complica un poco. Si el proyecto especifica algo sobre esto y piensas que no tendras estos problemas, pues creo que lo que tu tienes en mente puede funcionar bien.
Por otro lado esta la idea de hacer un bus de comunicación, para esto la interface ya no puede ser directamente rs-232, es necesario construir un conversor, por ejemplo rs232 a rs485 (encuentras mucha info y circuitos en la web), al que le podrias agregar un micro más pequeño entre medio, es decir, rs232-micro-rs485
este ultimo puedes usarlo para recibir el dato y direccion del puerto serie y enviarlo (si quieres con agregado de información de redundancia) al conversor rs485. En esta opción el micro solo se encargaria de un solo puerto, pero debes construir un circuito igual para cada PC, programandolo con diferente direccion.
Como ves hay varias forma de hacerlo, tendras que evaluar costos y trabajo
hard-soft que màs se acerque a tus posibilidades. Saludos